OBSAH TEMATICKÉHO CELKU 1/3

Ing. Jozef Klus 2013 ZOSILŇOVAČE OBSAH TEMATICKÉHO CELKU 1/3 Základné pojmy a rozdelenie zosilňovačov Vlastnosti a parametre zosilňovačov Frekvenčná a prenosová charakteristika zosilňovačov (X) Skreslenie a šírka pásma zosilňovačov Základné zapojenie zosilňovačov s tranzistormi NPN a PNP Voľba pracovného bodu zosilňovačov Pracovné triedy zosilňovačov Stabilizácia pracovného bodu zosilňovačov Ing. Jozef Klus 1

OBSAH TEMATICKÉHO CELKU 2/3 Zosilňovače v zapojení SB, SE, SC Zosilňovače s kapacitnou väzbou (X) Viacstupňové NF zosilňovače Dvojčinný výkonový zosilňovač bez výstupného transformátora (X) Dvojčinný výkonový zosilňovač s komplementárnou dvojicou tranzistorov Spätná väzba v zosilňovačoch, základné pojmy Vplyv spätnej väzby na prenos v zosilňovačoch VF zosilňovače, rozdelenie vlastnosti OBSAH TEMATICKÉHO CELKU 3/3 Neladený širokopásmový VF zosilňovač Zapojenie ladeného VFZ, činnosť a frekvenčná charakteristika Operačný zosilňovač, základné pojmy a parametre Vlastnosti operačného zosilňovača (X) Základné zapojenia operačných zosilňovačov Integrované NF a VF zosilňovače Opakovanie zosilňovačov Ing. Jozef Klus 2

ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE ZOSILŇOVAČOV ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... Čo je zosilňovač? Zosilňovač je elektronická súčiastka, alebo sústava elektronických súčiastok, ktorých úlohou je zvýšiť amplitúdu (premenlivého) elektrického signálu. Je to aktívna dvojbrána (nelineárna) má vstup a výstup 2 brány - dvojbrána, alebo 4 póly - štvorpól na vstupnú bránu privádzame signál ktorý chceme zosilniť z výstupnej brány odoberáme zosilnený signál Ing. Jozef Klus 3

ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... Zosilňovač je tvorený zosilňovacím prvkom a pomocnými obvody na nastavenie a stabilizáciu pracovného bodu, nie je zdrojom energie k jeho činnosti je nevyhnutný napájací zdroj, ktorý doplňuje vstupnú energiu na výstupnú časť energie zo zdroja sa premení na stratové teplo Úlohou zosilňovača je zosilňovať vstupný elektrický signál. ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... ROZDELENIE ZOSILŇOVAČOV: Podľa použitých aktívnych súčiastok elektrónkové zos. zos. s bipolárnymi tranzistormi zos. s unipolárnymi tranzistormi (MOS-FET) zos. s integrovanými obvodmi zos. s inými súčiastkami (optoelektronické prvky, relé,...) Ing. Jozef Klus 4

ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... Podľa druhu a frekvencie vstupného signálu nízkofrekvenčné (20Hz ~ 20kHz, elektroakustika) vysokofrekvenčné (viac ako 20kHz, bezdrôtový prenos správ, telekomunikácie) impulzné (číslicové a výpočtové systémy, impulz. prenosové systémy, rádiolokácia, TV technika,...) jednosmerné (regulačné a meracie zariadenia) ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... Podľa veľkosti vstupného (budiaceho) signálu predzosilňovače zosilňujú signály na malé úrovne výkonové zosilňovače zosilňujú signály z predzosilňovača na požadovanú úroveň Podľa počtu stupňov jednostupňové viacstupňové Ing. Jozef Klus 5

ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... Podľa šírky prenášaného (zosilňovaného) frekvenčného pásma úzkopásmové širokopásmové Poľa väzby medzi zosilňovacími stupňami s RC väzbou (kapacitná väzba) najpoužívanejšia, najmä pri NF s transformátorovou väzbou s priamou väzbou ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIE... Podľa polohy kľudového pracovného bodu zosilňovač triedy A zosilňovač triedy B zosilňovač triedy AB zosilňovač triedy C Podľa zapojenia tranzistora so spoločným emitorom SE so spoločnou bázou SB so spoločným kolektorom SC Ing. Jozef Klus 6

