Pracovní třídy zesilovačů Tzv. pracovní třída zesilovače je určená polohou pracovního bodu P na převodní charakteristice —► dobou, po kterou zesilovacím prvkem protéká proud, vzhledem ke vstupnímu zesilovanému signálu —► třídy: A AB B C D G H S T Zesilovač třídy A • pracovní bod P umístěn do středu převodní charakteristiky • tranzistorem protéká proud po celou dobu vstupního signálu Poznámky: • zakreslená poloha pracovního bodu P vyjadřuje polohu při nulovém vstupním signálu; při nenulovém vstupním signálu se poloha pracovního bodu P mění v závislosti na aktuální hodnotě vstupního signálu • tranzistorem protéká proud i při nulovém vstupním signálu Vlastnosti • malé zkreslení signálu (menší při menším signálu) • použitelný pouze pro malé výkon (jednotky wattů) • malá účinnost (teoreticky 25 %) • tranzistorem protéká proud i bez přítomnosti vstupního signálu Zesilovač třídy B —O +Ucc 1/2UCC C Ugc Rz -O GND Rz -O +Ucc GND -O -Ucc Jednoduché napájení s oddělovacím kondenzátorom Symetrické napájení bez oddělovacího kondenzátoru • pracovní bod P nastaven do počátku převodní charakteristiky • tranzistorem protéká proud pouze při přítomnosti vstupního signálu Poznámky: • tranzistorem protéká proud jen při kladní respektive záporné půlperiodě vstupního signálu přechodové zkreslení Vlastnosti • velké zkreslení signálu - přechodové zkreslení (zejména pro malé signály) • používaný v koncových stupních nf zesilovačů • vyšší účinnost ve srovnání s třídou A (teoreticky 78,5 %) • tranzistorem protéká proud pouze při přítomnosti vstupního signálu Zesilovač třídy AB • pracovní bod P nastaven tak, aby tranzistorem procházel klidový proud • tranzistorem protéká proud i při nepřítomnosti vstupního signálu, který je však menší než u třídy A Poznámka: • pro malé malé signály shodné vlastnosti jako zesilovač ve třídě A • pro velké signály se blíží vlastnostmi třídě B Vlastnosti • menší zkreslení signálu než ve třídě B • používaný v koncových stupních nf zesilovačů • vyšší účinnost ve srovnání s třídou A, menší ve srovnání s třídou B Zesilovač třídy C pracovní bod P nastaven tak, aby tranzistorem procházel proud až při vyšších úrovních vstupního signálu Poznámka: • Zátěží zesilovače bývá rezonanční obvod zesilovač kompenzuje ztráty tohoto rezonančního obvodu Vlastnosti • velké zkreslení signálu • vysoká účinnost (teoreticky až 100 %, prakticky 80 % až 90 %) • používaný ve vysokofrekvenčních výkonových stupních rozhlasových vysílačů • vysoký výkon zesilovačů (jednotky kW) Třída D Omezení tepelných ztrát na tranzistorech: 1. nulový či zanedbatelný proud tranzistory 2. zanedbatelný odpor tranzistoru v sepnutém stavu —► protékající proud vyvolá na tranzistoru pouze zanedbatelný úbytek napětí Ad. 2) znamená, že tranzistor přivádí na zátěž „celé" kladné či záporné napájecí napětí • je-li však tranzistor sepnut jen po velmi krátkou dobu, způsobí vychýlení membrány reproduktoru požadovaným směrem • vychýlení membrány bude úměrné délce sepnutí tranzistoru i řízením šířky impulsu vstupním signálem se dosáhne stejného efektu jako u dříve popisovaných zesilovačů (viz třída A, B) Spínací frekvenci impulsů je nutno odfiltrovat, aby nezpůsobovala rušení. Spínací frekvence by měla být co nejvyšší, avšak musí být brán zřetel na vlastnosti použitých tranzistorů. Nejnižší použitelný spínací kmitočet lze stanovit ze Shannon - Kotelnikova teorému. Vzhledem k větší pravděpodobnosti průniku vf rušení na výstup zesilovače je nutné věnovat konstrukci větší pozornost (rozmístění součástek, stínění - umístění do kovové skříně atp.) Třída D