Pasivní součástky (RLC, děliče kmitočtově závislé a nezávislé, tvarovací obvody, výhybky) Rezistory

Transkript

1 Pasivní součástky (RLC, děliče kmitočtově závislé a nezávislé, tvarovací obvody, výhybky) Rezistory - jsou součástky, které realizují definovaný odpor v obvodu - dělíme je na pevné, proměnné a speciální - podle technologického provedení je můžeme rozdělit na vrstvové a drátové Hodnota rezistoru je dána vztahem: Vrstvové rezistory - jsou zhotoveny z keramického nosného tělíska, na jehož povrchu je nanesena odporová vrstva chráněná lakem, který neslouží jako elektrická izolace - vývody těchto rezistorů jsou měděné, pocínované - podle materiálu odporové vrstvy rozlišujeme dva základní druhy: uhlíkové metalizované - žádaného odporu se u rezistorů dosáhne tak, že se do jeho odporové vrstvy vybrousí spirálová drážka - vývody s odporové vrstvy jsou provedeny pomocí nalisovaných čepiček, které současně zajišťují mechanickou pevnost vývodů - tyto rezistory lze vyrábět od nejmenších hodnot až po hodnoty v řádech několika MΩ Drátové rezistory - se vyrábějí navinutím odporového drátu na válcové keramické tělísko - konce odporového drátu jsou přivařeny k vývodům - vývody rezistorů jsou měděné, pocínované a nebo se vyrábějí z ocelového pocínovaného plechu - povrch drátových rezistorů se chrání vrstvou speciálního tmelu nebo smaltu, který odolává teplotám až několika set o C - jejich hlavní výhodou je jejich velká přetížitelnost, nevýhodou fyzická velikost a značná parazitní indukčnost Proměnné rezistory R = ρ - dělíme na potenciometry a reostaty - provedení může být v obou případech jak drátové tak vrstvové a navíc tyto rezistory mohou mít změnu velikosti hodnoty provedenou posuvným způsobem nebo otočným způsobem - potenciometr slouží jako dělič napětí a reostat slouží k regulaci proudu v obvodu - odporová vrstva potenciometrů se vyrábí ze zvláštního laku, do kterého jsou přidány saze - jakostnější potenciometry mají odporovou vrstvu z tvrdého uhlíku nazývaného cermet l S - 1 -

2 - po odporové vrstvě se posouvá nebo otáčivým způsobem pohybuje uhlíkový kontakt, zvaný běžec - konstrukčně mohou být potenciometry provedeny jako jednoduché, které mají jen jednu odporovou dráhu, dále jako tandemové, které mají dvě i více odporových drah a běžci jsou ovládány souběžně jediným hřídelem, a dvojité, které mají dvě odporové dráhy a běžci jsou ovládáni samostatně souose uloženými hřídeli - podle průběhu odporu v závislosti na úhlu natočení nebo posunutí běžce se vyrábějí potenciometry lineární (N), logaritmické (G) a exponenciální (E) - odporové trimry se od potenciometrů liší tím, že nejsou určeny k časté změně polohy běžce, průběh odporu v závislosti na úhlu natočení nebo posunutí běžce je vždy lineární - drátové potenciometry se vyrábějí navinutím odporového drátu na izolační destičku ve tvaru podkovy, závislost odporu na úhlu natočení běžce je lineární Speciální rezistory - řadíme zde termistory, pozistory a varistory Termistor o je tepelně závislý odpor, u kterého ze vzrůstající teplotou klesá jeho odpor Pozistor o je zvláštní případ termistoru, u kterého ze vzrůstající teplotou jeho odpor vzrůstá Varistor o je napěťově závislý odpor, jehož odpor klesá se vzrůstajícím napětím Kondenzátory - je prvek, který je schopný akumulovat elektrický náboj - skládá se ze dvou elektrod a dielektrika mezi nimi - použití kondenzátorů v elektronice je mnohostranné - v nízkofrekvenční technice se používají k oddělení stejnosměrné složky signálu, ve zpětnovazebních obvodech umožňují v tzv. korekčních obvodech úpravu frekvenčních charakteristik, ve vysokofrekvenčních obvodech tvoří prvky rezonančních obvodů, v napájecích obvodech slouží jako filtrační členy - podle konstrukčního provedení se rozlišují dvě základní skupiny kondenzátorů: kondenzátory pevné, jejichž kapacita je stálá, a kondenzátory proměnlivé, u kterých lze kapacitu měnit v určitém rozsahu Kapacita kondenzátoru je dána vztahem: Kondenzátory keramické C = εo εr - mají dielektrikum vytvořeno ze speciální keramiky s vysokou proměnou permitivitou - elektrody jsou vytvořeny napařením kovové vrstvičky na keramiku - mají malé dielektrické ztráty a používají se převážně ve VF technice S l - 2 -

