Сервис и клуб образовательных микроблогов.

Изучая усиление звукового сигнала в радиосвязи мы выяснили для чего нужно усиливать сигнал полученный от микрофона радиостанции в усилителе низкой частоты УНЧ.Теперь меня интересует сам процесс усиления полезного сигнала потому как этот вопрос тоже требует более углубленного разбора для понимания происходящего в каждом устройстве приёмопередатчика.Я как начинающий радиолюбитель без специального образования, может быть неправильно соблюдаю последовательность изучения такого огромного пласта знаний, который соприкасается с другими науками где я тоже отстаю,но это хорошо тренирует пытливость ума которая позволяет постепенно и уверенно докапываться до сути.И так погнали!

Зная что, получаемый полезный сигнал от микрофона радиостанции ничтожно мал примерно 1-5 мВ напряжения, мы серовно его можем передать в эфир но что бы другой радиолюбитель его принял должны быть созданы идеальные условия радиосвязи,а это ну просто очень сложно, если только подойти ближе.Но что бы принципиально в этом убедится можно постараться и то при этом в ходе передачи сигнала будут шумы которые будут мешать его разобрать.Так же надо учитывать возможности принимаемой аппаратуры другого радиолюбителя,возможно будет такое что приём будет но на уровне шумов и без распознания информации.

По этому как не крути в радиооборудование устанавливают предусилители ближе к входному устройству УНЧ чтобы сразу предусилить сигнал и избежать шумов возникающие из-за длины провода.При этом усилить сигнал можно в пять тысяч раз например с 5 мВ до 5В но это при том если предусилитель имеет элементы усиления которые могут обеспечить данной мощностью.

И так что такое усилитель низкой частоты УНЧ  и для чего он предназначен?

Принцип усиления сигнала через усилитель низкой частоты (УНЧ) заключается в преобразовании энергии источника питания в энергию выходного сигнала с помощью усилительных приборов.То есть УНЧ усиливает сигнал, подаваемый на его вход, и передаёт его в нагрузку с большей мощностью,и или так: они преобразуют слабые сигналы звукового диапазона в более мощные, приемлемые для восприятия через электродинамические или иные излучатели звука. 

В общем как я понимаю все усилители электрических сигналов - это электронные устройства,предназначенные для усиления напряжения,тока или мощности входных электрических сигналов за счёт энергии источника питания.

Основные элементы

Структурная схема УНЧ обычно включает:

• Предварительный усилитель (усилитель напряжения). Служит для усиления слабого входного сигнала и создания необходимого уровня напряжения на входе усилителя мощности.
• Усилитель мощности. Содержит один или несколько каскадов усиления и предназначен для создания необходимой мощности в нагрузке.

То есть с предусилителем ясно а вот усилитель мощности с каскадом понимаю как с умножением сигнала во сколько нам надо или усилитель может усиливать сигнал на необходимую величину которую запрашивает другое устройство,в нашем случае это модулятор.

Усилители бывают:

• По конструкции микрофонные предусилители можно классифицировать на следующие виды:

• Ламповые. Для усиления микрофонного сигнала используется одна или несколько вакуумных ламп. Лампы создают гармонические искажения, приятные для слуха. Звук таких усилителей более тёплый и естественный.
• Транзисторные. В конструкции таких усилителей используются транзисторы для усиления звука, исходящего от микрофона. Основная особенность таких предусилителей — чистый, прозрачный звук с минимальными искажениями.
• Гибридные. Это комбинация ламповой и транзисторной конструкции, которая позволяет объединить лучшее из обоих «миров».
• Channel Strip. Микрофонный предусилитель, дополненный другими схемами обработки сигналов в одном корпусе. Его основные функции включают эквалайзер и компрессор/лимитер.
• Трансформаторные и бестрансформаторные. Наличие или отсутствие в схеме трансформатора влияет на звук предусилителя. Бестрансформаторный предусилитель будет звучать точнее и стерильнее из-за отсутствия искажений.

УНЧ могут работать в разных режимах, от которых зависят КПД, характер и величина искажений на выходе усилителя. Некоторые классы усилителей:

• Класс A. Усилители работают постоянно в линейном режиме во всём динамическом диапазоне сигнала.
• Класс B. При положительной полуволне сигнала работает один транзистор, при отрицательной — другой, а при отсутствии сигнала оба плеча находятся в закрытом состоянии.
• Класс D. Усилители работают в импульсном режиме, полезная составляющая сигнала формируется за счёт широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

И всё таки мы не раскрыли полностью тему усиления сигнала от микрофонов в радиостанции,и не привели конкретный понятный пример.Потому как процесс  усиления зависит от характеристик усилительных элементов(УЭ).

