Vítejte!
HŘÍŠNÍCI NOVÝ UŽIVATEL

nepřihlášený uživatel


Právě si tyto stránky čte 1 člověk.
Poslední změna:
29.09.2007
Návštěvník číslo:
23835
ICQ:61783389
Copyright © 2003
Hell

Elektronika

Maturitní otázky


ZESILOVAČE – ROZDĚLENÍ, VLASTNOSTI

21.Zesilovače – rozdělení, vlastnosti

Zesilovače jsou elektrická zařízení, která slouží k zesilování a úpravě elektrických signálů. Patří do kategorie dvojbranů, tj. obvodů, které mají dvě vstupní a dvě výstupní svorky.

Z elektrotechnického hlediska můžeme dělit zesilovače podle různých hledisek :

podle použitého zesilovacího prvku se dělí na zesilovače :

-          tranzistorové

-          elektronkové

-          magnetické

-          parametrické apod.

podle velikosti budícího signálu dělíme zesilovače na:

-          zesilovače velkých signálů

-          zesilovače malých signálů

-          zesilovače velmi malých signálů

podle druhu budícího signálu se dělí na zesilovače :

-          nízkofrekvenční - používají se převážně v akustické technice

-          vysokofrekvenční - vyskytují se prakticky v každém zařízení pro zpracování radiotechnických signálů

-          impulsové - pro zpracovávání radiolokačních nebo televizních signálů

-          zesilovače stejnosměrné - vyskytují se v lékařských, měřících a regulačních obvodech podle šířky přenášeného pásma dělíme zesilovače na :

o        úzkopásmové - třídecibelová šířka přenášeného kmitočtového pásma (B3) činí několik procent středního kmitočtu f0.

o        širokopásmové - třídecibelová šířka přenášeného pásma je srovnatelná se středním kmitočtem f0.

podle polohy pracovního bodu rozeznáváme zesilovače třídy :

A - výstupní proud teče v zesilovacím prvku po celou periodu signálu - říkáme, že úhel otevření a= 2p

B - výstupní proud teče v zesilovacím prvku po dobu půl periody, tzn., že úhel otevření a0 = p

C - výstupní proud teče v zesilovacím prvku po dobu menší, než je půl periody, tzn. že a0 < p.

D - zesilovače které pracují na principu pulní šířkové modulace, signál řídí pulzně spínaní zesilovače a šířkám pulzů odpovídá zesílený signál.

třída A                                            třída B                                                   třída C

podle zapojení zesilovacího prvku - rozeznáváme zesilovače  

a) se společným emitorem (SE)

b) společným kolektorem  (SC)

c) společnou bází  (SB)

SE                                               SC                                          SB

Podobné zapojení mají i zesilovače s unipolárními tranzistory nebo elektronkami.

podle způsobu činnosti dělíme zesilovače na

a) jednočinné

b) dvojčinné

podle vazby mezi stupni dělíme zesilovače na zesilovače s

a) kapacitní vazbou

b) přímou (galvanickou) vazbou

c) transformátorovou vazbou

Základní parametry zesilovačů

Amplitudové charakteristiky mají obvykle průběh, znázorněný na obr. Charakteristika platí pro sinusový signál o jednom kmitočtu. Nulovému vstupnímu napětí odpovídá nenulové napětí na výstupu. Toto nežádoucí rušivé napětí U2r má charakter šumu nebo brumu, jeho původ je v nedokonalosti zesilovače a omezuje nám jeho použitelnost. Čím větší jsou nároky na kvalitu zesilovače, tím musí být větší odstup užitečného signálu od rušivého. Např. amplituda výstupního napětí U2M musí být 10 x větší, než amplituda U2r.

Má-li zesilovač pracovat jako lineární čtyřpól, nesmí pracovní oblast na jeho amplitudové charakteristice vybočit z lineární oblasti.

Činitel napěťového zesílení -  je bezrozměrné číslo. Někdy se označuje jako napěťové zesílení nebo napěťový přenos.

Zisk zesilovače je vyjádřením napěťového zesílení v dB, tedy . Stejně je definován proudový zesilovací činitel a proudový zisk  a  .

Mají-li vstupní a výstupní veličiny sinusový průběh, ale různou fázi, zavádí se pojem komplexní amplitudy střídavého napětí , čímž se oba údaje o napětí U i fázi j vyjádří jednou komplexní  veličinou. Potom činitel napěťového zesílení je dán .

Analogicky platí i pro proudový zesilovací činitel

Na základě Ohmova zákona lze proudy signálů vyjádřit odpovídajícími hodnotami napětí a impedancí a získat vztah mezi napěťovým a proudovým zesílením , kde Z1 je vstupní impedance a Z2 je výstupní impedance.

Výkonové zesílení se udává jako poměr činného výkonu, dodávaného do zátěže k činnému výkonu, dodávanému zdrojem budícího signálu.

Činný výkon dodávaný do zátěže lze vyjádřit jako . Činný výkon, dodávaný zdrojem je , kde G1 = 1/R1 je vstupní vodivost, G2 = 1/R2 je výstupní vodivost zesilovače.

