усилители электрических колебаний

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ - устройства, в к-рых осуществляется повышение мощности электрич. колебаний с частотами 0/3хl0¹² Гц за счёт преобразования энергии стороннего источника питания (накачки) в энергию усиливаемых колебаний. Физ. явления, используемые для преобразования энергии, могут быть разделены на следующие осн. группы: взаимодействие эл--магн. поля с управляемыми потоками носителей заряда в вакуумных или полупроводниковых усилит, элементах .и приборах; перераспределение мощности по комбинац. частотам при изменении энергоёмкого параметра колебат. контура под воздействием источника накачки (см. Параметрическая генерация и усиление электромагнитных колебании); вынужденное излучение возбуждённых частиц вещества, вызванное действием эл--магн. поля (квантовые парамагн. У. э. к.- мазеры); взаимодействие эл--магн. волн с распределёнными полупроводниковыми структурами с нелинейными или изменяющимися во времени параметрами.

Параметры, характеризующие свойства У. э. к.: количественная оценка самого эффекта усиления, энергетич. и шумовые показатели, а также мера искажений усиливаемых колебаний. Важнейшими показателями У. э. к. служат коэф. усиления мощности напряжения и тока K_I = I₂/I₁, где U₁, I₁ и U₂, I₂-комплексные амплитуды гармонич. напряжений и токов соответственно на входе и выходе устройства; Р_вх-мощность, подводимая к его входу; Р_вых-мощность, отдаваемая им в заданную нагрузку. Осн. энергетич. показателями являются P_вых и кпд, определяемый как отношение Р_вых к мощности, потребляемой от источников питания (накачки).

Искажения усиливаемых колебаний обусловлены несовпадением реальных и идеальных характеристик У. э. к. вследствие как наличия реактивных элементов цепей (линейные искажения), так и нелинейности зависимостей, характеризующих физ. процессы в этих устройствах, в частности, нелинейности вольт-амперных, вольт-фарад-ных и др. характеристик усилительных элементов и приборов (нелинейные искажения). Существуют линейные искажения трёх видов: частотные, фазовые и переходные. Зависимость модуля коэф. усиления от частоты K(f)представляет собой амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) У. э. к., к-рая вследствие наличия реактив-ностей отличается от идеальной АЧХ, представляющей собой горизонтальную прямую на уровне К_ср-коэф. усиления на ср. частотах полосы пропускания, определяемой как разность граничных частот в пределах к-рой коэф. частотных искажений не превышает заданного значения. Полоса пропускания должна быть больше или в крайнем случае равна ширине спектра усиливаемых колебаний. На СВЧ используются мощностно-час-тотные характеристики К_Р (f).

Фазовые -искажения возникают, когда реальная фазоча-стотная характеристика (ФЧХ)т. е. частотная зависимость аргумента К, в полосе пропускания из-за присутствия реактивностей не совпадает с идеальной, представляющей собой выходящую из начала координат прямую где tз - групповое время запаздывания (ГВЗ). При нелинейной ФЧХ (или неравномерной характеристике ГВЗ) гармонич. составляющие спектра усиливаемых колебаний смещаются во времени неодинаково и на выходе У. э. к. получается колебание, отличное от входного.

При воздействии на вход У. э. к. скачкообразно меняющегося (ступенчатого) напряжения или тока на его выходе наблюдается переходный процесс, обусловленный существованием реактивных элементов. Изменения формы импульсных сигналов при усилении (переходные искажения) оцениваются с помощью переходной характеристики, представляющей собой зависимость от времени мгновенного значения выходного напряжения У. э. к. u₂(t) при мгновенном скачкообразном изменении напряжения на его входе где U₁ - размах входного напряжения, - единичная ф-ция. Эти искажения характеризуются временем нарастания, в течение к-рого нормированная переходная ф-ция изменяется от 0,1 до 0,9 своего установившегося значения, относит, значением наибольшего выброса, возникающего при колебат. характере переходного процесса, и неравномерностью вершины пря-моуг. импульса, образуемой за время его действия.