VLASTNOSTI A PARAMETRE ZOSILŇOVAČOV VLASTNOSTI A PARAMETRE ZOSILŇOVAČOV Základné parametre zosilňovača zosilnenie nelineárne skreslenie stabilita odolnosť proti rozkmitaniu šírka pásma kmitočtový rozsah, ktorý je zosilňovač schopný zosilniť Ing. Jozef Klus 7

VLASTNOSTI A PARAMETRE ZOSILŇOVAČOV Zosilnenie zosilňovača napäťové prúdové výkonové zosilnenie je bezrozmerná veličina udáva koľkokrát sa zmení (zväčší) príslušný parameter (U, I, P) na výstupe oproti vstupu VLASTNOSTI A PARAMETRE ZOSILŇOVAČOV môže byť vyjadrená aj v db au = 20.log U2 /U1 ai = 20.log I2 /I1 ap =10.log P2 /P1 [db] [db] [db] Zosilnenie vyjadrené v db označujeme ako zisk zosilňovača. Ing. Jozef Klus 8

SKRESLENIE A ŠÍRKA PÁSMA ZOSILŇOVAČA ŠÍRKA PRENÁŠANÉHO PÁSMA ZOSILŇOVAČA Pásmo priepustnosti B3 (šírka prenášaného frekvenčného pásma) je pásmo frekvencií vstupných signálov, pri ktorých je zosilnenie zosilňovača pri daných technických podmienkach Ing. Jozef Klus 9

ŠÍRKA PRENÁŠANÉHO PÁSMA ZOSILŇOVAČA definuje šírku prenášaného pásma zosilňovača, ktorá je daná dolnou a hornou medznou frekvenciou (f d, f h ) medzné frekvencie sú frekvencie, pri ktorých dochádza k poklesu zosilnenia o 3dB voči referenčnej frekvencii ŠÍRKA PRENÁŠANÉHO PÁSMA ZOSILŇOVAČA ak je 2 jedná sa o úzkopásmový zosilňovač selektívne zosilňovače MF zos. rozhlasového príjimača ak je 2 jedná sa o širokopásmový zosilňovač nízkofrekvenčné zosilňovače 1000 Ing. Jozef Klus 10

SKRESLENIE ZOSILŇOVAČA Skreslenie signálu Požiadavka na zosilňovač je, aby priebeh výstupného signálu bol presne lineárne zväčšený obraz vstupného signálu. Zosilňovač zosilňuje signál dostatočne lineárne len za určitých podmienok (teplota, frekvencia, úroveň signálu). Čím viac sa odchýli od týchto podmienok, tým viac sa prejaví nelineárne skreslenie vo výstupnom signáli hovoríme, že zosilňovač skresľuje. SKRESLENIE ZOSILŇOVAČA Skreslenie rozoznávame: Nelineárne tvarové (harmonické) zmena tvaru vstup. signálu v dôsledku nelinearity zosilňovacích prvkov intermodulačné - vzniká v zosilňovači pôsobením aspoň dvoch signálov s rôznymi frekvenciami na jeho vstupe, kde dochádza ku vzniku súčtových a rozdielových signálov (modulácia signálov) Lineárne frekvenčné - je spôsobené závislosťou zosilnenia Au od frekvencie vstupného signálu fázové - je definované ako fázový posun medzi fázou výstupného a vstupného signálu Ing. Jozef Klus 11

SKRESLENIE ZOSILŇOVAČA skreslenie spôsobuje nelinearita aktívnych súčiastok veľkosť skreslenia je vyjadrená činiteľom harmonického skreslenia k činiteľ udáva o koľko percent sa odlišuje výstupný signál oproti vstupnému (pôvodnemu) signálu nf zosil. mávajú nelineárne skreslenie 0,1 5% skreslenie nad 1% rozoznáme sluchom Hi-Fi max. 0,5% SKRESLENIE ZOSILŇOVAČA Výstupný zosilnený signál - neskreslený Výstupný zosilnený signál - skreslený Vstupný signál Ing. Jozef Klus 12