3 Kondenzátory elektrolytické - mají jako dielektrikum tenkou vrstvičku oxidu, vytvořenou na hliníkové nebo tantalové elektrodě - elektrická spojení dielektrika s druhou elektrodou kondenzátoru zajišťuje pórovitá látka napuštěná tekutinovým vodičem elektrolytem - kondenzátor má polované elektrody, je nutné dodržovat polaritu, jinak dochází ke zničení kondenzátoru průrazem Charakteristické vlastnosti kondenzátorů: - jmenovitá kapacita, izolační odpor a ztrátový činitel tg δ Jmenovitá kapacita - je výrobcem předpokládaná kapacita vyznačená na kondenzátoru - skutečná hodnota se liší od jmenovité hodnoty v rozsahu tolerance udané výrobcem Jmenovité napětí - je napětí, na které je kondenzátor konstruován - při překročení této hodnoty dochází ke zničení kondenzátoru - vyznačuje se na kondenzátorech ve voltech Izolační odpor - je odpor mezi elektrodami kondenzátorů naměřený stejnosměrným proudem při teplotě 20 o C - je vytvořen odporem dielektrika a izolace, která elektrody obklopuje - jeho hodnota bývá řádově 10 9 Ω Ztrátový činitel tg δ - charakterizuje ztráty energie v kondenzátoru, které jsou způsobeny ztrátami v dielektriku a svodem mezi elektrodami R R tg δ = = = 2 π f C R xc 1 2πfC - pro řešení obvodů si můžeme kondenzátor představit jako sériově zapojený ideální kondenzátor a odpor, na kterém připočítáme všechny ztráty - tomuto zapojení říkáme náhradní schéma kondenzátoru - pro vyjádření kvality kondenzátoru požíváme výraz ztrátový činitel tg δ - 3 -

4 Cívky - cívka je součástka zhotovená vinutím závitu vodiče v jedné nebo několika vrstvách - cívky lze dělit na nízkofrekvenční a vysokofrekvenční - ztráty v cívce jsou způsobeny ohmickým odporem vinutí, hysterezí a vířivými proudy v jádře cívky - konstrukčně mohou být cívky provedeny bez jádra nebo s jádrem - cívky bez jádra jsou buď samonosné, nebo navinuté na vhodné kostře, umožňují vytvořit indukčnost řádově µh, výjimečně mh, zhotovují se také technikou plošných spojů až do indukčnosti 10µH - cívky s jádrem se používají pro získání indukčnosti řádově desítky až stovky mh, jádra jsou vyrobeny z magnetických vodivých materiálů s malými hysterezními ztrátami, magnetická vodivost má být co největší, elektrická vodivost co nejmenší Indukčnost cívky je dána vztahem: L N 2 = Rm Děliče napětí - sériovým zapojením dvou nebo více rezistorů ke zdroji stejnosměrného nebo střídavého napětí vytvoříme dělič napětí - úbytek napětí vznikající na rezistorech je přímo úměrný velikosti jejich odporu - velikost tohoto napětí není závislá na frekvenci napájecího napětí - jestliže v obvodu děliče napětí bude zapojen kondenzátor nebo cívka, stává se dělič napětí frekvenčně závislým Frekvenčně nezávislý dělič napětí - tvoří ho sériově spojené rezistory R1 a R2 - dělič napětí může pracovat naprázdno nebo být zatížen odporem Rz - 4 -

5 - pracuje-li dělič napětí naprázdno ( nezatížený dělič napětí ), je zatěžovací proud Iz nulový, tzn. že I 1 se rovná I 2 - výstupní napětí U 20 vypočítáme ze vztahu: R2 U 20 = U 1 R1 + R2 - tento vztah lze napsat na základě znalosti toho, že napětí a odpory v nezatíženém děliči napětí jsou navzájem přímo úměrné - u zatíženého děliče napětí není zatěžovací proud nulový a v důsledku toho bude výstupní napětí U2 menší než u nezatíženého děliče napětí - pro výpočet zatíženého děliče použijeme následujících vztahů: R2 a) vypočítat napětí na děliči naprázdno U 20 = U 1 R1 + R2 b) vypočítat vnitřní odpor děliče Ri = R1 R2 R1 + R2 c) vypočítat protékající proud děličem I = U 20 Ri + Rz d) vypočítat napětí na zatíženém děliči U 2 = Rz I Frekvenčně závislý dělič napětí - Příklad zapojení frekvenčně závislých děličů RC a RL je na následujícím obrázku Vztahy pro výpočet napětí na děliči naprázdno pro RL: U R 20 = U 1 = U L + R X R R ( ωl) - 5 -

6 Vztahy pro výpočet napětí na děliči naprázdno pro RC: U 20 = R 2 Xc + X C 2 U 1 = R 2 1 ωc + 1 ( ωc) 2 U 1 - z uvedených vztahů je vidět, že velikost výstupního napětí je závislá na frekvenci vstupního napětí - vzhledem k tomu, že pro oba uvedené příklady je kruhová frekvence ve jmenovateli výrazu, projeví se frekvenční závislost poklesem výstupního napětí při zvyšování frekvence Tvarovací obvody Derivační obvody - na následujících obrázcích jsou ukázány jednoduché derivační obvody CR a RL, které vlastně představují hornopropustní filtry - takové obvody přenášejí signály vysoké frekvence beze změny, signály nízké frekvence se značným zeslabením - vstupní obdélníkové signály si můžeme představit tak, že jsou vytvořeny složením sinusových signálů různých frekvencí a amplitud - potlačením nízkofrekvenčních složek v derivačním obvodu dojde ke změně tvaru výstupního impulsu, a tak získáme derivovaný obdélníkový impuls - derivací impulsu lze vysvětlit i nabíjením a vybíjením kondenzátoru C v průběhu impulsu - 6 -

7 Integrační obvody - zapojení integračního obvodu RC a RL je na následujícím obrázku - z přenosového hlediska představují tyto obvody dolnopropustní filtry, to znamená, že jimi procházejí nízkofrekvenční signály beze změny a vysokofrekvenční signály se značným útlumem - činnost obvodu po dobu trvaní impulsu je podobná jako u obvodu derivačního, rozdíl je v místech odebírání výstupního napětí - 7 -