Уровень нелинейных искажений при усилении гармонич. колебаний оценивается обычно по коэф. гармоник - амплитуды напряжения высших гармоник колебаний, появившихся на выходе в результате искажений, или по коэф. отдельных гармоник и т. д.; при малых искажениях используют понятие затухания нелинейности по 2-й гармонике и по 3-й гармонике . Для оценки нелинейных искажений из-за образования колебаний комбинац. частот при подаче на У. э. к. двух и большего числа гармонич. колебаний применяется коэф. интермодуляционных искажений k_ими, для изменения к-рого на вход усилителя подаются 2 гармонич. колебания с частотами Гц, кГц при соотношении амплитуд их напряжений При этом где - амплитуда напряжения комбинационной составляющей на-выходе с частотой f₂-f₁ U₂(f1)- амплитуда выходного напряжения с частотой f₁. Нелинейные искажения при усилении колебаний в виде импульсных последовательностей в значит, мере зависят от формы усиливаемых импульсов.

Зависимость амплитуды 1-й гармоники выходного напряжения от амплитуды гармонич. входного напряжения U₂(U₁)называется амплитудной характеристикой (АХ) У. э. к.; идеальная АХ - прямая, выходящая из начала координат под углом При больших U₁ отклонение реальной АХ от идеальной обусловлено нелинейностью характеристик усилит, элемента и проявляется в нарушении линейной зависимости U₂(U₁). Кроме того, реальная АХ не выходит из начала координат вследствие наличия в У. э. к. внутр. помех: шумов, фона, дрейфа. Линейным участком АХ определяется динамич. диапазон У. э. к., к-рый должен быть больше или в крайнем случае равен динамич. диапазону усиливаемого сигнала, характеризуемому превышением макс, уровня последнего над минимальным, выраженным в дБ.

Шумы в У. э. к.- это флуктуац. помехи, появляющиеся в результате хаотического теплового движения свободных носителей заряда (тепловые шумы), дробового шума, фликкер-шума, др. физ. явлений. Шумовые свойства У. э. к. характеризуются коэф. шума, определяемым отношением полной мощности выходных шумов к её части, создающейся за счёт шумов от источника колебаний: Ш = P_ш._вых./К_рP_ш._и., где Р_ш._и., Р_ш._вых. - мощности шумов соответственно источника колебаний и на выходе усилителя. Для оценки шумовых свойств малошумящих У. э. к. с используется также шумовая темп-ра Т_ш- (Ш - 1)Т₀, где Т₀ = 293 К. Фон на выходе У. э. к. обусловлен влиянием сети электропитания, дрейф выходного напряжения возникает в результате изменений темп-ры, влияния радиации и старения усилит, элемента.

По характеру усиливаемых колебаний У. э. к. делят на гармонические и импульсные. В первых можно не считаться с переходными процессами, поскольку параметры усиливаемых колебаний сравнительно медленно изменяются во времени. Характеристики таких У. э. к. определяют путём подачи на вход одного или неск. гармонич. колебаний с изменяемыми частотами, фазами и амплитудами. Этот класс включает усилители систем радиовещания, записи и воспроизведения звука, телефонные и др. В импульсных У. э. к. уровень усиливаемых колебаний меняется настолько быстро, что продолжительность переходного процесса оказывает существенное влияние на форму колебаний на выходе. Свойства таких усилителей оценивают по характеру переходного процесса при подаче на вход скачкообразного напряжения. К этому классу относятся телевизионные, телеграфные, радиолокационные и др. У. э. к.

По схемотехн. принципу У. э. к. можно разделить на два класса. К первому, наиб. обширному относятся У. э. к., в той или иной мере обладающие свойствами невзаимных элементов и не охваченные положит. обратной связью: усиливаемые колебания подводятся к управляющим электродам усилит. элемента или другой усилит, структуры, а усиленные отводятся по цепям выходного электродаЛ В др. классе - регенеративных У. э. к.- в тракт усиливаемых колебаний вносится отрицательное дифференциальное сопротивление, обусловленное теми или иными физ. эффектами или являющееся следствием введения положит, обратной связи (при невзаимных усилит, элементах) и частично компенсирующее потери в тракте. Первый из указанных принципов построения У. э. к. применяется при любых частотам усиливаемых колебаний, второй-преим. на СВЧ.