ZÁKLADNÉ ZAPOJENIE ZOSILŇOVAČOV S TRANZISTORMI NPN A PNP ZÁKLADNÉ ZAPOJENIE ZOSILŇOVAČOV S TRANZISTORMI NPN A PNP Základný prvok zosilňovača je tranzistor aktívny zosilňovací prvok - typ PNP alebo NPN na vstup (svorky 1-1 ) sa privádza napätie (u 1 ) zo striedavého zdroja (zosilňovaný signál) z výstupu (2-2 ) sa odoberá striedavé zosilnené napätie (u 2 ) na záťaž R z (napr. reproduktor) PNP NPN Simulácia obvodu Ing. Jozef Klus 13

ZÁKLADNÉ ZAPOJENIE ZOSILŇOVAČOV S TRANZISTORMI NPN A PNP pri tomto zapojení je báza tranzistora vstupná elektróda kolektor výstupná elektróda emitor tranzistora je spoločný pre vstup aj výstup je to zapojenie so spol. emitorom SE C V1 a C V2 sú oddeľovacie C, oddeľujú vstup a výstup od JS napätia zdroja U N ZÁKLADNÉ ZAPOJENIE ZOSILŇOVAČOV S TRANZISTORMI NPN A PNP pracovný bod P (prac. režim) zosilňovača je nastavený jednosmerným (kľudovým) I B a I C rezistor R B nastavuje kľudový I B R C a R E nastavujú kľudový I C nastavenie pracovného bodu P, určuje ako zosilňovač bude pracovať Ing. Jozef Klus 14

ZÁKLADNÉ ZAPOJENIE ZOSILŇOVAČOV S TRANZISTORMI NPN A PNP polarita pripojeného napájacieho napätia je závislá od typu použitého tranzistora a) tranzistor typu NPN na kolektor je privedené kladné napájacie napätie +U N b) tranzistor typu PNP na kolektore je záporné U N VOĽBA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Ing. Jozef Klus 15

VOĽBA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Pracovný bod a zaťažovacia priamka prac. bod leží na zaťaž. priamke voľba výstupnej charakt. je závislá od zvoleného kľud. I B (nastavený pomocou R B ) VOĽBA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV zaťažovacia priamka určuje prúdové a napäťové pomery na kolektore bod A ak je tranzistor úplne uzavretý I C =0 U CE =U N bod B ak je tranzistor skratovaný U CE =0V I Cmax =U N /(R C +R E ) Ing. Jozef Klus 16

VOĽBA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Statický stav ak na vstupe nie je signál prac. bod P sa nepohybuje obvod je v statickom stave, ktorý je daný nastaveným jednosmerným (kľudovým) I B a I C Dynamický stav ak je na vstupe signál (u 1 <>0) podľa okamžitej hodnoty signálu sa bod P posúva obvod je v dynamickom stave zmena napätia báza-emitor U BE vyvolá zmenu I B to vyvolá zmenu I C podľa zaťažovacej priamky zmena I C vyvolá zmenu U CE PRACOVNÉ TRIEDY ZOSILŇOVAČOV Ing. Jozef Klus 17

PRACOVNÉ TRIEDY ZOSILŇOVAČOV Trieda zosilňovača je určená polohou pracovného bodu na prevodnej charakteristike tranzistora. Prevodná charakteristika je závislosť I C od I B Podľa polohy kľudového pracovného bodu rozoznávame: zosilňovač triedy A zosilňovač triedy B zosilňovač triedy AB zosilňovač triedy C PRACOVNÉ TRIEDY ZOSILŇOVAČOV Zosilňovač triedy A prac. bod P je umiestnený v lineárnej časti charakteristiky I C tečie tranzistorom počas celej doby periódy budiaceho signálu do bázy uhol otvorenia je 360 (2π) prechádza celá perióda vstup. signálu na výstup (výhoda) malé skreslenie signálu aj bez budenia tečie tranzistorom pomerne veľký I C (nevýhoda) - malá účinnosť (menej ako 50%) využíva sa pri zosilňovačoch s malým výkonom sú jednoduché s malým počtom súčiastok a spoľahlivé Ing. Jozef Klus 18