Усилительные элементы - элементы электронных схем, которые выполняют разные функции, связанные с усилением и управлением током.Это могут быть транзисторы, резисторы,конденсаторы и так далее.

Вот как раз благодаря этим элементам происходит "магия" усиления, особенно благодаря транзисторам потому как это его одна из прямых функций.

Транзистор — это полупроводниковый прибор, который усиливает или переключает электронные сигналы.Он является основным элементом современной электроники и используется во всех электронных устройствах — от простых схем до мощных компьютеров. 

Устройство и принцип работы

Транзистор состоит из трех слоев полупроводникового материала, образующих два контакта pn. В зависимости от структуры существуют два типа транзисторов:

• NPN – ток течет от коллектора к эмиттеру при подаче положительного сигнала на базу.
• PNP – ток течет от эмиттера к коллектору при подаче отрицательного сигнала на базу.

При небольшом токе на базе транзистора можно управлять большим током между эмиттером и коллектором, что делает его дополнительным усилителем и переключателем.

Основные характеристики

1. Коэффициент усиления (hFE, β) – показывает, во сколько раз транзистор оказывает входной ток.
2. Максимальный ток коллектора (Ic, А) – наибольший ток, который может быть подведен через транзистор.
3. Напряжение насыщения (Vce, В) – напряжение, при котором транзистор полностью открыт.

Виды транзисторов

• Биполярные (BJT) – используются в обычных приборах, усилителях.
• Полевые (MOSFET, JFET) – управляются напряжением, широко применяются в цифровых схемах и источниках питания.
• Дарлингтон – мощные транзисторы с высоким коэффициентом усиления.

Некоторые функции транзистора:

• Усиление сигнала. Например, в аудио- и видеотехнике, радиоприёмниках и телевизорах.
• Переключение. Используется в цифровой электронике и микропроцессорных технологиях для управления двоичными состояниями (0 и 1).
• Модуляция сигнала. Транзисторы способны изменять физические характеристики сигнала, такие как напряжение, мощность, амплитуда, частота.
• Импульсные блоки питания (зарядные устройства, преобразователи напряжения).

Резистор

Резистор — это пассивный элемент электрических цепей, который ограничивает ток, управляет распределением напряжения и защищает цепь от перегрузки.Он работает на принципе сопротивления, препятствуя движению электрического заряда.

Основные характеристики резисторов

1. Сопротивление (Ом, Ω) – основной параметр резистора, показывающий, насколько сильно он ограничивает ток. Чем больше сопротивление, тем меньше ток проходит через цепь.
2. Мощность (Вт, W) – максимальная мощность, которую резистор может рассеять в виде тепла, не перегреваясь и не выходя из строя.
3. Допуск (точность, %) – показывает возможное отклонение реального сопротивления от номинального значения.

Резистор снижает напряжение и ограничивает ток в цепи согласно закону Ома:

I = U / R,

где I — ток (А), U — напряжение (В), R — сопротивление (Ω).

Виды резисторов

• Постоянные – имеют фиксированное значение сопротивления.
• Переменные – позволяют изменять сопротивление вручную (например, в регуляторах громкости).
• Подстроечные – используются для точной настройки цепи.

Некоторые функции резисторов:

• Ограничение тока. Предотвращают повреждение компонентов из-за чрезмерного тока.
• Делители напряжения. Позволяют разделять напряжение в цепи на части.
• Стабилизация работы схем. Используются в качестве задающих элементов в фильтрах, усилителях и генераторах.

Конденсатор

Конденсатор — это электрическое устройство, которое накапливает и хранит электрический заряд.Он состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделённых слоем изоляционного материала (диэлектриком).

Основные характеристики конденсаторов

1. Ёмкость (Фарады, Ф, чаще мкФ, нФ, пФ) – показывает, сколько разряда заряда удастся накопить конденсатор при определённом напряжении.
2. Рабочее напряжение (В, В) – максимальное напряжение, при котором конденсатор может безопасно работать.
3. Полярность – электролитические конденсаторы имеют «+» и «-», а неполярные можно подключить любой датчик.