Частота усиливаемых колебаний и требуемая ширина полосы пропускания решающим образом влияют на используемые физ. принципы работы, схемотехнику, конструкцию и достижимые параметры и характеристики У. э. к. По этому признаку У. э. к. делятся прежде всего на усилители постоянного тока (УПТ)и усилители переменного тока. Коэф. усиления УПТ не изменяется при уменьшении частоты до нулевого значения , т. е. они могут пользоваться как У. э. к. инфраниз-ких частот (колебаний с частотами ~доли Гц). Усилители перем. тока усиливают колебания в полосе причём в зависимости от абс. значенийи отношения такие У. э. к. делятся на ряд групп. Значения определяются гл. обр. наличием или отсутствием частотно-избират. цепей, а также частотными зависимостями физ. явлений, используемых для усиления: У. э. к. без частотно-избират. цепей наз. апериодическими, при наличии таких цепей - избирательными.

У. э. к. звуковых частот (УЗЧ) пропускают полосу частот от Гц до кГц, усилители видеочастот работают в полосе от f_н = 50 Гц до f_в = 6 МГц. У. э. к. с f_в/f_н до 10⁶ относятся к классу широкополосных и, как правило, бывают апериодическими. У. э. к. высокой частоты (УВЧ) являются избират. усилителями, для к-рых характерно отношение а значения усиливаемых частот выше звуковых; используются в радиопе-редающих устройствах и радиоприёмных устройствах в качестве усилителей радиочастоты (УРЧ) и усилителей промежуточной частоты (УПЧ). Такие У. э. к. бывают резонансными, в т. ч. узкополосными (с полосой пропускания ~неск. Гц), или полосовыми-со сравнительно равномерным ср. участком и резко ограниченными краями АЧХ.

Поскольку на практике усиления, обеспечиваемого одним усилит, элементом, часто оказывается недостаточно, У. э. к., как правило, делаются многокаскадными. Общий коэф. усиления N-каскадного У. э. к., простейшая структурная схема к-рого показана на рис. 1,

где K_j-коэф. усиления j-го каскада. Наиб, мощным каскадом У. э. к. является оконечный (выходной) N-й каскад, обеспечивающий необходимые напряжение и ток в нагрузке Z_н; ему предшествует ряд каскадов предварит, усиления. Экономичность оконечного каскада в осн. определяет энерге-тич. эффективность всего У. э. к., этот же каскад является осн. источником нелинейных искажений, поэтому, как правило, охватывается отрицат. обратной связью, позволяющей значительно уменьшить эти искажения. Такая же обратная связь часто вводится и в др. каскадах для улучшения их показателей.

Рис. 1. Структурная схема простейшего N-каскадного усилителя электрических колебаний.

УПТ широко используются в аналоговой вычислит, технике, для усиления слабых сигналов от разнообразных датчиков при измерениях в биологии, медицине, ядерной физике, геофизике, астрономии и др. У. э. к. этого класса существуют двух типов: без преобразования сигнала (усилители прямого усиления) и с преобразованием сигнала. В УПТ прямого усиления, реализуемых на транзисторах, интегральных схемах (ИС), электронных лампах, каскады соединяются непосредственно (гальванически) или, реже, с помощью оптоэлектронных приборов- оптопар. Использование непосредственной межкаскадной связи создаёт проблему обеспечения режима питания усилит, элемента по пост, току и, что существеннее, проблему дрейфа нуля-самопроизвольного изменения выходного напряжения (тока) при неизменном или равном нулю входном напряжении (токе). Первая решается разл. методами согласования каскадов, а для уменьшения дрейфа нуля широко применяют балансные схемы, используют температурно-зависимые линейные и нелинейные пассивные или активные элементы. Среди балансных У. э. к. различают разностные и дифференциальные. К разностным относятся каскады на транзисторах или электронных лампах с эмиттерной, истоковой или катодной связями. Значительно большее распространение получили дифференц. каскады, представляющие собой симметричные У. э. к. параллельного баланса, к-рые при реализации на дискретных элементах позволяют уменьшить дрейф нуля и подавить синфазные помехи в десятки раз, а в усилителях на ИС, где они широко используются в сочетании с генераторами стабильного тока (рис. 2)типа токоот-водов или источников тока, достигнуть ещё лучших показателей. Др. способ снижения дрейфа нуля в УПТ прямого усиления - применение для межкаскадной развязки резисторных, диодных или транзисторных оптопар: полупроводниковых приборов, состоящих из электрически изолированных друг от друга излучающего и фотоприёмного элементов, между к-рыми имеется оптич. связь (см. Оптоэлектроника).