PRACOVNÉ TRIEDY ZOSILŇOVAČOV Zosilňovač triedy B kľudový pracovný bod P je umiestnený v bode zániku I C uhol otvorenie je 180 (π) prechádza len polperióda vstupného signálu v kľudovom stave tranzistorom nepreteká prúd (I C =0) vysoká účinnosť (až 75%) využíva sa pri dvojčinnom zapojení 2 tranzistory a každý spracováva jednu polovicu budiaceho signálu PRACOVNÉ TRIEDY ZOSILŇOVAČOV Zosilňovač triedy AB kľudový pracovný bod P je umiestnený tesne pred bodom zániku I C trieda B pracuje v časti charakteristiky, ktorá nie je rovná (je tam zakrivenie), preto v triede AB zosilňovače pracujú s prac. bodom P medzi triedou A a B znižuje sa skreslenie, ale zníži sa aj účinnosť (tečie nenulový kľudový I C ) Ing. Jozef Klus 19

PRACOVNÉ TRIEDY ZOSILŇOVAČOV Zosilňovač triedy C kľudový pracovný bod P je za oblasťou zániku I C časť signálu sa oreže a zostatok sa zosilní uhol otvorenia je menej ako 180 (< π) účinnosť je až 90% veľké skreslenie prenáša sa len časť vstupného signálu na výstup používajú sa tam, kde skreslenie nie je na závadu vysokofrekvenčné zmiešavače, násobiče kmitočtu a koncové stupne vf vysielačov STABILIZÁCIA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Ing. Jozef Klus 20

STABILIZÁCIA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Poloha kľudového pracovného bodu P sa mení, ak sa mení teplota okolia, alebo obvodových prvkov. Hlavne tranzistory sa prechodom el. prúdu zahrievajú a menia svoje vlastnosti Vplyv teploty na polohu prac. bodu P tranzistora pri zmene teploty sa P posúva po zaťaž. priamke a zmení sa aj veľkosť kľudového I C STABILIZÁCIA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Stabilizačný obvod posun prac. bodu P spôsobuje zmenu zosilnenia tranzistora a vlastnosti, ktoré sú dané pracovnou triedou zosilňovača stabilizačné obvody pôsobia proti týmto zmenám sú zapojené tak, aby potlačili zmeny spôsobené zmenou teploty Ing. Jozef Klus 21

STABILIZÁCIA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Spätnoväzobný stabilizačný obvod proti zmenám pôsobí spätná väzba napätie na báze je dané odporovým deličom R B1 a R B2 a je stále (je odvodené z napätia zdroja U N ) platí U B0 =U BE +R E.I E (2.K.z.) pri zvýšení teploty sa zvýši I C a aj I E zvýši sa aj R E.I E U B0 je konštantné a preto sa musí znížiť U BE spôsobí to zníženie I B a tým aj zníženie I C, ktorý bol pôvodne zvýšený zvýšenie I C vyvolá spätnou väzbou jeho zníženie eliminovala sa zmena vyvolaná v dôsledku zmeny teploty STABILIZÁCIA PRACOVNÉHO BODU ZOSILŇOVAČOV Iný spôsob stabilizácie ak vzrastie I C poklesne U CE tento pokles sa prenesie cez spätnoväzobný R ZV na bázu, čím poklesne aj U BE to zapríčiní pokles I C Ing. Jozef Klus 22

ZOSILŇOVAČE V ZAPOJENÍ SB, SE, SC ZOSILŇOVAČE V ZAPOJENÍ SB, SE, SC S tranzistormi môžeme realizovať tri základné zapojenia zosilňovačov. So spoločnou bázou SB So spoločným emitorom - SE So spoločným kolektorom - SK Ing. Jozef Klus 23

