Nízkofrekvenční dvojčinné zesilovače velkého výkonu


Výkonové zesilovače - úvod:

Výkonové (koncové) zesilovače zabezpečují dodání potřebného výkonu zátěži zesilovače (např. reproduktoru) při požadovaném činiteli nelineárního zkreslení kn. Základními parametry koncových zesilovačů jsou:

- výstupní výkon P2;

- činitel nelineárního zkreslení kn;

- šířka přenášeného pásma B = fh - fd;

- účinnost .

Koncové zesilovače mohou pracovat v transformátorovém zapojení jako jednočinné nebo dvojčinné. Jednočinné výkonové zesilovače pracují výhradně ve třídě A a dvojčinné výkonové zesilovače pracují ve třídě A, B nebo AB.


Třídy zesilovačů:

Typ třídy se určuje podle umístění pracovního bodu na převodní charakteristice. Jednotlivé třídy jsou na následujících obrázcích (ideální výstupní signál je při sinusovém vstupním signálu):


Třída A - pracovní bod je umístěn zhruba uprostřed lineární části převodní charakteristiky (obr. A). Vlastnosti: malé zkreslení a malá účinnost (ideálně 50%, v praxi cca 35 - 45%). Užití: hlavně jednočinné zesilovače.

Třída B - pracovní bod je umístěn v bodě zániku kolektorového proudu Ic (obr. B). Vlastnosti: značné zkreslení, velká účinnost (cca 75%). Užití: hlavně dvojčinné zesilovače.

Třída C - pracovní bod je umístěn hluboko za bodem zániku kolektorového proudu Ic (obr. C). Vlastnosti: velmi vysoké zkreslení, velmi vysoká účinnost (cca 90%). Užití: pro vf aplikace (např. vysílače, apod.).

Třída AB - pracovní bod je umístěn v „koleně“ převodní charakteristiky, aby přes tranzistor tekl trvale určitý malý klidový proud (obr. AB). Vlastnosti: vysoké zkreslení (závislé na poloze pracovního bodu), velká účinnost (cca dto třída B, tj. cca 75%). Užití: hlavně dvojčinné zesilovače.




DKVZ - základní princip:

Dvojčinné koncové výkonové zesilovače (DKVZ) jsou zesilovače, které pracují nejčastěji ve třídě B a AB. Tyto zesilovače využívají dvojice tranzistorů, kde každý z nich zesílí pouze polovinu vstupního signálu (jeden zápornou, druhý kladnou). Od zesilovačů velkých signálů se požaduje maximální výkon P2 a maximálně velká účinnost , přiměřené zkreslení a potřebná šířka pásma.

Základní principiální zapojení DKVZ je na následujícím obrázku (obr. A):

Vstupní transformátor TRvst „rozdělí“ vstupní signál (naznačeno na obr. A). Přitom tranzistor T1 zesílí první (kladnou) půlvlnu, zatím co tranzistor T2 na první půlvlnu nereaguje (je zavřen), neboť je pro něho tato půlvlna vlastně záporná (obr. A). Při druhé půlvlně (záporné) tranzistor T1 nereaguje (je zavřen) a tranzistor T2 se otevře, neboť díky inverzi transformátoru je na něm druhá půlvlna kladná. Výstupní transformátor TRvýst obě zesílené půlvlny opět „spojí“ v jeden signál, který projde na zátěž Rz.

Neboť budící (vstupní) a výstupní transformátor zavádí do přenosové cesty zkreslení a transformátory jsou součástky rozměrné a těžké, nahrazují se oba transformátory vhodným zapojením tranzistorů (viz dále).








DKVZ - náhrada vstupního transformátoru:

Neboť vstupní transformátor v podstatě na jedné straně otáčí fázi - invertuje a na druhé nikoli (podobně jako vstupy u operačního zesilovače), nahrazuje se elektronickým fázovým invertorem (principiální schéma je na obr. B).

U tohoto invertoru jde o zapojení zesilovače se společným emitorem (invertuje) a zároveň zesilovače se společným kolektorem (neinvertuje), a proto na pracovních rezistorech R1 a R2 vznikají vzhledem k zemi dvě napětí, jejichž fáze je vzájemně posunuta o 180°.

Toto zapojení je však problematické v tom, že zapojení SC a SE nemají stejné zesílení, a tak signál z SE je zesílen mnohem více (AuSE >> 1), než signál z SC (AuSC < 1), což je špatné. Tento problém se nechá vyřešit např. dvojicí komplementárních tranzistorů (viz dále).


DKVZ - náhrada výstupního transformátoru:

Náhrada výstupního transformátoru lze provést mnoha různými způsoby (např. DKVZ se dvěma zdroji nebo s jedním zdrojem vždy se 2 tranzistory stejného typu; aj.), avšak ve většině případů jsou komplikace, neboť je nutno použít vstupní transformátor, a proto se používá v DKVZ dvojice komplementárních tranzistorů.

V tomto zapojení (principiální schéma na obr. C) není třeba, aby každý z tranzistorů měl opačně polarizovaný budící signál. Jeden budící signál se současně přivádí na báze obou komplementárních tranzistorů T1 a T2, čímž se de facto odstraní i problémy se vstupem (vstupním transformátorem).

Kladnou půlvlnou vstupního signálu se otvírá tranzistor T1, který je typu NPN, a tranzistor T2 je přitom zavřený, neboť je typu PNP. Při záporné půlvlně vstupního signálu se funkce obou tranzistorů vymění - tranzistor T1 je zavřen a tranzistor T2 je otevřen. Oba signály jsou stejně zesíleny a zkresleny (oba tranzistor v zapojení SE) a jsou přivedeny na zátěž Rz.

Dalšího zjednodušení DKVZ v předešlém zapojení můžeme dosáhnout, jestliže budeme oba komplementární tranzistory budit přímo tranzistorem předcházejícího stupně. Zesilovač bude pracovat podobně jako předešlý zesilovač, ale mezi oběma bázemi tranzistorů T1 a T2 nemusí být vytvořen elektrický střed.

Zvětšení výstupního výkonu zesilovače je pak možné dosáhnout tak, že nahradíme tranzistory T1 a T2 tzv. Darlingtonovými dvojicemi tranzistorů. I toto zapojení bude pracovat obdobně jako předešlé s komplementárními tranzistory pouze z větším výstupním výkonem.


DKVZ - vlastnosti, užití:

Vlastnosti: průměrné zkreslení, velká účinnost (cca 75%); možnost použití i v integrované podobě

Užití: koncové výkonové zesilovače v různých přístrojích


dlabos.wz.cz