Рис. 2. Схема дифференциального каскада на биполярных транзисторах VT1, VT2 с генератором стабильного тока (VT3).

В УПТ с преобразованием (модуляцией) изменяющийся ток (напряжение) сначала преобразуется в пропорциональный по амплитуде сигнал перем. тока, к-рый затем усиливается практически бездрейфовым усилителем перем. тока. Такие УПТ реализуются по схемам с модулятором или с генератором и прерывателем, причём для значит, снижения дрейфа нуля к соответствующим схемным узлам предъявляются жёсткие требования.

Схемотехн. принципы УПТ лежат в основе операционных усилителей (ОУ)- У. э. к., широко распространённых в радиоэлектронике. Созданные первоначально для реализации матем. операций суммирования, дифференцирования, интегрирования и др. в вычислит. технике, ОУ благодаря достижениям микроэлектронной технологии стали обладать параметрами и характеристиками, позволяющими использовать их как близкие к идеальным универсальные "строит, блоки" для создания устройств с самыми разнообразными ф-циями: усилителей разл. классов, гар-монич. и релаксационных генераторов, функциональных преобразователей, компараторов, источников пост, тока и стабильного напряжения, активных фильтров, гираторов и др. ИС операционного усилителя обладают коэф. усиления , сохраняя усилит, свойства до частот порядка 10⁹ Гц, имеют входные сопротивления Ом, выходные- от единиц до неск. сотен Ом, ослабляют синфазные входные напряжения на дБ и т. д. Схемотехнически ОУ представляют собой УПТ обычно с , цепями сдвига уровня, защиты и коррекции, причём входным является высококачеств. дифференц. каскад, за к-рым следует один или неск. промежуточных каскадов симметричного или несимметричного типа. Оконечный каскад выполняется по схеме эмиттерного или истокового повторителя с высоким входным и низким выходным сопротивлениями.

У34 относятся к классу,,апериодических У. э. к., а резонансные цепи используются в них обычно лишь для коррекции АЧХ. Каскады предварит, усиления предназначены для увеличения напряжения источника колебаний до уровня, необходимого для нормального возбуждения мощного оконечного каскада, работают в линейном режиме (режим А), а осн. предъявляемое к ним требование - обеспечение макс, усиления. Выполняются на полевых транзисторах, транзисторах биполярных и ИС, реже на электронных лампах и тиристорах. При дискретной реализации применяются резисторные каскады с разделит, конденсаторами, биполярные транзисторы включаются по схеме с общим эмиттером, полевые-с общим истоком, лампы-с общим катодом (рис. 3). При работе с высокоомными источниками колебаний в качестве входных каскадов обычно используют эмиттерные, истоковые или катодные повторители. При небольших выходных мощностях (до единиц Вт) оконечные каскады выполняются, как правило, на биполярных транзисторах по трансформаторной или дроссельной схеме в режиме А или на ИС. Выходные каскады на более высокие мощности строятся по двухтактным трансформаторным или бестрансформаторным схемам на мощных биполярных транзисторах и электронных лампах, работающих в режимах, обеспечивающих высокий кпд с отсечкой выходного тока усилит, элемента (режимы В, А В), в ключевом режиме (D), с изменением положения точки покоя элемента в зависимости от уровня усиливаемых колебаний (Е). Схемотехнически реализация режимов D и Е сравнительно сложна, однако они позволяют достигать кпд более 90%. В качестве У. э. к. звуковых частот могут применяться также магн. усилители, относящиеся к классу параметрических.

Рис. 3. Схема апериодического резисторного усилителя электрических колебаний с разделительным конденсатором на биполярном транзисторе, включённом с общим эмиттером.