a) porovnávací signál M/W analogový signál b) analogový signál strkove modulované impulzy (PWM) mm porovnávací signál 4.6.14 modulátor PWM šířkově modulovaný impulzní signál princip generování PWM signálu Zdroj :;■ O (I Cl ty a «' Ví .'V. signálu Generátor MA LrojuneiniKoveno signálu 4.6.15 Řídicí obvod Výkonové cninarö nanř ■::/^fijj.iaaeu ojJSI lavti 1 lapí. JU~U Zesílený impulzní signál Zesílený analogový signál ideové zapojení zesilovače Zpětná vazba Zesilovač se zpětnou vazbou L zesilovač »0 J> bez zpětné vazby obvod zpětné vazby V Ur A = A o Blackova rovnice u2 A = -í A0 = U, U 10 P = U zv A - zesílení zesilovače se zpětnou vazbou A0 - zesílení zesilovače bez zpětné vazby - přenos obvodu zpětné vazby U2 člen pro sloučení nebo rozbočení signálu Záporná zpětná vazba a) U Neinvertující zesilovač c) Invertuj fcí zesilovač U2 i Obr 4.2.2 Záporná zpětná vazba /? - A 0 < 0 činitel zpětné vazby 1 — /? - A 0 > 1 vratný rozdíl fázový posuv zpětnovazebního signálu

0 1-P-A0<1 cp = 0° Obr. 4,2.3 Kladná zpětná vazba činitel zpětné vazby vratný rozdíl fázový posuv zpětnovazebního signálu vůči vstup, signálu Vliv zpětné vazby na vlastnosti zesilovače šířka pásma Zkreslení k' —---—— 1 " P ' A0 kr - zkreslení při zpětné vazbě k - zkreslení bez zpětné vazby Dolní mezní kmitočet ^odzv — 1-P'A0 Horní mezní kmitočet ^ohzv = ^oh ' (1 — P ' ^o) Vliv zpětné vazby na vlastnosti zesilovače A ldB l0dB přenos s kladnou ZV B kladná ZV přenos bez zpětné vazby B bez zpětné vazby B - šířka pásma zesilovače, 20./og(l-Mo) přenos se zápornou zpětnou vazbou —20. log Aq 20./og(l-pV\0) ^ 1-Mo>1 Vliv zpětné vazby na vlastnosti zesilovače Druh ZV Přenos otevřené smyčky p.A Vratný rozdíl N = 1 - p.A Zesílení kladná ZV 0 <0.A < 1 N < 1 A> A0 kladná ZV - systém je nestabilní - oscilace p.A = 1 N = 0 A —» oc záporná ZV B.A<1 N>0 A< A0 silná záporná ZV p.A » 1 N s -p.A A = -1 / p bez ZV p.A = 0 N = 1 A = A0 Záporná zpětná vazba Kladná zpětná vazba zmenšuje zesílení zvětšuje zesílení zmenšuje zkreslení zvětšuje zkreslení zmenšuje citlivost na změnu parametrů součástek vlivem stárnutí, teploty atd. zvětšuje citlivost na změnu parametrů součástek vlivem stárnutí, teploty atd. zmenšuje šumy vznikající v zesilovači zvětšuje šumy vznikající v zesilovači zvětšuje dynamiku zesilovače zmenšuje dynamiku zesilovače zvětšuje šířku pásma zmenšuje šířku pásma zvětšuje stabilitu zmenšuje stabilitu, za určitých podmínek může způsobit rozkmitání zesilovače Základní druhy ZV Z hlediska zapojení vstupu zesilovače a výstupu ZV: • sériová • paralelní Z hlediska zapojení výstupu zesilovače a vstupu ZV: • proudová napěťová Sériová proudová ZV vstupní proud zesilovače zároveň protéká výstupním obvodem zpětnovazebního členu výstupní proud zesilovače prochází vstupním obvodem zpětnovazebního členu a) -o (A U 10\|/ V U v 6 b) / A o R V u2 u u BE\J V — ■o v i40 = í/. 10 p = u zv A = h U, U, =U10 + U zv A A 0 zesílení zesilovače se zpětnou vazbou zesílení zesilovače bez zpětné vazby přenos obvodu zpětné vazby Paralelní napěťová ZV vstupy i výstupy zesilovače a vazebního členu jsou zapojeny paralelně '1 ' ~H> —=R> zv V 0 b) R, R, I- zv 2 o----------©■ V u, j c) Zpětnovazební obvod n m afé//c napětí X uu R /ri Z S" R, c o v U, 7^4-O 4> = í/r / 10 / ZV U: A = U: T h = ho + / zv Sériová napěťová ZV vstup zpětnovazebního členu je paralelně s výstupem zesilovače výstup zpětnovazebního členu je v sérii se vstupem zesilovače A0 = U- U p = u zv 10 U- A = Hl U, Paralelní proudová ZV výstup zpětnovazebního členu je paralelně s vstupem zesilovače vstup zpětnovazebního členu je v sérii s výstupem zesilovače Vliv ZV na vstupní a výstupní impedanci U± í/io + Uzv Yyst h ho + / ZV U 10 \|/ 'z v ZV A0 o.........