8 Diodové omezovače (Nelineární tvarování impulsů) - pro omezování amplitudy signálu se využívá jednosměrné vodivosti diody - předpokládáme, že dioda má v přímém směru nulový odpor a ve směru zpětném nekonečně velký odpor - v sériovém diodovém omezovači rezistor R a odpor diody D představuje nezatížený dělič napětí Tranzistorové omezovače - tento druh omezovačů má tu výhodu, že při omezování dochází současně k zesílení signálu - k omezování kladných nebo záporných hodnot vstupního signálu se využívá buď oblast nasycení, nebo oblast uzavřeného stavu tranzistoru - jestliže vstupní napětí omezovače je nižší než prahové napětí emitorového přechodu ( napětí, při kterém se tranzistor otevře ), tranzistor zůstává uzavřený a napětí na jeho kolektoru se rovná napětí zdroje Ucc - po překročení prahového napětí tranzistor zesiluje - další omezení nastává v oblasti nasycení kolektorového proudu a napětí Elektrické výhybky - tyto výhybky se používají pro rozdělení výkonového signálu z koncových zesilovačů do frekvenčních oblastí určených pro příslušné reproduktory nebo reproduktorové soustavy - jsou to vlastně filtry LC, od kterých se vyžaduje minimální tlumení v propuštěném pásmu frekvencí a velká strmost potlačení za dělící frekvencí f d - dělící frekvence je hraniční bod, ve kterém se překrývají frekvenční charakteristiky dolnopropustního a hornopropustního filtru na úrovni 3dB - reproduktorové soustavy mohou být dvoupásmové, třípásmové a vícepásmové což znamená, že část frekvenčního pásma přivádíme k jednotlivým reproduktorům, které jsou pro jejich přenos přizpůsobeny - 8 -

9 - 9 - Vzorce pro výpočet dělících pásem: ZRV ZRH Z = = R L R C Z X Z X = = fl Z fc Z R R π π = = D R R D f Z L Z f C π π = =

10 Klasické usměrňovače, typy, vyhlazovací filtr, výpočet transformátoru, průběhy napětí, usměrňovače pulsní. Jednocestný a dvojcestný usměrňovač - jednocestný usměrňovač používá jako usměrňovací prvek obvykle polovodičovou diodu - za diodou obdržíme stejnosměrné pulsní napětí, protože dioda propouští pouze kladnou půlvlnu - úpravu napětí dosáhneme pomocí nabíjecího kondenzátoru - ten je přicházející kladnou půlvlnou nabíjen na max. hodnotu a při poklesu napětí se postupně vybíjí - kapacitu kondenzátoru volíme tak velkou, aby k jeho vybití došlo nejdříve za dobu alespoň jedné periody střídavého napětí - to znamená, že na kondenzátoru při průchodu kladné půlvlny bude ještě nějaká část napětí - tímto kondenzátorem jsme zajistili změnu napětí pulsního na stejnosměrné, které má ale jakýsi zbytek střídavé složky zvlnění - poněvadž pro většinu elektronických zařízení potřebujeme stejnosměrné napětí s minimálním zvlněním, je nutno použít vyhlazovací filtr, který je složen z tlumivky a kondenzátoru LC nebo odporu a kondenzátoru RC - u jednocestného usměrňovače je větší zvlnění než u dvojcestného popřípadě můstkového, je to způsobeno průchodem jedné půlvlny za jednu periodu oproti dvojcestnému kde za jednu periodu obdržíme dvě půlvlny - pro jednocestný usměrňovač potřebujeme na transformátoru jedno vinutí, u dvojcestného usměrňovače dvě vinutí - můstkový usměrňovač řeší problém zvlnění i dvojitého vinutí transformátoru, takže nám stačí pouze jedno vinutí při dosažení malého zvlnění Jednocestný usměrňovač

11 Dvojcestný usměrňovač Můstkový usměrňovač Vyhlazovací filtry - usměrněné napětí může vykazovat i při použití kondenzátoru, který je připojen paralelně k zátěži, větší hodnotu zvlnění, než je požadovaná v napájených elektronických obvodech - pro zamezení zvlnění se používají jednoduché pasivní filtry typu RC a LC - pro malé proudy se používají filtry RC, protože na jejich rezistoru tak vzniká jen malý úbytek napětí - pro velké proudy jsou vhodnější filtry LC - v napájecích obvodech miniaturních tranzistorových zařízení se používají aktivní filtry, které při malých rozměrech mají mnohem větší filtrační účinek než filtry pasivní

12 Pasivní vyhlazovací filtry Aktivní vyhlazovací filtry Výpočet transformátoru - transformátor je netočivý stroj, který pracuje na principu elektromagnetické indukce - mění elektrickou energii v elektrickou energii s týmž kmitočtem - přeměna ( transformace ) probíhá tak, že se mění vyšší napětí na nižší napětí nebo naopak - jeho podstatnou částí je magnetický obvod, to je aktivní část transformátoru, která vede magnetický tok - vinutí transformátoru tvoří elektrický obvod - magnetický obvod je složen z elektrotechnických plechů - plechy jsou vzájemně od sebe izolovány, nejčastěji lakováním