В широкополосных У. э. к, умеренно высоких частот, в т. ч. в усилителях видеочастот и в импульсных при дискретном исполнении, в качестве предварительных обычно используются резисторные каскады с разделит, конденсаторами и высокочастотной эмиттерной коррекцией, выполненные на ВЧ-транзисторах при включении с общим эмиттером (истоком). В интегральном исполнении применяются разнообразные высокочастотные усилительные ИС, в частности ОУ. Оконечные каскады широкополосных У. э. к., как правило, резисторные со сравнительно высоким выходным напряжением, в них используются цепи высокочастотной коррекции, часто применяется включение усилит, элемента (УЭ) по схеме эмиттерного, истокового или катодного повторителя. Др. принцип достижения широкополосности реализуется в У. э. к. с распределённым усилением: к управляющим и выходным электродам ряда транзисторов или ламп подключаются две цепи с распределёнными параметрами, в к-рых обеспечивается режим бегущей волны. При одинаковых скоростях распространения волн в этих цепях усилит, возможности элементов складываются, а их межэлектродные ёмкости, являющиеся осн. фактором, ограничивающим сверху полосу пропускания обычных усилителей, оказываются распределёнными по указанным цепям и не увеличивают ёмкостей на входе и на выходе У. э. к. ?

Усилители радиочастоты условно можно разделить на два класса-малосигнальные и мощные, существенно различающиеся набором характеризующих их параметров, типами и режимами работы используемых УЭ, схемотехнически и конструктивно. Первые применяются преим. в качестве входных каскадов радиоприёмных, а вторые - выходных каскадов радиопередающих устройств. Общим же признаком У. э. к. обоих этих классов является наличие той или иной частотно-избират. системы, что позволяет не только усиливать, но и выделять колебания с требуемыми частотами.

Малосигнальные УРЧ обычно являются резонансными У. э. к. с и характеризуются резонансным коэф. усиления по напряжению, или по мощности, (где f_о - резонансная частота контура или резонатора), частотной избирательностью, определяемой как уменьшение усиления при заданной расстройке по сравнению с резонансным усилением, коэф. шума. На умеренно высоких частотах УРЧ выполняются на транзисторах и ИС. Для предотвращения самовозбуждения из-за внутр. положит, обратной связи, обусловленной наличием у транзисторов проходной проводимости, применяются цепи нейтрализации, а также каскадные схемы - непосредственно соединённые два транзистора, первый из к-рых нключён по схеме с общим эмиттером, второй - с общей базой (рис. 4). Широко используются универсальные и специализир. ИС, при МГц-полупроводниковые, на более высоких частотах-гибридные.

' .

Рис. 4. Резонансный усилитель электрических колебаний на биполярных транзисторах по каскадной схеме общий эмиттер (VT1) - общая база (VT2).

К малосигнальным УРЧ близки функционально, схемотехнически и конструктивно УПЧ, обеспечивающие осн. избирательность и усиление полезного сигнала в супергетеродинных радиоприёмных устройствах. УПЧ работают на фиксированной (промежуточной) частоте, относятся к разряду полосовых, имеют и строятся по одной из двух структурных схем: с распределённой или с сосредоточенной избирательностью. В качестве усилит, элемента используются дискретные транзисторы в разл. схемах включения, в т. ч. каскадных, и специализированные и универсальные, усилит, и многофункциональные ИС. УПЧ 1-го типа содержат соединённые каскадно УЭ и частотно-избират. цепи, в качестве к-рых применяются LC-элементы (одиночные контуры, связанные контуры и др.) или активные RС-фильтры. Формирование необходимых АЧХ (че-бышевской, максимально плоской, эллиптической) и ФЧХ достигается путём комбинирования типов, числа и взаимной расстройки этих цепей. В УПЧ 2-го типа избирательность обеспечивается фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ), включаемым обычно между преобразователем частоты и первым из N апериодических каскадов У. э. к. на транзисторах или ИС. В качестве ФСИ используются многозвенные LC-фильтры и активные RC-фильтры, эл--механич., пьезомеханич., пьезоэлектрич. фильтры на объёмных и поверхностных акустич. волнах, дискретные и цифровые фильтры.