Dosazením výše uvedených vztahů pro výkonové zesílení dostaneme vztahy  .

Výkonový zisk je výkonové zesílení, vyjádřené v dB a platí vztahy

.

Vstupní a výstupní impedance zesilovače jsou pasivní prvky náhradních schémat zesilovače, dle obr.

Aktivní prvky v náhradních schématech U20 a I20 jsou ideální zdroje, závislé na budícím signálu. Uvedená schémata jsou rovnocenná a platí, že Z1 = Zvst, Z2 = Zvýst.

Nelineární zkreslení

Budí-li se zesilovač sinusovým signálem, není průběh výstupního signálu čistě sinusový. Provede-li se harmonická analýza výstupního napětí zesilovače, buzeného vstupním signálem o frekvenci f, získá se základní harmonická složka výstupního napětí s amplitudou Uf a vyšší harmonické s amplitudami U2f, U3f, atd. Velikost nelineárního zkreslení se vyjadřuje činitelem harmonického zkreslení k podle vztahu

     nebo také     

Činitel harmonického zkreslení je závislý na vybuzení zesilovače. Nejpřísnější požadavky na zkreslení bývají u zesilovačů akustických signálů, protože zde i malá změna obsahu harmonických složek působí rušivě. U jakostních signálů se požaduje, aby činitel harmonického zkreslení byl menší než 1%.

Zesilovače jsou často buzeny více sinusovými signály současně. Potom vzniká v zesilovačích větší množství nežádoucích kmitočtových složek. Vedle harmonických složek jednotlivých sinusových signálů vznikají vlivem nelinearit charakteristik také další nežádoucí složky signálu, jejichž kmitočty jsou dány kombinacemi součtových a rozdílových kmitočtů vstupních signálů a jejich harmonických složek. Tomuto zkreslení říkáme intermodulační zkreslení a určuje se měřením pro které je normou ČSN 367420 stanovena velikost kmitočtů a amplitud měrných vstupních signálů. Produkty intermodulačního zkreslení nemají přímý vztah k vstupnímu signálu a proto působí mnohem rušivěji, než složky harnonické. Ovšem měření intermodulačního zkreslení je mnohem obtížnější, proto se udává jen v závažných případech. U kvalitních zesilovačů se toleruje do 3%, t.j. do trojnásobku přípustné hodnoty harmonického zkreslení.

Kmitočtové charakteristiky

Názornou představu o základních vlastnostech zesilovače poskytuje kmitočtová charakteristika komplexního zesílení . Kreslí se buď v Gaussově rovině nebo v pravoúhlé souřadnicové soustavě. V Gaussově rovině lze odečíst pro libovolný kmitočet reálnou složku napěťového zesílení , imaginární složku napěťového zesílení  modul napěťového zesílení Au  a fázový argument ju.

(Fázor)

Mezi komplexním napěťovým zesílením a jeho složkami platí vztahy:

,

     

V pravoúhlé soustavě se vynáší zpravidla kmitočet na vodorovnou osu v logaritmickém měřítku a zesílení na vertikální osu v dB.

Šířka pásma je obor kmitočtů, v kterém je absolutní hodnota odchylek zisku menší než 3 dB. Tento obor je na straně nižších kmitičtů vymezen tzv.dolním mezním kmitočtem fd a na straně vyšších kmitočtů tzv. horním mezním kmitočtem fh. V pravoúhlých souřadnicích se zobrazuje také kmitočtová závislost fázového argumentu ju = f(ju) a nazývá se fázová charakteristika daného zesilovače nebo zkráceně fázová charakteristika.

Podle průběhu kmitočtových charakteristik lze posoudit, do jaké míry zesilovač vyhovuje danému použití. Nemá-li zesilovač zkreslovat, musí být splněny následující podmínky:

a) výstupní signál smí obsahovat jen ty harmonické složky, které jsou ve vstupním signálu (tj. činitel harmonického zkreslení je v celém rozsahu přenášených kmitočtů a výstupních výkonů roven nule).

b) na výstupu musí být všechny harmonické složky, které jsou ve vstupním signálu (t.j. zesilovač vykazuje v celém rozsahu přenášených kmitočtů co nejmenší odchylky zisku). 

Typický průběh fázové charakteristiky je na obr.

Přenášené pásmo kmitočtů je od 102 do 104 Hz. V tomto frekvenčním pásmu mívá zesilovač stálý zisk, roven celistvému násobku p. Naopak v kmitočtových oblastech, kde se mění zisk zesilovače nastává i změna fázového argumentu, způsobujícího fázové zkreslení. T.zn., že i z průběhu ziskové charakteristiky lze soudit na průběh fázového zkreslení.

Přechodová charakteristika

Jakost  zesilovačů lze také posuzovat podle průběhu t.zv. přechodové charakteristiky, což je odezva zesilovače na jednotkový skok vstupního signálu u1(t). Zobrazuje se v pravuůhlých souřadnicích. Přechodové charakteristiky mohou mít buď monotónní průběh, nebo mohou vykazovat překmity, viz obr.