13 Výpočet transformátoru 1. Určíme výkon transformátoru P 2 = U 1 I1 + U 2 I 2 + K 2 2. Stanovíme příkon transformátoru 1 η P = P η K0,8až0, 95 Sj = 1, 2 P 3. Určíme plochu jádra 1 1 So = 4. Určíme plochu okénka 0, 7 Sj 5. Podle bodu 3. a 4. určíme z tabulek transformátorové plechy, které použijeme ( včetně výšky transformátoru ). Spočítáme skutečnou plochu jádra S. 6. Spočítáme počet závitů na 1V Sj P 45 N / V = 7. Určíme počet závitů jednotlivých sekcí Nsekce = Usekce N / V 8. Na sekundární straně připočítáme 5% závitů k uhrazení ztrát. 9. Určíme průměry vodičů d = 10.Určíme protékající proud primárem Uprim I 2 Iprim = P Provedeme zkoušku správnosti výpočtu a/ určíme počet závitů na jednu vrstvu n / 1vrstva 1 b/ určíme počet vrstev Nvrst = = d x Nsekce Nvrst c/ určíme výšku daného vinutí v 1 = Nvrst d + izolace d/ postup a/ až c/ budeme opakovat na všechna ostatní vinutí e/ určíme celkovou výšku vinutí V = v1 + v2 + v3 + K

14 Pulsní usměrňovače - princip jednocestného usměrňování řízeného tyristorem je na následujícím obrázku - tyristor je schopen podle svého typu usměrňovat ( propouštět ) buď kladné, nebo záporné půlvlny střídavého napětí, a to od okamžiku, kdy řídicí elektroda dostane impuls pro uvedení tyristoru do propustného stavu - tento impuls lze odvozovat od střídavého napětí, které se usměrňuje - lze jej např. pomocí článku RC časově posouvat, pak hovoříme o fázovém řízení tyristoru - z tohoto plyne, že lze měnit střední hodnotu usměrněného proudu od maximální hodnoty při jednocestném usměrnění až po nulu - energetické ztráty jsou minimální, neboť nevzniká žádný úbytek napětí na rezistoru, na kterém by se energie měnila v teplo - podobně jako jednopulsní řízený usměrňovač lze pomocí dvou tyristorů získat dvoupulsní řízený usměrňovač Princip jednocestného řízeného tyristorového usměrňovače

15 Stabilizátory napětí a proudu. Stabilizátory parametrické a stabilizátory se zpětnou vazbou. Stabilizátory napětí a proudu - k napájení elektrických zařízení jsou v mnoha případech brány v potaz přísné požadavky nejen na minimální velikost zvlnění, ale také na zachování konstantní velikosti napětí na zátěži při kolísajícím napětí zdroje nebo při změnách zatěžovacího proudu ( změna Rz ) - obvody, které automaticky vyrovnávají napěťové vlivy na zátěži, se nazývají stabilizátory napětí - stabilizátory se dělí na: a) parametrické b) ze zpětnou vazbou - parametrické stabilizátory využívají ke stabilizaci napětí vhodného průměru VA charakteristiky některých součástek ( např. polovodičová dioda, doutnavka ) - stabilizátory ze zpětnou vazbou obsahují součástku ( obvykle tranzistor ), která je ovládána odchylkou výstupního napětí stabilizátoru od referenčního napětí - základní veličinou stabilizátoru napětí je činitel stabilizace K udávající kolikrát stabilizátor zmenšuje poměrné kolísání napětí při konstantním Rz - vnitřní odpor stabilizátoru je definován vztahem R IST U 2 U K = U 1 U 1 2 U RIST = U 2 1 Stabilizátory parametrické - používají se ke stabilizaci stejnosměrného napětí při zatěžovacích proudech nanejvýš několik desítek ma - pro stabilizaci řádově desítek voltů lze použít doutnavku - pro jednotky až desítky voltu použijeme zenerovu diodu nebo lavinovou diodu - pro stabilizaci nejnižších napětí můžeme použít běžných usměrňovacích diod - parametrické stabilizátory napětí mají poměrně velký vnitřní odpor, malý činitel stabilizace a malou energetickou účinnost neboť sériový odpor Rs musí být pro dobrou stabilizaci velký ( ztrácí se na něm asi ½ vstupního napětí ) a proud diodou je několikrát větší než užitečný proud procházející do zátěže

16 Stabilizátory se zpětnou vazbou - tyto stabilizátory dosahují většího činitele stabilizace, mají menší vnitřní odpor než stabilizátory parametrické - obsahují regulační součástku, diferenční ( rozdílový ) zesilovač, zdroj referenčního napětí a snímač odchylky

17 Schéma stabilizátoru ze zpětnou vazbou Schéma stabilizátoru ze zpětnou vazbou a proudovou pojistkou - poklesne-li napětí U1, objeví se tento pokles i na snímači odchylky a tím se zmenší napětí na bázi tranzistoru T2, tranzistor T2 se přivře, teče jim menší proud a na odporu R1 se sníží úbytek napětí, tím pádem na kolektoru tranzistoru T2 se napětí zvýší a tím se zvýší napětí na bázi tranzistoru T1 - tranzistor T1 se otevře ( teče jim větší proud, má menší vnitřní odpor, napětí na výstupu se zvýší, podobně pracuje obvod při jakékoliv změně ) - tranzistor T3 tvoří proudovou pojistku, která chrání výkonový regulační tranzistor T1 při nárůstu proudu nad regulační mez ( přetížení, zkrat ) - při normální činnosti stabilizátoru je mezi B a E tranzistoru T3 malé napětí, přičemž tranzistor je takřka uzavřen a neuplatňuje se v obvodu stabilizátoru - stoupne-li odebíraný proud na takovou velikost, která otevře tranzistor T3 ( vlivem úbytku napětí na odporu R3 ), vznikne úbytek napětí na odporu R1, tím poklesne napětí na bázi tranzistoru T1 a tranzistor se přivře, v případě se úplně zavře - na popsaných principech pracují také monolitické integrované stabilizátory napětí ( např. MAA723 )