В тех случаях, когда УРЧ является первым каскадом радиоприёмного устройства, его. шумовые и усилит, свойства в значит, мере определяют чувствительность всего устройства, особенно в диапазоне СВЧ, где уровень внеш. помех сравнительно мал. Для применения на входе высокочувствит. радиоприёмников спутниковых и радиорелейных систем связи, радиоастрономических и др. разработаны малошумящие У. э. к. (МШУ), построенные на разл. физ. и схемотехн. принципах и отличающиеся весьма низкими значениями Ш(Т). , :

Наим. шумами обладают квантовые усилители, у к-рых в условиях глубокого охлаждения жидким гелием уровень тепловых шумов становится соизмеримым с шумами спонтанного излучения активного вещества: в диапазоне частот ГГц при о.хлаждении до 4,2 К. Обычно применяемые трёхуровневые мазеры строятся как регенеративные У. э. к., реже как усилители бегущей волны. Наличие громоздких и дорогостоящих криогенной охлаждающей и магн. систем ограничивает область применения квантовых усилителей уникальными приёмными устройствами радиоастрономии и сверхдальней космич. связи. С мазерами сравнимы по шумовым свойствам полупроводниковые параметрич. усилители (ППУ) при глубоком охлаждении (до 20 К и ниже), однако необходимость системы охлаждения заставляет использовать их в осн. в наземных радиосистемах, где требуются высокочу-вствит. радиоприёмные устройства, а габариты, масса и потребляемая мощность менее существенны. ППУ, в к-рых в качестве изменяемого энергоёмкого параметра служит нелинейная ёмкость полупроводникового диода - ва-рикапа, работают в диапазоне частот ГГц, имеют относит, полосы пропускания от долей до неск. %, дБ на каскад, широкий динамич. диапазон. В качестве источников накачки применяются генераторы на транзисторах СВЧ без умножения и с умножением частоты, на Танна диодах и на лавинно-пролётных диодах. Неохлаждаемые ППУ превосходят по шумовым параметрам неохлаждаемые У. э. к. на транзисторах СВЧ, но значительно уступают последним по сложности, технологическим и массогабаритным показателям, в связи с чем вытесняются ими, прежде всего из бортовой аппаратуры.

Широкополосные транзисторные МШУ строятся обычно по схеме несимметричного (рис. 5) или балансного апериодического У. э. к. с согласующими СВЧ-цепями на входе и выходе каждого каскада и реализуются в виде гибридных или полупроводниковых ИС. По шумовым параметрам охлаждаемые МШУ на арсенид-галлиевых полевых транзисторах с барьером Шотки практически не уступают охлаждаемым ППУ.

К классу МШУ относятся также У. э. к. на туннельных диодах (Есаки диодах). По шумовым свойствам такие регенеративные усилители СВЧ сравнимы с транзисторными, но уступают последним в устойчивости к перегрузкам и по ряду др. параметров, вследствие чего их применение ограничено.

Рис. 5. Схема несимметричного полоскового усилителя электрических колебаний СВЧ на полевом транзисторе, включённом с общим истоком.

Мощные У. э. к,, называемые в радиопередающей технике генераторами с внеш. возбуждением, на умеренно высоких частотах выполняются на транзисторах, электронных лампах, а на СВЧ - на транзисторах, лавинно-пролётных диодах и диодах Ганна, лампах спец. конструкции и на эл--вакуумных приборах СВЧ, в к-рых происходит взаимодействие эл--магн. колебаний резонансных и замедляющих систем с динамически управляемыми потоками электронов [лампы бегущей волны (ЛБВ) или лампы обратной волны (ЛОВ) и пролётные клистроны] .Схемотехн. особенности мощных У. э. к. умеренно высоких частот связаны с созданием режимов работы УЭ, обеспечивающих выделение в полезной нагрузке заданной мощности при возможно более высоком кпд и допустимом уровне нелинейных искажений. Используются сложные цепи связи усилит, элемента с нагрузкой, обеспечивающие оптим. трансформацию сопротивления нагрузки и фильтрацию высш. гармоник, образующихся вследствие существ, нелинейности режима работы.

