25 - Selektivní zesilovače


VFZ - úvod:

Vysokofrekvenční zesilovače jsou obecně zesilovače, které zesilují relativně vysoké kmitočty (cca nad 100 kHz). Podle šířky přenášeného pásma rozlišujeme pak 2 základní typy:

- úzkopásmové (selektivní) vf z.;

- širokopásmové (videozesilovače) vf z.

Šířka pásma se dosahuje vhodným zapojením některých součástek (zvláště pasivních). U selektivní vf zesilovačů se vhodné šířky pásma dosahuje zapojením jednoduchých nebo vázaných rezonančních obvodů, popř. piezokeramických filtrů, místo kolektorového rezistoru. {U širokopásmových zesilovačů se rezonančních obvodů nepoužívá anebo jsou tyto obvody záměrně silně rozladěny a utlumeny - narozdíl od selektivních vf zesilovačů, kde tomu je naopak.}

U všech druhů vysokofrekvenčních zesilovačů musíme věnovat pozornost konstrukčnímu uspořádání součástek, aby nedošlo ke vzniku nežádoucí parazitní zpětné vazby, a tím k rozkmitání zesilovače. Samozřejmě aktivní součástky (tranzistory, integrované obvody, aj.) musí mít vysoké horní mezní frekvence.


VFZ - s jednoduchým rezonančním obvodem:

Principiální zapojení vf zesilovače s jednoduchým rezonančním obvodem je na následujícím obrázku (obr. A):





Kondenzátor C a cívka L představují rezonanční obvod, kde rezistor Rpo je ztrátový odpor tohoto rezonančního obvodu. Poměry na rezonančním kmitočtu jsou vysvětleny v otázce č. 6. Jednoduché rezonanční obvody.


V krátkosti: V rezonanci se uplatňuje pouze ztrátový rezistor Rpo a na emitoru tranzistoru bude téměř plné napětí zdroje Ucc. Pro střídavý signál, který má rezonanční kmitočet, představuje rezonanční obvod velkou impedanci (ideálně Rpo = 0 a pak Zo = ), což znamená, že signál „putuje“ na výstup. V opačném případě je „ukončen“ na zem (viz náhradní schéma zesilovače (obr. B)).


Zatím jsme uvažoval jen ztrátový odpor rezonančního obvodu Rpo. V praxi však na rezonanční obvod působí ještě výstupní odpor tranzistoru r2 a vstupní odpor následujícího stupně Rz (tj. vstupní odpor tranzistoru) a připojené rezistory na nastavení pracovního bodu. Všechny tyto odpory je třeba zahrnout do paralelního tlumícího odporu Rt, který je připojen paralelně k ztrátovému odporu rezonančního obvodu Rpo a určuje tak výsledný tlumící odpor Rp. O tomto tlumící odporu platí vše, co je vysvětleno v otázce č. 6. Jednoduché rezonanční obvody.

Stejně tak kondenzátor C rezonančního obvodu není v obvodu jediný a na výslednou kapacitu budou mít vliv i ostatní kapacity C2, Cm a Cz, které jsou k této kapacitě připojeny paralelně (viz náhradní obvod) a dohromady tvoří celkovou kapacitu Cc.

V krátkosti: Rezonanční kmitočet je určen Thomsonovým vztahem: . Při rezonanci je impedance rezonančního obvodu maximální a uplatňuje se jen reálná složka, která je rovna výslednému tlumícímu odporu Rp, což plyne z následujícího:

Obecný vztah pro zesílení Au zesilovače: Z…dáno impedancí paralelního rezonan. obvodu

Impedanci Z vyjádříme úpravami následně:

Pak vztah pro zesílení Au vypadá:

Při rezonanční kmitočet fo platí F = 0, pak:

Šířka pásma pak závisí na provozním činiteli jakosti, který je přímo úměrně vázán na výsledný tlumící odpor. Takže velikostí výsledného tlumící odporu lze ovlivnit šířku pásma. Závislost přenášeného pásma B tohoto zesilovače na různých hodnotách činitele jakosti Q (potažmo Rp) je taková to: čím větší činitel jakosti Q tím menší je přenášené pásmo, což dokazuje následující vztah:

Šířka pásmo B pro 3dB se vypočte ze vztahu:


Za účelem snížení tlumení rezonačního obvodu lze odebírat signál s odbočky, a to jak na cívce, tak z kapacitního děliče. Je-li nutno upravit i vliv výstupní impedance, připojuje se kolektor tranzistoru na odbočku cívky, a výstup popř. na kapacitní dělič.




VFZ - s vázanými rezonančními obvody:

Všude tam, kde nedostačuje strmost boků rezonanční křivky jednoduchých rezonančních obvodů, se používají selektivní vf zesilovače s vázanými rezonančními obvody. Principiální schéma selektivního vf zesilovače s vázanými rezonančními obvody je na následujícím obrázku (obr. A):



Nejčastěji se používají dvojité vázané rezonanční obvody, tzv. dvojice oboustranně laděných obvodů, které mezi sebou mají indukční nebo kapacitní vazbu. U více stupňových zesilovačů je jeden rezonanční obvod zapojen jako zátěž jednoho zesilovacího stupně a druhý rezonanční obvod (s dvojice vázaných) tvoří laděný vstupní obvod následujícího zesilovacího stupně (obr. A). Šířku přenášeného pásma těchto rezonančních obvodů lze různými úpravami ovlivňovat.

Vzájemný přenos energie je závislý na hodnotě vazební vzájemné indukčnosti M nebo vazební kapacity C. Při malé hodnotě M nebo C jde o tzv. volnou vazbu, při velké hodnotě M nebo C jde o tzv. těsnou vazbu. „Velikost“ vazby se vyjadřuje činitelem vazby k. O vázaných rezonančních obvodech je pojednáno v otázce č. 7. Vázané rezonanční obvody.


V krátkosti: Činitel vazby k může nabývat tří různých hodnot, z čehož vyplynou 3 druhy vazeb - vazba podkritická (k < 1), vazba kritická (k = 1), vazba nadkritická (k > 1).


Při stejném naladění obou rezonančních obvodů na rezonanční kmitočet pak nejvýhodnější z hlediska strmostí boků křivek je vazba nadkritická, na úkor šířce pásma (obr. B).


VFZ - vlastnosti, užití:

Vlastnosti: Ve všech vf zesilovačích s rezonančními obvody určuje závislost výsledného napětí signálu na kmitočtu (šířku pásma) výhradně rezonanční obvod a jeho tlumení předcházejícím a následujícím tranzistorem! Zesílení nebo změna zesílení jednotlivých stupňů (tranzistorů) má na výslednou šířku kmitočtového pásma jen nepřímý, obvykle zanedbatelný vliv!

Užití: mezifrekvenční zesilovače, aj.


dlabos.wz.cz