ZOSILŇOVAČE V ZAPOJENÍ SB, SE, SC Základné parametre zosilňovača s ich hodnotami pre tri základné zapojenia R vst R výst A u A i A p vstupný odpor zosilňovača výstupný odpor zosilňovača napäťové zosilnenie zosilňovača prúdové zosilnenie zosilňovača výkonové zosilnenie zosilňovača ZOSILŇOVAČE V ZAPOJENÍ SB, SE, SC Zapojenie SE Simulácia obvodu Zapojenie SB Simulácia obvodu Zapojenie SC Simulácia obvodu používa sa najčastejšie má veľký vstupný a výstupný R veľké U,I a P zosilnenie používa sa aj ako spínač malý vstupný R a veľký výstupný R veľké U a P zosilnenie a malé I zosilnenie veľký vstupný R a malý výstupný R volá sa tiež ako emitorový sledovač zachováva fázu signálu na výstupe má malé U ale veľké I ap zosilnenie Ing. Jozef Klus 24

VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE Podľa vnútornej štruktúry možno zosilňovače rozdeliť na: jednostupňové viacstupňové kombinované. Na dosiahnutie veľkých zosilnení sa používajú viaceré stupne, ktoré sa spájajú a vznikajú viacstupňové zosilňovače, kde výstupné napätie jedného stupňa je vstupným napätím nasledujúceho stupňa. Ing. Jozef Klus 25

VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE Väzby medzi stupňami rozlišujeme: priama výhoda: prenáša aj signály nízkych frekvencií a jednosmerné veličiny; nevýhoda: súbežné nastavenie pracovného bodu oboch tranzistorov; báza nasledujúceho tranzistora je priamo spojená s kolektorovým výstupom 1. stupňa často sa využíva v IO VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE RC (kapacitná väzba) najpoužívanejšia, najmä pri NF, C V prenáša striedavé signály medzi stupňami, ale jednosmerne ich oddeľuje nevýhoda: obmedzenie v oblasti nízkych frekvencií, posunutie fázy, Ing. Jozef Klus 26

VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE transformátorová výhoda: úplné galvanické oddelenie vstupného a výstupného obvodu, možnosť transformácie impedancie (prispôsobenie vstupu a výstupu jednotlivých stupňov); nevýhoda: drahé, obmedzenie v oblasti nízkych a vysokých frekvencií, veľký objem a hmotnosť, elektromagnetické rušenie VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE optoelektronická prenosové pásmo je od jednosmerných veličín po GHz; výhoda: úplné galvanické oddelenie; použitie: prenos číslicových signálov; pre analógové signály nevhodné: presnosť prenosu je obmedzená nelinearitou optoelektronických väzobných článkov. Ing. Jozef Klus 27

VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE Výsledné zosilnenie reťazca: A = A1.A2...An Zisk [db] a = 20 log A VIACSTUPŇOVÉ ZOSILŇOVAČE Viaceré zosilňovacie stupne sa používajú aj pre dosiahnutie určitých vlastností, ktoré má príslušný zosilňovací stupeň (SB, SC. SE). Napr. SE SC: 1. stupeň (T1) je v zapojení SE, 2. stupeň (T2) je v zapojení SC; väzba medzi stupňami je priama; zapojením sa dá dosiahnuť zníženie výstupného odporu, zvýšenie hornej medznej frekvencie, vysoké napäťové zosilnenie. Ing. Jozef Klus 28

DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ Úlohou výkonových (koncových) zosilňovačov je zosilniť signál z predzosilňovača na výkon požadovaný do záťaže záťaž - reproduktor alebo repro. sústava el. výkon sa premieňa na akustický Druhy výkon. zosilňovačov s výstupným transformátorom bez výstup. transf. moderná koncepcia Ing. Jozef Klus 29

DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ Používa sa dvojčinné zapojenie zosilňuje sa zvlášť kladná a zvlášť záporná polvlna signálu používajú sa 2 zosilňovače triedy B, ktoré pracujú paralelne DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ Dvojčinný zosilňovač s dvoma transformátormi Ing. Jozef Klus 30

DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ 2 tranzistory NPN každý zosilňuje len kladný signál záporný vstupný signál je fázovo posunutý o 180 pomocou vstupného transformátora (zo záporného signálu vznikne kladný signál, ktorý zosilňuje tranzistor T 2 ) každý tranzistor zosilňuje len jednu polvlnu signálu na výstupe sa zosilnený signál spočíta na výstupnom transformátore dodáva sa do záťaže, ktorú tvorí reproduktor DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ Tranzistorový invertor môže nahradiť vstupný transformátor napätia U 2 a U 2 majú opačnú fázu Ing. Jozef Klus 31

DVOJČINNÝ VÝKONOVÝ ZOSILŇOVAČ Dvojčinný zosilňovač bez výstupného transformátora používajú sa komplementárne (doplnkové) tranzistory sú úplne rovnaké (zosilnenie, výkon, odpor, charakteristiky,...) rozdiel je vo vodivosti (PNP a NPN) každý tranzistor si zosilňuje svoju polvlnu signálu, na spojených emitoroch vzniká striedavé napätie a výkon sa odoberá do reproduktora cez kondenzátor toto zapojenie sa používa pre výkony až desiatky W SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Ing. Jozef Klus 32

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Spätnou väzbou rozumieme takú elektrickú väzbu v zosilňovači, pri ktorej sa časť energie zosilneného signálu z výstupu zosilňovača vedie opäť na jeho vstup. SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Podľa veľkosti fázového posunu medzi pôvodným signálom a signálom privedeným z výstupu sa výsledný prenos: a) zmenšuje - vtedy hovoríme o zápornej spätnej väzbe; b) zväčšuje - vtedy hovoríme o kladnej spätnej väzbe. Takýto spätný prenos má podstatný vplyv na vlastnosti zosilňovača Ing. Jozef Klus 33

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Záporná spätná väzba vplyv na vlastnosti zosilňovača: zmenšuje zosilnenie, zmenšuje skreslenie, ovplyvňuje vstupnú a výstupnú impedanciu, zmenšuje veľkosť rušivého napätia, zlepšuje stabilitu - zmenšuje citlivosť zosilňovača na zmenu parametrov tranzistora, zväčšuje šírku pásma kmitočtový rozsah signálu, ktorý je zosilňovač schopný zosilniť. SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Kladná spätná väzba pôsobí na spomínané parametre zosilňovača vo väčšine prípadov opačne ako záporná spätná väzba, navyše za určitých podmienok mení zosilňovač na oscilátor, zväčšuje zosilnenie a skreslenie zmenšuje stabilitu môže dôjsť samovoľnému rozkmitaniu zosilňovača. Ing. Jozef Klus 34

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Pri zosilňovači s kladnou spätnou väzbou je najväčším problémom jeho stabilita, t.j. odolnosť proti rušivému samočinnému kmitaniu. SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Blok označený A sa nazýva blok zosilnenia. V ňom je sústredené zosilnenie zosilňovača. Zosilňuje vstupné napätie u 1 na výstupné u 2. Blok ß sa nazýva blok spätnej väzby. Dodáva časť napätia z výstupu na vstup zosilňovača. Toto napätie sa označuje ako spätnoväzbové napätie U ß. Ing. Jozef Klus 35

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Druhy spätných väzieb podľa spôsobu pripojenia napätia z ß na vstup A A. ak sa napätie U ß pripája do série so vstupným napätím - sériová spätná väzba; B. ak je U ß pripojené paralelne ku vstupu - paralelná spätná väzba. SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Druhy spätných väzieb podľa spôsobu pripojenia ß na výstupnú záťaž R Z A. ß je pripojená paralelne k záťaži R Z, napätie bude U ß priamo úmerné napätiu na výstupe - napäťová spätná väzba; B. ß je v sérii so záťažou R Z, U ß bude priamo úmerné prúdu záťaže I 2 - prúdová spätná väzba. Ing. Jozef Klus 36