В У. э. к. метрового, дециметрового и в ДВ-части сантиметрового диапазонах применяются металлокерамич. триоды и тетроды с резонансными системами преим. коаксиального, тороидального или радиального типа, лампы включаются обычно по схеме с общей сеткой. В транзисторных У. э. к. СВЧ несимметричного или балансного типа широко используется сложение мощностей на выходе с помощью разл. сумматоров, к-рые, как и согласующие цепи, выполняются обычно (микро)полосковыми (см. По-лосковые линии).

У. э. к. СВЧ ср. мощности на лавинно-пролётных диодах и диодах Ганна бывают двух типов: регенеративные в режиме устойчивого усиления и на основе синхронизированных автогенераторов. Первые более широкополосны, но обладают существенно меньшим усилением на каскад, чем вторые. В то время как в дециметровом и сантиметровом диапазонах широко применяют транзисторные У. э. к., в миллиметровом зачастую предпочтительнее диодные устройства.

В качестве У. э. к. в мощных радиопередающих устройствах СВЧ используются ЛБВ и ЛОВ и пролётные клистроны. ЛБВО (прибор О-типа с механизмом скоростной модуляции) служат для широкополосного усиления сигналов ср. и большой мощности, в непрерывном режиме обеспечивают Р_ВЫХ от 100 кВт в дециметровом до 1 кВт в миллиметровом диапазонах, в импульсном режиме - до 5 МВт в сантиметровом и до 5 кВт в миллиметровом; кпд ширина полосы пропускания 50% и более; ЛБВО могут применяться также и в радиоприёмных устройствах в качестве МШУ с однако в этой области они значительно уступают твердотельным У. э. к. по массогабаритным и др. показателям.

ЛБВМ (прибор М-типа с механизмом фазовой фокусировки) с инжектированным лучом (биматроны) обеспечивают несколько меньшее усиление, но отличаются широко-полосностью и высокой линейностью и стабильностью ФЧХ, что при уровнях выходной мощности в единицы - десятки кВт в непрерывном и в сотни кВт в импульсном режимах позволяет эффективно использовать их в передающих устройствах доплеровских радиолокац. систем и в системах с фазированными антенными решётками (см. Радиолокация ).ЛОВМ с инжекторным лучом (битермитроны), так же, как и ЛОВМ с распределённой эмиссией катода (амплитроны), работают в качестве У. э. к. СВЧ в режиме синхронизир. автогенераторов; первые обладают более высокими К_Р, вторые позволяют получать большие уровни мощности при кпд до Выходные мощности усилит, пролётных клистронов могут достигать 1 МВт в дециметровом, 300 кВт в сантиметровом и 10 кВт в миллиметровом диапазонах в непрерывном режиме и соответственно 100 МВт и 100 кВт - в импульсном; кпд до 50%; ширина полосы пропускания до 10%;

У. э. к. в функциональной микроэлектронике строятся на основе активных (регенерированных) распределённых, гибридных или цепочечных систем, в. к-рых за счёт того или иного физ. механизма происходит частичная или полная компенсации потерь энергии. Такими механизмами могут быть туннельный эффект, доменная неустойчивость в полупроводниках, лавинное умножение носителей зарядов и др., однако по причинам технол. и эксплуатац. характера эти усилители бегущей волны пока не нашли широкого техн. применения.

Лит.: Ризкин А. А., Основы теории усилительных схем, 2 изд., М., 1954; Кабанов Д. А., Функциональные устройства с распределенными параметрами, М., 1979; Вамберский М. В., Казанцев В. И., Шел у хин С. А., Передающие устройства СВЧ, М., 1984; Давыдова Н. С., Данюшевский Ю. 3., Диодные генераторы и усилители СВЧ, М., 1986; Шварц Н. 3., Усилители СВЧ на полевых транзисторах, М., 1987; Остапенко Г. С., Усилительные устройства, М., 1989; Радиоприемные устройства, под ред. А. П. Жуковского, М., 1989^ Я Я. Фомин.

   <<      Предметный указатель      >>