18 Polovodičové součástky dioda, bipolární a unipolární tranzistor, diak, triak, tyristor. Základní zapojení a činnost. Diody - diody jsou polovodičové součástky s jedním, vývody opatřeným, přechodem PN - celek je chráněn před vlivy prostředí skleněným, keramickým, kovovým a jiným pouzdrem - ke své činnosti využívají diody jednosměrné elektrické vodivosti přechodu PN - pro lepší orientaci můžeme diody rozdělit na hrotové, plošné a diody pro zvláštní použití Hrotové diody - nejvíce se používají germániové hrotové diody s wolframovým nebo zlatým hrotem - základem diody s wolframovým hrotem je destička germania typu N, na kterou je pružně přitlačován hrot wolframového drátku - elektrickým impulsem ( formováním ) vznikne pod hrotem vysoká teplota, tou se pozmění krystalová struktura, která se chová jako malá oblast s vodivostí P - hrotové diody se používají v měřící, rozhlasové a televizní technice Plošné diody - základem plošných diod je destička z křemíku typu N, ve které se difúzní technologií vytvoří vrstva typu P - křemíková destička je připájena na kovovou podložku, která pomáhá odvádět teplo - plošné diody se používají především v různých druzích usměrňovačů Stabilizační diody - tyto diody jsou plošné křemíkové diody s velmi tenkým přechodem PN - v přímém směru je charakteristika stejná jako u běžné křemíkové diody, ve zpětném směru se charakteristika vyznačuje ostrým zlomem při dosažení tzv. Zenerova napětí - při tomto napětí je v oblasti přechodu PN tak silné elektrostatické pole, že elektrony jsou vytrhávány ze svých vazeb a to vede k prudkému nárůstu zpětného proudu při téměř stálém napětí - této části charakteristiky se využívá při udržován stálého stejnosměrného napětí ( stabilizaci ) v elektronických obvodech Kapacitní diody - kapacitní diody jsou plošné křemíkové nebo z arzenidu galia vyrobené diody, u kterých se využívá závislosti kapacity přechodu PN na přiloženém napětí ve zpětném směru

19 - nejmenší dosažitelná kapacita je omezena napětím, které kapacitní dioda snese ve zpětném směru - největší dosažitelná kapacita je omezena požadavkem, aby dioda pracovala v nepropustné oblasti své voltampérové charakteristiky - kapacitní diody určené k elektronickému ladění rezonančních obvodů se také nazývají varikapy Fotodiody - fotodiody jsou plošné křemíkové diody, jejichž pouzdro je opatřeno okénkem, aby bylo možno jejich přechod PN vystavit světelnému záření - fotodiody mohou pracovat ve dvou režimech hradlovém nebo odporovém režimu - v hradlovém režimu je fotodioda sama zdrojem fotoelektrického napětí ( několik desetin voltu ), které vzniká osvětlením jejího přechodu PN - taková fotodioda je schopna dodávat do zátěže proud bez vnějšího napájecího zdroje - v odporovém režimu je na fotodiodu přiloženo vnější napětí ve zpětném směru - proud, který fotodiodou prochází je závislý na osvětlení přechodu za tmy je nejmenší, s osvětlením vzrůstá - fotodiody reagují na změny osvětlení velmi rychle - používají se v měřící technice, jako přijímače v optických spojích apod. Tranzistory - tranzistory jsou polovodičové součástky, nejčastěji se dvěma přechody PN, které jsou schopny zesilovat a generovat elektrické signály, pracovat jako spínače, realizovat logické funkce apod. - rozlišují se dva druhy tranzistorů: bipolární a unipolární - bipolární tranzistory ke své činnosti využívají oba druhy nosičů elektrického proudu v polovodivých materiálech - u unipolárních tranzistorů zajišťují vedení elektrického proudu buď jen elektrony, nebo jen díry Bipolární tranzistory - jsou to polovodičové součástky se dvěma přechody PN mezi třemi oblastmi různého typu vodivosti - potřebné dva přechody PN lze vytvořit dvojím způsobem buď se střídají oblasti P-N-P, nebo N-P-N - podle toho rozeznáváme dva typy bipolárních tranzistorů: tranzistor PNP a tranzistor NPN - jednotlivé oblasti elektrody se nazývají emitor E, báze B a kolektor C - v elektronických obvodech může být tranzistor zapojen třemi základními způsoby - podle elektrody, která je společná pro vstupní i výstupní signál se rozlišuje zapojení se společnou bází SB, se společným kolektorem SC a se společným emitorem SE