■» -D> Z V V -t> '10 i—o- -é- Vstup impedance se sériovou ZV: ^vst — Zvsto ' (x~ p ' ^o) Vstup admitance s paralelní ZV: 7vst = Yvst0 • (1 — /? • A0) 7 — Výstup impedance s proudovou ZV: Výstup impedance s napěťovou Z V: Zpýst = ZvýstO ' o- ~ p ' ^o) ZvýstO VySt (1 " p • Aq) Stabilita zesilovače se ZV Stabilní zesilovač -výstupní signál odpovídá zadanému vstupnímu signálu. Nestabilní zesilovač — zavedena kladná ZV —> signál ZV vybudí zesilovač tak, že začne generovat kmity. P i mají komplexní charakter —> na jisté frekvenci může dojít ke změně ze záporné ZV na kladnou ZV. ^^^^H (1 — /? - A0) = 0 —> zesílení roste k nekonečnu —> zesilovač se rozkmitá Oscilační podmínky: • amplitudová /? • A0 > 1 • fázová 00 co = 0 to = 0 X sysŕém ye stabilní U/\ -> ------- systém kmitá -AAA Aj - f; ; Re{f3>y I V V V Vf sysŕém kmitá s rostoucí amplitudou Zesilovač je stabilní, když kmitočtová charakteristika přenosu zpětnovazební smyčky /? • A0 zakreslená do komplexní roviny neprochází bodem 1 na reálné ose ani tento bod neobepíná plná čára - neobsahuje bod [1; Oj] —> systém je stabilní čerchovaná čára - prochází bodem [1; Oj] —> generovány kmity s konstantní amplitudou čárkovaná čára - obepíná bod [1; Oj] —> zesilovač kmitá, amplituda kmitů roste Oscilátory oscilátory = zdroje harmonického signálu • lze realizovat více způsoby dle požadavků, např.: kmitočtové pásmo, laditelnost (spojitá, diskrétní), stabilita kmitočtu, čistota spektra a harmonické zkreslení apod. • vlastnosti jsou obvykle nejvýrazněji ovlivněny vlastnostmi zpětnovazebního článku P • dle realizace zpětnovazebních článků se nejvíce rozlišují: zpětnovazební LC (100 kHz - 300 MHz, stabilita f cca 10"3 až 10"4, zkreslení 1% až 0,1%) zpětnovazební krystalové (neladitelné, 10 kHz do 100 MHz, stabilita f 10"6 i lepší, zkreslení 1% až 0,1% zpětnovazební RC (10 Hz - 10MHz, stabilita f 10"3 až zkreslení 1% až 0,001%) LC oscilátory Oscilátory s induktivní vazbou T0 - 2k\ÍLČ Tříbodové oscilátory +Ucc HartleyŮV Oscilátor (indukční dělič napětí) Tříbodové oscilátory ColpittSŮV Oscilátor (kapacitní dělič napětí) Tříbodové oscilátory Krystalové oscilátory Krystal = monokrystal křemene, např. ve tvaru destičky či hranolu, který je nap protilehlých stěnách opatřen kovovými elektrodami. 1 T -rCíei "^Q<2 ^C|o a) -Kl fs = 2nyjLK1 • CK1 Činitel jakkosti krystalových rezonátorů dosahuje extrémně vyskokých hodnot, pohybujících se v řádu 105 až 106. Kmitočtový rozsah se pohybuje od jednotek kHz do stovek MHz Oscilátory dosahují vysoké kmitočtové stability A/OT./A/0=10-7-10-6/hod Krystal se zapojuje místo jedné z reaktancí (viz výše) °4 A- I 0>Q = /p; RC oscilátory yff(co) bývá poměrně plochá, určujícím faktorem pro jednoznačnou oscilaci je dostatečně strmá fázová charakteristika (jo(cd). Dle principu rozdělujeme RC oscilátory do dvou skupin: * s postupně posouvanou fází (mají jednu smyčku Z V) * můstkové (mají dvě smyčky ZV). K zajištění podmínky cpA + cpB = 360° musí zpětnovazební dvoj bran natáčet fázi o cpB = 180°—» zajištěno třemi články (každý „natáčí" fázi o 60°. RC oscilátory Oscilátory můstkové Oscilátor s Wienovým článkem Wienův článek představuje pásmovou propust 2. řádu se strmým přechodem fázové charakteristiky nulou —> určuje, na jakém kmitočtu bude oscilátor kmitat. Modulová charakteristika je plochá, s nevýrazným maximem. Ke splnění fázové podmínky musí být použit neinvertující zesilovač (+A). Oscilátory můstkové