( Tn doba náběhu )

Čím více se průběh přechodové charakteristiky podobá vstupnímu skoku, tím je zesilovač jakostnější.  Průběh přechodové charakteristiky je dán obvodovými prvky L,R,C daného zesilovače. Z průběhu kmitočtové charakteristiky lze metodami vyšší matematiky získat přechodovou charakteristiku a naopak. Tato možnost se využívá převážně při analýze a syntéze zesilovačů, určených pro impulsní signály.

Šumové vlastnosti

Každý zesilovač má na výstupu signály, které nesouvisí s budícím signálem. Jsou to rušivá napětí, neboť vytváří nežádoucí hluk v pozadí užitečného signálu. Tato rušivá napětí jsou dvojího druhu:

- brumová napětí - která mají kmitočet rovný kmitočtu síťového napájení nebo jeho celistvým násobkům. Vznikají obvykle nedokonalým odstíněním nebo filtrací napájecích napětí nebo elektromagnetických polí síťových transformátorů.

- šumová napětí - jsou napětí s nahodile proměnným průběhem. Tato tvoří soubor velkého množství střídavých složek všech možných kmitočtů. Jejich původ je v ohmických rezistorech a v aktivních prvcích zesilovačů.

Brumová napětí lze potlačit dokonalou filtrací napájecích napětí a vhodnou konstrukcí s použitím stínících krytů. Šumová napětí lze potlačit mnohem obtížněji, zejména u zesilovačů s velkým zesílením a velkou šířkou přenášeného pásma. Šumové poměry na vstupu zesilovače jsou vyznačeny na obr.

Zdroj budícího napětí s vnitřním odporem Rs produkuje nejen užitečný signál US, ale také šumové napětí s efektivní hodnotou UŠ.Pro srovnávání šumových vlastností zesilovačů jsou stanoveny t.zv. normální šumové podmínky:

a) Šumové napětí UŠ je tepelné šumové napětí vznikající na vnitřním odporu zesilovače při šumové teplotě Q0=290K.

b) Vstupní odpor zesilovače je roven vnitřnímu odporu zdroje (Rvst = RS).

Pro výpočet efektivní hodnoty tepelného šumu platí vztah ,   (V, J.K-1, K, W, Hz), kde k = 1,38.10-23 J/K  je Bolzmanova konstanta, Q0 je šumová teplota odporu RS v kelvinech, Df je šumová šířka přenášeného pásma. Přibližně se rovná  B3dB     zesilovače

Při výkonovém přizpůsobení budícího generátoru a vstupu zesilovače se na vstupní svorky zesilovače přivádí napětí UŠ1 = UŠ/2, jemuž odpovídá výkon, dodávaný do zesilovače

Vztah mezi vstupním a výstupním výkonem užitečného signálu je

Ideální zesilovač, který by neobsahoval žádný zdroj šumu by produkoval na výstupu šumový výkon Pš2i, rovněž Ap krát větší, než je šumový výkon, přiváděný na vstup  Pš2i = ApPš1. Každý reálný zesilovač ale obsahuje řadu zdrojů šumu (rezistory, tranzistory a p.), takže jeho výstupní šumový výkon je větší, než u ideálního zesilovače.Proto můžeme psát Pš2 = F.Pš2i = F.Ap.Pš1. Koeficient F  vyjadřuje šumové vlastnosti zesilovače a nazývá se šumový součinitel daného zesilovače za normálních šumových podmínek. Ideální nešumový zesilovač by měl F=1. Udává tedy šumový činitel, kolikrát je šumový výkon na výstupu reálného zesilovače větší, než by byl v případě, kdyby zesilovač neobsahoval žádný zdroj šumu.              

Šumový činitel lze definovat i jinak. Vlastní šum zesilovače způsobuje, že odstup signál/šum je na výstupu vždy menší než na jeho vstupu. Proto platí nerovnost

Dosadíme-li za jednotlivé výkony, shledáme, že tento podíl výkonových poměrů signálu k šumu na vstupu a výstupu se rovná šumovému činiteli F

Šumový činitel tedy udává, kolikrát je poměr signál/šum na vstupu  zesilovače větší než na jeho výstupu.

Přihlášení

Jméno

Heslo

Podporované projekty (vřele doporučuji)

Bezdrátová síť v Plzni 
PilsFree

Moje oblíbené WWW stránky (vřele doporučuji)

Zpravodajství ze světa nejrychlejších vozů naší planety:
Formule 1

Zpravodajství ze světa videa, TV karet, kodeků a tak podobně:
TV Freak

Zpravodajství ze světa počítačů a všeho kolem:
Živě

Zpravodajství ze světa počítačů:
PcTuning

Zpravodajství ze světa mobilů:
MobilMania

Zpravodajství ze světa počítačových her a hardwaru.
BonusWeb

Češtiny do her a programů:
Češtiny

Zpravodajství ze světa počítačových her a hardwaru:
Doupě

Vyhledávací server:
Google

zpět na předchozí stránku
Copyright © 2003 Hell
doporučené rozlišení 1024x768