15. ZESILOVAČE V KOMUNIKAČNÍCH ZAŘÍZENÍCH Rozdělení zesilovačů podle velikosti rozkmitu vstupního napětí, podle způsobu zapojení tranzistoru do obvodu, podle způsobu vazby na následující stupeň a podle dalších hledisek. Popište pracovní třídy zesilovačů, jejich vlastnosti a použití. Nakreslete schéma zapojení jednoho nf zesilovacího stupně bez zpětné vazby s tranzistorem NPN s připojeným vnějším odporem 1 kΩ jako zátěž. Rozeberte vliv vlastností jednotlivých součástek na činnost zesilovače. Zesilovač: je to čtyřpól, na jehož vstupní svorky přivádíme elektrický signál, určený k zesílení. Z jeho výstupních svorek už odebíráme tento signál zesílený. Součástí každého zesilovače je napájecí zdroj, který je velice důležitým prvkem, protože určuje až do jaké míry může být vstupní signál zesílen. Nejdůležitější vlastností tranzistoru je schopnost malým proudem do báze ovládat velký proud kolektoru. Zesilovače mohou zesilovat napětí, proud nebo výkon, přičemž zesilují změny napětí (proudu). Blokové schéma zesilovače
Proudový zesilovací činitel h21 - je podíl kolektorového a bázového proudu h21 = IC / IB Ic = Ib * h21 Ib + Ib *h21 =Ie Ib + Ic = Ie Rozdělení zesilovačů: po zavedení vstupního (budícího) signálu se všechny proudy a napětí budou měnit podle průběhu tohoto budícího signálu. Pracovní bod bude okamžitou polohu měnit.
Podle velikosti rozkmitu vstupního signálu: a) budící signál má tak malý rozkmit, že úseky, kterými pracovní bod probíhá lze považovat za přímky (s mírným zanedbáním zakřivení charakteristik), jedná se o zesilovač malého signálu. Celý obvod je možno řešit pomocí linearizovaných vztahů. b) budící signál má tak velký rozkmit, že zakřivení probíhaných úseků na voltampérových charakteristik již zanedbat nelze, jedná se o zesilovač velkého signálu. Toto rozdělení má prvořadou důležitost! Je jím určen zásadní přístup k řešení zesilovače: zda se bude celek v obvodu chovat jako lineární nebo nelineární dvojbran.
1
Podle způsobu zapojení tranzistoru do obvodu : a) Zesilovače se společným emitorem : používají se jako nízkofrekvenční i vysokofrekvenční zesilovače. Mají vyhovující vstupní a výstupní odpor a velké napěťové, proudové, a tedy i výkonové zesílení. b) Zesilovače se společnou bází : pracují při vysokých kmitočtech. Mají malý vstupní a velký výstupní odpor, velké napěťové zesílení. Proudové zesílení je menší než jedna. c) Zesilovače se společným kolektorem : mají velký vstupní a malý výstupní odpor, velké proudové a výkonové zesílení. Napěťové zesílení je menší než jedna. Nejčastěji se používají jako impedanční transformátory. Mohou se také používat jako emitorové sledovače.
SE
SK
SB
Parametr
Zapojení SB
SE
SK
Vstupní Z
100Ω
2kΩ
250kΩ
Výstupní Z Proudové zesílení (Ai) Napěťové zesílení (Au)
1MΩ
5 až 100Ω
<1
5 až 50kΩ 20 až stovky
20 až stovky
100
30 až 100
<1
2
Podle způsobu vazby na následující stupeň : - existuje několik druhů vazeb zesilovače na zdroj budícího signálu a na zátěž zesilovače a) Stejnosměrná vazba : použijeme rezistor
b) Induktivní vazba : použijeme transformátor (tvořen cívkami) c) Kapacitní vazba : použijeme kondenzátor Podle šířky přenášeného pásma : a) Úzkopásmové : kmitočtové pásmo je vzhledem ke kmitočtům uprostřed pásma úzké b) Širokopásmové : zesilují vzhledem ke středním kmitočtům velmi široká kmitočtová pásma. Podle kmitočtu zesilovaných signálů : a) Nízkofrekvenční : přenáší kmitočty do 50 kHz b) Středofrekvenční : přenáší kmitočty přibližně do 400 až 500 MHz c) Vysokofrekvenční : přenáší kmitočty přibližně od 500 až 1000 MHz d) Mikrovlnné : přenáší kmitočty vyšší než 1000 MHz. Podle použití : a) Zesilovače proudu : žádáme co největší změny kolektorového proudu b) Zesilovače napětí : žádáme co největší změny kolektorového napětí c) Zesilovače výkonu : žádáme, aby odevzdávaný výkon ve výstupním obvodu byl úměrný přivedenému výkonu na vstupu.
3
Popis pracovních tříd zesilovačů : a) Třída A : u této třídy se pracovní bod pohybuje nebo leží v lineární oblasti charakteristik. Po přivedení střídavého napětí na vstup tranzistorem prochází proud po celou dobu periody. Tato třída má nejmenší zkreslení, ale i malou účinnost. I když na vstup nepřivedeme budící signál, tranzistorem i tak prochází stejnosměrný klidový proud. b) Třída B : zesiluje pouze půlku periody vstupního signálu. Vlivem velkého zkreslení je zcela nemožné zesilovat akustické signály. Narozdíl od třídy A tranzistorem v klidu neprochází žádný proud, což zapříčiňuje zkreslení při zesilování velmi slabých signálů vlivem nelineární oblasti u vstupní charakteristiky tranzistoru.Při dvojčinném zapojení každý stupeň zesiluje buď kladnou nebo zápornou půlvlnu, které když se posléze sečtou, tak dostaneme průběh signálu budícího. c) Třída AB (D) : proto, abychom zamezili vzniku nelinearity, musíme použít takový pracovní bod, kdy zesilovačem i bez budícího signálu teče malý vstupní proud.
4
d) Třída C : u této třídy otevírají tranzistor větší amplitudy vstupního proudu, protože klidový pracovní bod se nachází až za bodem zániku vstupního proudu a to záporným předpětím mezi bází a emitorem. Je proto propouštěna a zesílena méně než polovina vstupního signálu se sinusovým průběhem. Zesilovač má velké zkreslení a účinnost 80 % i více. Používáme tuto třídu zesilovačů u rezonančních obvodů jako zátěž (vf výkonové zesilovače, koncové stupně vysílačů). V rezonančním obvodu je proud i napětí sinusové a zesilovač svými špičkami proudu jen v tomto rezonančním obvodu udržuje kmity.
e) Nakreslete schéma zapojení jednoho nf zesilovacího stupně bez zpětné vazby s tranzistorem NPN a s připojeným vnějším odporem 1 kiloohm jako zátěž. Rozeberte vliv vlastností jednotlivých součástek na činnost zesilovače
RB – pomocí tohoto odporu nastavujeme pracovní bod čili proud báze RC – nastavuje klidové napětí na výstupu CB,C – kondenzátory zabraňují průniku stejnosměrného napětí=> propouští pouze střídavou složku
5
