26 - Širokopásmový zesilovač a impulsní

ŠZ - úvod:

Širokopásmové zesilovače jsou zesilovače, jejichž šířka přenášeného pásma je větší než u běžných vysokofrekvenčních zesilovačů. Můžeme je rozdělit na 2 základní typy:

- dolnopropustný š.z. (šířka pásma cca B = 0 6 MHz) (obr. A);

- pásmové š.z. (mají charakter široké pásmové propusti, šířka pásma minimálně B = 300 kHz) (obr. B).

Dolnopropustný širokopásmový zesilovač (DŠZ):

Tento zesilovač musí přenášet signály cca od 0 Hz (stejnosměrný signál) až do cca 6 MHz se stejným časovým zpožděním a poklesem (o 3 dB), tj. bez zkreslení. Poměr (odstup) signál - šum by měl být minimálně 40 dB.

Pro tyto zesilovače se zásadně používá zapojení se společným emitorem pracujícím ve třídě A.

Užití: videozesilovače, obrazové zesilovače v TV

DŠZ - korekce NF oblasti:

Na nízkých frekvencích dochází ke zmenšení zesílení jednak vlivem vazebního kondenzátoru, který spolu se vstupním odporem následujícího stupně vytváří napěťový dělič, a jednak vlivem emitorového rezistoru Re, který není při nízkých kmitočtech zkratován emitorovým kondenzátorem Ce, ale představuje jistý odpor, na němž vzniká záporná proudová sériová zpětná vazba a ta zmenšuje zesílení (pokles amplitudové charakteristiky).

Posunutí dolního mezního kmitočtu směrem k nule lze docílit různými způsoby, např. vhodnou volbou emitorového kondenzátoru Ce (ten pak působení zpětné vazby vyruší a zesílení poroste).

Působení vazebního kondenzátoru lze částečně kompenzovat sériovým zařazením paralelní kombinace kondenzátoru Cf a odporu Rf (na středních kmitočtech se tato kombinace neuplatňuje), která se při nízkých frekvencích řadí do série s kolektorovým rezistorem Rc (obr. A), a tím se zvětšuje jeho odpor a tedy i zesílení (viz definice zesílení zesilovače otázka č. 28. Zesilovač malého signálu), což má za následek rozšíření frekvenčního pásma směrem k nízkým kmitočtům (obr. B). Další možností rozšíření pásma směrem k nízkým kmitočtům je „zrušení“ vazebního kondenzátoru Cv, tj. vytvořením zesilovače se stejnosměrnou vazbou.


DŠZ - korekce VF oblasti:

Mezní horní frekvence je dána jednak mezní frekvencí samotného tranzistoru, a jednak poměrně značně velkou celkovou kapacitou Cc (hlavně různé parazitní kapacity) připojenou paralelně ke kolektorovému rezistoru Rc. Tento nepříznivý vliv se kompenzuje připojením indukčností Lk.



Je-li indukčnost Lk připojena do série s kolektorovým odporem Rc, tak společně s parazitní kapacitou Cc tvoří paralelní rezonanční obvod s vlastní frekvencí (rezonanční frekvencí) v okolí mezní frekvence zesilovače a vzniká tzv. paralelní korekce (obr. A) (název odvozen z náhradního schématu zesilovače, kde je Lk paralelně s Cc). Převýšením rezonanční charakteristiky vyrovnáme pokles charakteristiky zesilovače v této oblasti (prosté sečtení charakteristik). Pásmo tohoto zesilovače je tak cca o 70% širší než u zesilovače bez korekce.


Je-li indukčnost připojena místo vazebního kondenzátoru jde o tzv. sériovou korekci (obr. B). Využívá se potom sériového rezonančního obvodu, který při rezonanci vykazuje na vstupní kapacitě následujícího stupně Q-krát vyšší napětí. Šířka pásma je dvojnásobná v porovnání se zesilovačem bez korekce.


Zkombinujeme-li obě předchozí korekce vznikne sériově paralelní korekce. Korekční obvod pak obsahuje dvě cívky. Pásmo se v porovnání se zesilovačem bez korekce rozšíří téměř třikrát. Často se tato korekce používá v obrazových zesilovačích.

Při kompenzaci pomocí indukčnosti však dochází k nelineárním změnách fázové charakteristiky zesilovače, a proto se zpravidla nedá využít plné rozšíření, které by indukčnost umožňovala.

Pásmový širokopásmový zesilovač (PŠZ):

Tento zesilovač pracuje podobně jako pásmová propust s velkým propouštěným (přenášeným) kmitočtovým pásmem, které by mělo být minimálně 300 kHz.

