6.1 Úvod


U viacstupňových zosilňovačov nás zaujíma maximálne výkonové zosilnenie, ktoré môžeme získať pri zapojení jednotlivých zosilňovacích stupňov za sebou, keďže poznáme tri spôsoby zapojenia (SE, SB, SC) tranzistora analogicky môžeme dostať deväť rôznych kombinácií. Niekoľkostupňové resp. viacstupňové zosilňovače vznikajú spájaním jednotlivých stupňov do kaskád. Celkový zisk zosilňovača ac(dB) je daný súčtom ziskov jednotlivých stupňov.

(6.1)

Každý článok, obsahujúci jeden frekvenčne závislý člen C, alebo L, je frekvenčne závislý článok so strmosťou 6 dB na oktávu. Celková hraničná frekvencia fhc sa teda vzhľadom na frekvenciu fh jednotlivých stupňov znižuje. Pre n rovnakých stupňov platí:

(6.2)

Zväčšovanie počtu stupňov pôsobí aj na dolnú oblasť frekvenčného pásma, kde sa dolná hraničná frekvencia s narastajúcim počtom frekvenčne závislých článkov zvyšuje. Výsledná šírka pásma sa z obidvoch strán zmenšuje.

Prenos nízkych frekvencií tranzistorovým zosilňovačom
Prenos stredných frekvencií tranzistorovým zosilňovačom
Prenos vysokých frekvencií tranzistorovým zosilňovačom

6.2 Vlastnosti kombinačných zapojení


SE - SE

Zapojenie dvojčinného zosilňovača s RC väzbou je na obr. 6.1. Kapacita Cvýst predstavuje výstupnú kapacitu tranzistora T1, Cp je parazitná kapacita jednotlivých súčiastok a ich prepájacích vodičov, Cvst je vstupná kapacita nasledujúceho stupňa. Väzbová kapacita Cv a odpor bázy:

(6.3)

Tvoria delič napätia na vstupe tranzistora T2. Pri nízkych frekvenciách je reaktancia kondenzátora Cv veľká a preto pomerne malé napätie sa dostáva na bázu T2, čo znamená pokles zosilnenia na strane nízkych frekvencií. Kapacity Cvýst, Cp a Cvst zmenšujú celkový efektívny odpor Rz, a tým zosilnenie pri vysokých frekvenciách.


Obr.6.1 Vplyv zaťažovacieho odporu na šírku pásma

Veľkosť samotného zaťažovacieho odporu Rz v kolektore ovplyvňuje amplitúdovú frekvenčnú charakteristiku a samotné zosilnenie stupňa. Malá hodnota kolektorového odporu Rz dáva celkove malé zosilnenie, ale proporcionálny pokles zosilnenia na okrajoch pásma je veľmi malý. Zosilnenie v tomto prípade je dosť rovnomerné v celom pásme frekvencií. Veľká hodnota Rz dáva väčšie zosilnenie v oblasti stredných frekvencií, ale aj veľký pokles zosilnenia na okrajoch pásma. Prenos pri nízkych frekvenciách ovplyvňuje okrem väzbového kondenzátora Cv aj kondenzátor v obvode emitora CE. Tento sa musí navrhnúť tak, aby mal čo najmenšiu reaktanciu pri najnižšej zadanej frekvencii.[4]

Celkové zosilnenie je oveľa väčšie ako u jednostupňového. Vzhľadom k veľkému výkonovému zosilneniu a relatívne malým rozdielom medzi vstupnými a výstupnými impedanciami jednotlivých stupňov je táto kombinácia najvýhodnejšia pre zosilňovače s väzbou RC, v ktorých sa výhradne používa. V zapojení SE má nasledovné vlastnosti: vysoká vstupná kapacita, malý vstupný odpor a veľký výstupný odpor.

SE - SB (Kaskádové zapojenie)

Pri kaskádnom zapojení je vstupným tranzistor v zapojení SE a výstupným tranzistorom tranzistor v zapojení SB obr.4.7.5 (SE-SB) Pre kaskádne zapojenie je typickým spojenie kolektora a emitora oboch tranzistorov. Pretože potenciál je konštantný, striedavý kolektorový prúd tranzistora T1 má hodnotu

(6.4)

Pretože môžeme zanedbať bázový prúd tranzistora T2, potom striedavé výstupné napätie bude

(6.5)

a z toho následne vyplýva napäťové zosilnenie:

(6.6)

Vstupný odpor rvst = rBE1, výstupný odpor rvýst = Rc.