Пример: конденсатор 1000 мкФ в блоке питания сглаживает пульсации после выпрямителя, обеспечивая более стабильное напряжение.

Виды конденсаторов

• Керамические – компактные, используются для хранения и хранения сигналов.
• Электролитические – имеют большую ёмкость, применяются в схемах питания.
• Танталовые – обладают высокой стабильностью и надежностью.
• Плёночные – используются в аудиотехнике и фильтрах.

Некоторые функции конденсаторов:

• Сглаживание пульсаций напряжения. В источниках питания конденсаторы хранят энергию во время повышений напряжения и отдают её при его снижении, создавая более стабильное выходное напряжение.
• Фильтрация сигналов. В схемах обработки сигналов конденсаторы применяются для фильтрации высокочастотных или низкочастотных компонентов.
• Создание временных задержек. В комбинации с резисторами конденсаторы формируют временные задержки в цепях, что востребовано в таймерах, генераторах импульсов и других.

Диоды

Диод — это полупроводниковый элемент, пропускающий рабочий ток только в одном направлении. Он выполняет роль своеобразного «электрического клапана», предотвращающего обратное течение тока и защищающего электронные схемы от перегрузок.

Устройство и принцип работы

Диод состоит из двух полупроводниковых регионов: p-области (с избытком дырок) и n-области (с избытком электронов). Между ними осуществляется pn‑переход, который блокирует прохождение тока в одном направлении и позволяет ему течь в другом при подаче постоянного напряжения.

Основные характеристики

1. Прямое напряжение (В, В) – минимальное напряжение, при котором диод подает ток.
2. Максимальный прямой ток (А, А) – наибольший ток, который диод может выдержать без повреждений.
3. Обратное напряжение (В, V) – напряжение, при котором диод перестаёт пропускать ток в обратном направлении.

Пример: в схеме питания диод 1N4007 защищает схему от неправильного подключения полярности.

Виды диодов

• Выпрямительные – преобразуют переменный ток в постоянный.
• Светодиоды (LED) – излучают свет при определении тока.
• Зенеровские – стабилизируют напряжение в цепи.
• Шоттки – обеспечивают низкое падение напряжения, используемые в высокочастотных схемах.

Применение диодов

• Выпрямление переменного тока (в блоках питания).
• Защита от переполюсовки (в аккумуляторных схемах).
• Генерация и модуляция сигналов (в радиотехнике).
• Освещение и индикаторы (светодиоды в приборах).

Микроконтроллеры

Микроконтроллер — это компактное программируемое устройство, управление которым осуществляется электронными цепями. Он представляет собой мини-компьютер на одном кристалле, включающий процессор, память и порты ввода-вывода.

Основные характеристики

1. Тактовая частота (МГц, ГГц) – скорость работы процессора.
2. Объём памяти (ОЗУ, ПЗУ, флэш-память) – хранение программ и данных.
3. Количество портов ввода-вывода – для подключения датчиков, кнопок, дисплеев и других компонентов.
4. Наличие периферии – встроенные модули (АЦП, таймеры, UART, I2C, SPI).

Виды микроконтроллеров

• 8-битные (например, ATmega328 в Arduino) – простые, энергоэффективные, адаптированные для базовых проектов.
• 16-битные (MSP430, PIC) – более производительные, применяются в промышленной автоматике.
• 32-битные (STM32, ESP32) – мощные, например, сложные вычисления и сети.

Применение микроконтроллеров

• Автоматизация (умный дом, робототехника).
• Встраиваемые системы (бытовая техника, автомобильная электроника).
• Программируемое устройство (Arduino, Raspberry Pi).

И так подведем итог что,основную работу усиления в УНЧ выполняют элементы усиления транзисторы,резисторы,конденсаторы и так далее,которые спаяны в одну схему,запитаны и на выходе дают результат при работе.Следовательно на этом всё,а вот какие процессы происходят в этих элементах разберем в другой раз.

И заканчивая эту статью скажу что следующим устройством моего интереса будет модулятор.И мне предстоит выяснить как при AM-модуляции амплитуда несущей волны изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой звукового сигнала. Например, громкость и частота звука определяют величину «подъёма» и «спада» несущей волны.И это изречение мне выдала нейро сеть по этому надо проверить и разобраться.

До связи!