20 - nejčastěji se používá zapojení se společným emitorem SE - vzhledem k tomu, že h 21 běžně bývá desítky až stovky, vykazuje tranzistor v zapojení SE velké proudové a následně velké napěťové zesílení Unipolární tranzistor - u unipolárních tranzistorů se na vedení elektrického proudu podílí pouze jeden druh polovodičových nosičů proudu - k řízení velikosti proudu, který těmito tranzistory prochází, se využívá elektrostatické pole, proto se také označují jako tranzistory řízené elektrickým polem FET - rozlišují se dva druhy tranzistorů řízených elektrickým polem - první druh má hradlo od kanálu oddělené přechodem PN a označuje se JFET - druhý druh má hradlo od kanálu odděleno tenkou vrstvou dielektrika a označuje se MOSFET - oba druhy tranzistorů řízených elektrickým polem jsou obzvláště vhodné pro použití v obvodech, kde se vyžaduje veliký vstupní odpor

21 Tyristory - tyristor je polovodičová součástka se čtyřvrstvou strukturou tzn. se třemi na sebe navazujícími přechody PN ( NPNP nebo PNPN ) - tyristory mají tu vlastnost, že jsou v nevodivém stavu až do určitého okamžiku, kdy se skokem otvírají a plně vedou proud - za určitých podmínek se opět uzavírají - tyristory můžeme rozdělit podle počtu vývodů na tyristory diodové a triodové - Diodové tyristory ( diaky ) mají dva vývody, zapínají se ( nastane přeskok do vodivého stavu ) zvýšením přiloženého napětí - Triodové tyristory mají kromě dvou hlavních vývodů ( katody K a anody A, kterými prochází hlavní proud tyristoru ) ještě pomocný vývod, nazývaný řídící elektroda G - k němu se přivádí elektrický signál ( impuls ), kterým se tyristor skokem uvádí do vodivého stavu - triodové tyristory se v praxi velmi rozšířily - uplatňují se v zařízeních pracujících s malými proudy i v zařízeních k řízení výkonu velikosti řádově megawattů - tyristory se používají jako spínače a především jako tzv. řízené usměrňovače; řídí usměrněný výkon téměř beze ztrát energie Triaky - triak patří k novějším výkonovým polovodičovým součástkám - uspořádáním vodivostních vrstev v křemíkovém krystalu navazuje na tyristor - má pětivrstvou strukturu, která tvoří symetrickou soustavu přechodů PN - od tyristoru se liší tím, že jej signálem na řídící elektrodě lze uvést do vodivého stavu při obou půlvlnách střídavého napětí, tedy při obou polaritách - triak si můžeme představit jako antiparalelně zapojené tyristory - triak tedy může sloužit jako řízený ventil střídavého proudu - příkladem symetrické vícevrstvé polovodičové součástky je diak, který nemá řídící elektrodu a do vodivého stavu se uvádí zvýšením přiloženého napětí

22 Zdvojovače a násobiče napětí, aktivní vyhlazovací filtry. Usměrňovače. Zdvojovače a násobiče napětí - když je třeba získat vyšší stejnosměrné napětí, než je maximální hodnota napětí na výstupním vinutí napájecího transformátoru, používají se zdvojovače nebo násobiče napětí - princip jejich činnosti spočívá v nabíjení paralelních kapacit a vybíjení sériových kapacit - umožňují získat dvojnásobek, trojnásobek i vícenásobek maximální hodnoty napájecího střídavého napětí Sériový zdvojovač napětí Paralelní zdvojovač napětí Sériový zdvojovač napětí - tento zdvojovač využívá jen jednu půlvlnu střídavého napětí z výstupního transformátoru - když je v horní části výstupního vinutí transformátoru kladná půlvlna, je dioda D1 vodivá a proudem se kondenzátor C1 nabije na maximální hodnotu výstupního napětí transformátoru Um v naznačené polaritě - v průběhu záporné půlvlny je kondenzátor C2 připojen na součet souhlasně orientovaných napětí Um na kondenzátoru C1 a U výstupního vinutí

23 Paralelní zdvojovač napětí - tento zdvojovač napětí využívá obě půlvlny napájecího napětí - při kladné půlvlně se přes diodu D nabíjí proudem I1 kondenzátor C1 v naznačené polaritě - při záporné půlvlně se přes diodu D2, která je pólována opačně než D1, nabíjí proudem I2 kondenzátor C2 - tento zdvojovač představuje vlastně dva jednocestné usměrňovač napájené z jednoho transformátoru - vzhledem k zátěži jsou kondenzátory C1 a C2 zapojeny v sérii, proto je výstupní napětí dáno součtem napětí na kondenzátorech Kaskádový násobič napětí - potřebujeme-li získat napětí několikanásobně vyšší než dodává transformátor, můžeme použít kaskádový násobič napětí - nabíjení jeho kondenzátorů probíhá takto: - po dobu první kladné půlvlny se přes diodu D1 nabije kondenzátor C1 na hodnotu Um, v průběhu první záporné půlvlny se přes diodu D2 nabije kondenzátor C2 na hodnotu 2Um, při druhé kladné půlvlně se přes diodu D3 nabije kondenzátor C3 na hodnotu 2Um, ve druhé záporné půlvlně se přes diodu D4 nabije kondenzátor C4 na hodnotu 2Um - mezi body 1 a 3 je napětí 3Um, mezi body 2 a 4 napětí 4Um - napětí na zátěži tvoří součet napětí na kondenzátorech C2 a C4 a rovná se přibližně čtyřnásobku maximální hodnoty napětí na výstupním vinutí transformátoru Aktivní vyhlazovací filtry - zapojení aktivního vyhlazovacího filtru s tranzistorem je na následujícím obrázku - filtr se skládá s pasivního členu RC a výkonového tranzistoru s velkým proudovým zesilovacím činitelem h 21 - pasivní člen RC udržuje konstantní napětí na bázi tranzistoru - zvlněním filtrovaného napětí Uzv se mění napětí na bázi a emitorem tranzistoru, a tím se ovládá jeho vnitřní odpor - kolísáním vnitřního odporu tranzistoru v rytmu zvlnění se mění úbytek napětí na vnitřním odporu tranzistoru tak, že na zátěži se zvlnění neprojeví