Často se tyto zesilovače konstruují jako zesilovače s tzv. rozloženě laděnými obvody. Zesilovač je složen z tranzistorových zesilovacích stupňů s několika vázanými laděnými rezonančními obvody (popř. jednoduchými laděnými rezonančními obvody). Každý z obvodů je přitom laděn na odlišný, přesně daný rezonanční kmitočet. Jednotlivé rezonanční kmitočty jsou stanoveny tak, aby výsledná rezonanční křivka (která je složena z rezonančních křivek jednotlivých zesilovacích stupňů) byla plochá a široká a aby na ní nebyly rušivé vrcholy, povoluje se jen malé zvlnění. Celé zapojení pak vytvoří širokopásmový pásmový zesilovač.

IZ - úvod:

Impulsové zesilovače mají za cíl zesílit slabý signál, a přitom co nejpřesněji zachovat tvar jeho časového průběhu. Musí splňovat tyto základní podmínky:

- i.z. musí být lineární;

- i.z. musí zesilovat všechny harmonické rovnoměrně (žádnou nesmí potlačovat);

- i.z. musí zachovávat vzájemné fázové posuny mezi jednotlivými harmonickými.

Vezmeme-li pro posouzení přenosových vlastností zesilovače (hlavně zkreslení jednotlivých harmonických) nejobtížnější impuls - ideální obdélníkový impuls (jednotkový skok), a pak tento impuls lze rozložit podle Fouriera na nekonečné množství vyšších harmonických, pak z podmínek pro impulsový zesilovač plyne, že zesilovač musí mít vyrovnanou kmitočtovou charakteristiku zisku a fáze v co nejširším rozmezí (teoreticky f = 0 ).

Odezva zesilovače na jednotkový signál na vstupu se nazývá přechodová charakteristika a její průběh určuje zkreslení standardního vstupního signálu a je jednoznačným kritériem přenosových vlastností impulsového zesilovače. Rozeznáváme 2 části přechodové charakteristiky, a to pro čelo a temeno impulsu.

IZ - jednotkový skok, náhradní schéma zesilovače:

Tvar a popis částí jednotkového skoku je zobrazen na následujícím obrázku (obr. A):

K určování zkreslení jednotlivých částí jednotkového skoku se bude hodit náhradní schéma zesilovače (obr. B) a rozbor jeho přenosových vlastností (blíže viz otázka č. 28. Zesilovač malého signálu s RC vazbou, frekvenční závislost).

IZ - zkreslení čela impulsu:

Z hlediska čela impulsu se zesilovač na své výstupní straně chová jako ideální zdroj napěťového skoku U2max s vnitřním odporem R a parazitní kapacitou Cp (obr. A).

Vnitřní odpor R je roven:

Parazitní kapacita Cp je rovna:

Zkreslení čela je způsobeno tím, že parazitní kapacity Cp potřebují určitý čas k nabíjení (popř. vybíjení). Nabíjí se přes vnitřní odpor R exponenciálně s časovou konstantou h.

Časová konstanta h je určena: kde však časová konstanta h je rovna také:

Aby se čelo impulsu přeneslo bez zkreslení musí být h = 0 fh = , tj. zesilovač musí mít horní mezní kmitočet fh maximální (ideálně fh = ).

Jako míra zkreslení čela impulsu se zpravidla udává tzv. doba náběhu Tn, což je časový interval, který uplyne mezi okamžiky 10% a 90% z výstupního napětí U2max (obr. B).

IZ - zkreslení temene impulsu:

Z hlediska temene impulsu se zesilovač na své výstupní straně chová jako ideální zdroj stálého napětí U2max po dobu šířky impulsu d. Vazební kondenzátor Cv2 se bude vlivem zátěže Rv vybíjet (z napětí U2max)(obr. A).

Zkreslení temene je tedy způsobeno tím, že vazební kondenzátor Cv2 se právě přes zátěž Rv vybíjí. Vybíjení probíhá exponenciálně s časovou konstantou d.

Časová konstanta d je určena: kde však časová konstanta d je rovna také:

Aby se temeno impulsu přeneslo bez zkreslení musí být d = fd = 0 , tj. zesilovač musí mít dolní mezní kmitočet fd minimální (ideálně fd = 0, tj. stejnosměrný zesilovač).

Jako míra zkreslení temene impulsu se zpravidla udává tzv. pokles p temene impulsu (obr. B), který je dán přibližným vztahem:


dlabos.wz.cz