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH V závislosti od toho, akým spôsobom sa toto spätnoväzbové napätie U ß sníma na výstupe zosilňovača a akým spôsobom sa pripája na vstup zosilňovača, môžu vzniknúť štyri základné spôsoby zapojenia spätnej väzby. SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Sériová napäťová spätná väzba Ing. Jozef Klus 37

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Sériová prúdová spätná väzba SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Paralelná napäťová spätná väzba Ing. Jozef Klus 38

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Paralelná prúdová spätná väzba SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Príklady zapojenia SV Sériová prúdová SV Paralelná napäťová SV Ing. Jozef Klus 39

SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Príklady zapojenia SV SV medzi viacerými zosilňovacími stupňami Jednosmerná záporná SV Striedavá záporná SV SPÄTNÁ VÄZBA V ZOSILŇOVAČOCH Zvláštnym prípadom sériovej prúdovej zápornej spätnej väzby je emitorový sledovač. Ide o zosilňovač so 100 % zápornou spätnou väzbou. Vlastnosti: - veľký vstupný odpor (10 5 10 6 Ω), - malý výstupný odpor (10 1 10 2 Ω), - fázový posun 0 - t.j. neotáča fázu - napäťové zosilnenie A' u <= 1, keďže ß = 1 (100 % záporná SV) Použitie: ako impedančný transformátor. Ing. Jozef Klus 40

VF ZOSILŇOVAČE VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovače sú zosilňovače, ktorých pracovná oblasť frekvencií leží nad nízkofrekvenčnou oblasťou, t.j. nad 1 MHz. Často vstupné a výstupné obvody obsahujú rezonančné obvody. Jednotlivé zosilňovacie stupne tvoria tranzistory pracujúce v triede A a v kolektore je ladený rezonančný obvod. Špecifikom VF zosilňovačov je, že vstupný aj výstupný odpor musí byť 50Ω (75 Ω pre TV). Ing. Jozef Klus 41

VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovače ktoré obsahujú ladené obvody, sa používajú na zosilňovanie úzkeho pásma frekvencií v rámci širokého frekvenčného spektra ležiaceho nad 1MHz - sú úzkopásmové. Okrem úzkopásmových zosilňovačov existujú aj vysokofrekvenčné zosilňovače, ktoré zosilňujú široké pásmo frekvencií širokopásmové - neobsahujú ladené obvody. VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovač s jednoduchým ladeným obvodom Ing. Jozef Klus 42

VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovač s jednoduchým ladeným obvodom Paralelný rezonančný obvod LC na obrázku tvorí selektívnu záťaž naladenú na strednú frekvenciu zosilňovaného frekvenčného pásma. Impedancia ladeného obvodu je frekvenčne závislá, ktorá má v stave rezonancie maximálnu hodnotu a má čisto reálny charakter. Zosilnenie je určené jednak zosilnením tranzistora T a aj rezonančnou impedanciou ladeného obvodu LC. Činiteľ kvality tohto obvodu určuje šírku prenášaného pásma. VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovač s jednoduchým ladeným obvodom Zosilnenie je najväčší vo strede pásma, pri rezonančnej frekvencii f R. (Thomsonov vzorec) Pre nižšie a vyššie frekvencie. ako je f R zosilnenie klesá. Šírka pásma je daná poklesom zosilnenie o 3 db na každú stranu od rezonančnej frekvencie. Ing. Jozef Klus 43

VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovače s viazanými rezonančnými obvodmi VF ZOSILŇOVAČE VF zosilňovače s viazanými rezonančnými obvodmi jedná sa o VF zosil. s väčšou šírkou pásma prenos energie zo vstupného do výstupného obvodu určuje činiteľ väzby medzi rezonančnými obvodmi, ktorý je možné určiť vzájomnou indukčnosťou M Ing. Jozef Klus 44