24 Usměrňovače - jednocestný usměrňovač používá jako usměrňovací prvek obvykle polovodičovou diodu - za diodou obdržíme stejnosměrné pulsní napětí, protože dioda propouští pouze kladnou půlvlnu - úpravu napětí dosáhneme pomocí nabíjecího kondenzátoru - ten je přicházející kladnou půlvlnou nabíjen na max. hodnotu a při poklesu napětí se postupně vybíjí - kapacitu kondenzátoru volíme tak velkou, aby k jeho vybití došlo nejdříve za dobu alespoň jedné periody střídavého napětí - to znamená, že na kondenzátoru při průchodu kladné půlvlny bude ještě nějaká část napětí - tímto kondenzátorem jsme zajistili změnu napětí pulsního na stejnosměrné, které má ale jakýsi zbytek střídavé složky zvlnění - poněvadž pro většinu elektronických zařízení potřebujeme stejnosměrné napětí s minimálním zvlněním, je nutno použít vyhlazovací filtr, který je složen z tlumivky a kondenzátoru LC nebo odporu a kondenzátoru RC - u jednocestného usměrňovače je větší zvlnění než u dvojcestného popřípadě můstkového, je to způsobeno průchodem jedné půlvlny za jednu periodu oproti dvojcestnému kde za jednu periodu obdržíme dvě půlvlny - pro jednocestný usměrňovač potřebujeme na transformátoru jedno vinutí, u dvojcestného usměrňovače dvě vinutí - můstkový usměrňovač řeší problém zvlnění i dvojitého vinutí transformátoru, takže nám stačí pouze jedno vinutí při dosažení malého zvlnění Jednocestný usměrňovač

25 Dvojcestný usměrňovač Můstkový usměrňovač

26 Zesilovače. Základní zapojení jednostupňového zesilovače, nastavení pracovního bodu, základní vlastnosti. Vícestupňové zesilovače, vazby zesilovačů. Zesilovače - jsou to elektronické obvodové systémy, které se používají k zesílení slabých elektrických signálů - při zesílení se zvětšuje pouze amplituda signálu, zatím co zvuk a kmitočet zůstávají konstantní, zesilovač je aktivní nelineární dvojbran tvořený zesilovacím členem a pomocnými obvody - podle charakteru vstupního signálu dělíme zesilovače na stejnosměrné a střídavé, podle frekvence vstupních signálů na zesilovače nízkofrekvenční a vysokofrekvenční - podle šířky přenášeného pásma jsou zesilovače selektivní a širokopásmové - podle použitého zesilovacího členu jsou elektronkové, polovodičové, přičemž zvláštním případem polovodičových zesilovačů jsou zesilovače s IO - základem polovodičových zesilovačů je tranzistor Rozdělení zesilovačů a jejich základní vlastnosti 1. Podle frekvence zesilovaných signálů na a) nízkofrekvenční, které zesilují frekvence v rozmezí 16 až Hz b) vysokofrekvenční, které pracují v úzkých frekvenčních pásmech okolo nosné frekvence; nejčastěji zesilují modulované signály 2. Podle velikosti vstupního signálu na a) předzesilovače, zesilují signály malé úrovně b) výkonové zesilovače, od kterých se vyžaduje malé zkreslení, velká účinnost a velké výkonové zesílení 3. Podle šířky přenášeného pásma na a) úzkopásmové; šířka přenášeného frekvenčního pásma je malá vzhledem ke střední frekvenci b) širokopásmové, které vzhledem ke střední frekvenci 4. Podle pracovních tříd, které jsou dány polohou pracovního bodu na převodní charakteristice nelineárního prvku a) zesilovače pracující v třídě A; mají klidový pracovní bod umístěný v lineární části charakteristiky, výstupní proud prochází aktivním prvkem po celou dobu trvání budícího signálu, mají malé zkreslení a všeobecné použití b) zesilovače pracující v třídě B; mají klidový pracovní bod umístěný v bodě zániku kolektorového proudu, obvykle se používají v dvojčinném zapojení, kde každý zesilovací prvek zesiluje jednu polovinu periody signálu c) zesilovače pracující v třídě C; mají klidový pracovní bod umístěný za bodem zániku kolektorového proudu, používají se ve vysokofrekvenční technice 5. Podle druhu vazby mezi stupni je dělíme na zesilovače a) se stejnosměrnou vazbou b) s transformátorovou vazbou c) s vazbou s RC členy, vazební člen tvoří kondenzátor a rezistor

27 6. Podle zapojení zesilovacích prvků rozlišujeme zesilovače a) se společným emitorem; používají se nejčastěji, mají poměrně velký vstupní a výstupní odpor, velké napěťové, proudové a výkonové zesílení b) se společnou bází; mají malý vstupní a velký výstupní odpor, velké napěťové a výkonové zesílení, ale malé proudové zesílení c) se společným kolektorem ( emitorové sledovače); mají velký vstupní a malý výstupní odpor, malé napěťové zesílení, ale velké proudové a výkonové zesílení Nastavení pracovního bodu tranzistoru a) děličem napětí U R1 = CC UCE RE 11 IC ( IB + IC) R 2 U = BE + RE 10 I ( IB + IC) B