Obr.6.2 a) Kaskádové zapojenie SE - SB
b) Použitie komplementárnych tranzistorov

Uvedený výsledok neznamená teda žiadnu výhodu proti samostatnému zapojeniu SE, alebo SB. Výhodou však je, že vzhľadom na malú zmenu napäťového zosilnenia pri tranzistore T1 nenastáva zväčšenie jeho dynamickej kapacity kolektor-báza. Kaskádové zapojenie má malú vstupnú kapacitu, zodpovedajúcu zapojeniu SB pri relatívne veľkom vstupnom odpore zapojenia SE. Kaskádové zapojenie sa môže realizovať aj komplementárnymi tranzistormi (obr. 6.1 b)

SE - SC

Zapojenie je výhodné použiť v prípade, že potrebujeme dosiahnuť veľmi malú výstupnú impedanciu, pričom zosilnenie takejto kombinácie je porovnateľné s kombináciou SE - SE za predpokladu, že použité tranzistory budú rovnakého typu.


SB - SE

Zapojenie je vhodné ak je nutné docieliť malú vstupnú impedanciu. Zosilnenie je závislé od pracovných podmienok vo vstupnom a výstupnom obvode.

SB - SB

Zapojení oba tranzistory pracujú v režime so spoločnou bázou. To znamená, že pri priamej väzbe bude zosilnenie ešte menšie ako pri jednostupňovom stupni. Vyhovujúce zosilnenie môžeme dosiahnuť prispôsobením vstupných aj výstupných obvodoch a zároveň transformátorovej väzbe medzi tranzistormi T1 a T2.

SB - SC

U tohto kombinačné zapojenie je najvhodnejšie pre dosiahnutie malej vstupnej a zároveň aj výstupnej impedancie.


SC- SE

Takéto zapojenie je charakteristické výkonovým zosilnením, ktoré môže byť značne väčšie ako v jednom zosilňovacom stupni v zapojení so spoločným emitorom. Zapojenie je výhodné v prípade, kedy sa požaduje veľká vstupná impedancia zosilňovača .

SC- SB

Prvý stupeň tohto zapojenia zosilňuje prúdovo a druhý napäťovo. Výkonové zosilnenie je podobné ako u jednostupňového zosilňovača so spoločným emitorom. Veľkou výhodou zapojenia je väčšia stabilita zosilnenia a vyšší medzný kmitočet.

SC- SC

Pri takejto kombinácii radenia tranzistorov si môžeme všimnúť isté dobré vlastnosti v určite rovine a to, že vstupná impedancia je pomerne veľká a so stúpajúcou veľkosťou záťaže ešte stúpa. Prúdové zosilnenie celej tejto kombinácie je pomerne veľké a ak h21b sa blíži k 1 podstatne ešte stúpne.[2]

6.5 Dvojčinné výkonové zosilňovače


Ak nemožno jednočinným zosilňovačom dosiahnuť požadovaný výkon, alebo ak je neprípustná veľmi malá účinnosť, používa sa pre výkonové zosilňovače dvojčinné zapojenie. V takýchto zosilňovačoch sa používajú párové tranzistory. Tranzistory sú zapojené tak, aby sa ich výstupné výkony sčítali obr. 6.2. Najbežnejší spôsob sčítania výkonov je pomocou vhodného výstupného transformátora.


Obr.6.3 Dvojčinný výkonový zosilňovač

Sekundárne vinutie transformátora predchádzajúceho stupňa má v strede odbočku pripojenú na spojené emitory výkonových tranzistorov. Na bázach výkonových tranzistorov musia pôsobiť fázovo invertované, ale rovnaké signály. V pôvodne sa to dosahovalo pomocou transformátora s deleným vinutím. Budiaci transformátor je ťažký, veľký a drahý, preto sa často využíva zapojenie budiaceho stupňa s tranzistorovým invertorom obr. 6.4.


Obr.6.4 Tranzistor ako fázový invertor

V tranzistorových dvojčinných zosilňovačoch preto prevládajú zapojenia s komplementárnymi tranzistormi. Tranzistory T1 (p-n-p) a T2 (n-p-n) sú v sérii s napájacím zdrojom obr.6.5 pre jednosmerný prúd. Pre striedavý signál sú však vstupy a výstupy spojené paralelne. Ak na vstupe pôsobí signál Uvst, bude záťažou tiecť prúd úmerný rozdielu striedavých zložiek kolektorových prúdov tranzistorov T1 a T2. Je to podmienené tým, že kladné napätie na báze n-p-n tranzistora má rovnaký účinok ako záporné napätie na tranzistore p-n-p. Tranzistor n-p-n "prenáša" kladnú polvlnu a zápornú tranzistor p-n-p. Z tohto dôvodu toto zapojenie nepotrebuje fázový invertor. Amplitúda striedavej zložky prúdu v záťaži, pri symetrii zapojenia, sa rovná dvojnásobnej amplitúde kolektorového prúdu každého tranzistora, takže výstupný výkon je dvojnásobný v porovnaní s jednočinným zosilňovačom. Priebehy vstupných a výstupných napätí a prúdov.[3]


Obr.6.5 Zapojenie výstupného obvodu zosilňovača s komplementárnymi tranzistormi a priebehy v obvode

 


Obsah>>>