VF ZOSILŇOVAČE Stupeň väzby upravuje tvar rezonančnej krivky kritická väzba nadkritická väzba najväčšia šírka pásma podkritická väzba VF ZOSILŇOVAČE Širokopásmové zosilňovače šírka pásma zosilňovaných frekvencií je podstatne väčšia ako u bežných zosilňovačoch používajú sa v meracej technike (napr. v osciloskopoch, TV technike ako obrazové zosilňovače so šírkou pásma 6 MHz, v rádiolokátoroch Ing. Jozef Klus 45

VF ZOSILŇOVAČE Širokopásmové zosilňovače Rozdeľujú sa na širokopásmové zosilňovače: bez nosnej frekvencie bez ladených obvodov medzi stupňami väzba medzi stupňami je RC s nosnou frekvenciou ladené obvody medzi jednotlivými stupňami sú ladené na rôzne frekvencie OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ, ZÁKLADNÉ POJMY A PARAMETRE Ing. Jozef Klus 46

OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ Operačný zosilňovač (skratka OZ) je univerzálny jednosmerný zosilňovací analógový elektronický obvod, ktorý je základným prvkom analógových elektronických systémov. Operačný zosilňovač je často v praxi pre výpočty nahradzovaný ideálnym operačným zosilňovačom. OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ Operačné zosilňovače boli pôvodne vyvinuté pre realizáciu matematických operácií v ére analógových počítačov. Prvé operačné zosilňovače boli konštruované z elektrónok a neskôr sa prešlo na diskrétne polovodičové súčiastky. Dnešné operačné zosilňovače sú konštruované ako integrované obvody. Ing. Jozef Klus 47

OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ Rozhranie operačného zosilňovača obsahuje: neinvertujúci a invertujúci vstup, výstup, dva napájacie vývody (v schémach sa zvyčajne nekreslia), vstupy na kompenzáciu prenosovej charakteristiky. OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ Všetky signály (napätia) sú orientované voči zemnému uzlu. Zemný uzol býva najčastejšie spoločný bod zdrojov napájania (+U CC, -U CC ). Vstupný rozdielový zosilňovač zosilňuje len rozdiel napätí U d medzi neinvertujúcim a invertujúcim vstupom. Platí: U d = U + U. Pre výstupné napätie U 0 platí vzťah: U 0 = A.U d. Ing. Jozef Klus 48

OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ Ideálny zosilňovač má: Nekonečné zosilnenie v celom frekvenčnom pásme A=. Nekonečnú vstupnú impedanciu R vst =. Nulový výstupný odpor R výst = 0. Nulové výstupne napätie pri skrate vstupov na zem. Frekvenčná charakteristika je priamka. Fázový posuv výstup. napätia voči vstupnému je 0 alebo π. Parametre OZ nie sú závislé na zmenách napájacieho U a teploty. OPERAČNÝ ZOSILŇOVAČ Bežne vyrábané OZ majú: vstupný odpor 50kΩ-2MΩ výstupný odpor 50-150 Ω zosilnenie od 10 4 do 10 8 Ing. Jozef Klus 49

ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA OPERAČNÝCH ZOSILŇOVAČOV ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA OZ Invertujúci zosilňovač je často používané zapojenie s OZ; veľkosť zosilnenie je dané pomerom odporov Ing. Jozef Klus 50

ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA OZ Neinvertujúci zosilňovač zosilňuje vstupné napätie bez zmeny fázy ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA OZ Sledovač napätia impedančné prispôsobuje veľkú impedanciu k malej má na výstupe napätie rovné vstupnému vstup má impedanciu blížiaci sa nekonečnu výstupná impedancia je veľmi nízka používa sa pre oddelenie vysokoimpedanč. vstupu a nízkoimpedanč. výstupu Ing. Jozef Klus 51

ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA OZ Komparátor porovnáva napätie privedená na vstupy + a ak je vyššie napätie na vstupe +, je na výstupe kladné U sat (saturačnej napätie) OZ ak je vyššie napätie na vstupe -, je na výstupe záporné U sat ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA OZ... a množstvo ďalších Ing. Jozef Klus 52