28 b) sériovým odporem U R1 = CC U BE RE IB ( IB + IC) R C U = CC U CE RE IC ( IB + IC) 1. určíme hyperbolu dovolených ztrát tak, že spočítáme teoretické velikosti proudu pro jednotlivé napětí s použitím dovoleného maximálního výkonu 2. určíme napájecí napětí Ucc I = P max/ U 3. určíme polohu zatěžovací přímky tak, aby se blížila hyperbole dovolených ztrát, ale nedotýkala se ji, výchozím bodem je napětí napájecího zdroje, sklon přímky zároveň udává velikost zatěžovacího odporu Rc 4. v místě protnutí zatěžovací přímky z přímkou saturační, dostaneme bod A a v místě protnutí zatěžovací přímky a charakteristiky Ib=0 obdržíme bod B, pracovní bod pak volíme ve většině případu uprostřed úsečky AB 5. provedeme průmět pracovního bodu na charakteristiku, vstupní a převodní a na osách x a y odečteme hodnoty napětí a proudu 6. pro napětí Ub stanovíme dělič R1 a R2 jehož výstupní hodnota se právě rovná Ub a tím zjistíme správnou polohu pracovního bodu, tak jak byla navržena

29 Graf pro určení pracovního bodu tranzistoru Stabilizace pracovního bodu tranzistoru - teplotní závislost polovodičů ovlivňuje vlastnosti tranzistorů zvyšováním teploty tranzistoru což se projeví zvětšením kolektorvého proudu - zvětšením kolektorového proudu se zvětší ztrátový výkon a tím se dál zvětší teplota tranzistoru, celý proces se opakuje a v extrémním případě by mohlo dojít ke zničení tranzistoru - klidová poloha pracovního bodu tedy musí být stálá a stabilizaci pracovního bodu se potlačí nežádoucí kolísání jeho polohy - jako stabilizační prvek se používá rezistor Re, dále dostatečně tvrdý dělič napětí R1 a R2 a je možné také použít termistoru nebo polovodičové diody - při použití termistoru ( např. u výkonových zesilovačů) tvoří termistor společně s odporem R2 odpor R2 a tím, že při zvětšení teploty tranzistoru se sníží velikost odporu R2 se sníží napětí na bázi - to znamená že se tranzistor přivře, zmenší se jeho proud a ochladí se - v případě použití diody se při oteplení zvětší její vodivost, tím se zvětší velikost proudu, který prochází odporem R a zvýší se úbytek napětí na bázi tranzistoru

30 Vazby zesilovačů Vazba přímá - je frekvenčně nezávislá, ale jejím dalším problémem je nastavení pracovního bodu jednotlivých tranzistorů Vazba transformátorová - nevýhodou je velká frekvenční závislost - výhodou možnost zvětšení vstupního napětí pomocí transformátoru a transformačního poměru, nejvýše však 1:3 - tato vazba se nejčastěji používá ve vysokofrekvenčních obvode Vazba odporová - je nejčastěji používanou vazbou, u které vhodnou volbou jednotlivých prvků můžeme zajistit v určitém kmitočtu takřka frekvenční nezávislost

31 NF, VF zesilovače a širokopásmové zesilovače. MF zesilovače. Výkonové zesilovače jednočinné a dvojčinné. Zesilovač bez výstupního transformátoru. Zpětná vazba. Zesilovače - jsou to elektronické obvodové systémy, které se používají k zesílení slabých elektrických signálů, při zesílení se zvětšuje pouze amplituda signálu, zatím co zvuk a kmitočet zůstávají konstantní - zesilovač je aktivní nelineární dvojbran tvořený zesilovacím členem a pomocnými obvody, podle charakteru vstupního signálu dělíme zesilovače na stejnosměrné a střídavé, podle frekvence vstupních signálů na zesilovače nízkofrekvenční a vysokofrekvenční - podle šířky přenášeného pásma jsou zesilovače selektivní a širokopásmové - podle použitého zesilovacího členu jsou elektronkové, polovodičové, přičemž zvláštním případem polovodičových zesilovačů jsou zesilovače s IO - základem polovodičových zesilovačů je tranzistor Rozdělení zesilovačů a jejich základní vlastnosti 1. Podle frekvence zesilovaných signálů na a) nízkofrekvenční, které zesilují frekvence v rozmezí 16 až Hz b) vysokofrekvenční, které pracují v úzkých frekvenčních pásmech okolo nosné frekvence; nejčastěji zesilují modulované signály 2. Podle velikosti vstupního signálu na a) předzesilovače, zesilují signály malé úrovně b) výkonové zesilovače, od kterých se vyžaduje malé zkreslení, velká účinnost a velké výkonové zesílení 3. Podle šířky přenášeného pásma na a) úzkopásmové; šířka přenášeného frekvenčního pásma je malá vzhledem ke střední frekvenci b) širokopásmové, které vzhledem ke střední frekvenci 4. Podle pracovních tříd, které jsou dány polohou pracovního bodu na převodní charakteristice nelineárního prvku a) zesilovače pracující v třídě A; mají klidový pracovní bod umístěný v lineární části charakteristiky, výstupní proud prochází aktivním prvkem po celou dobu trvání budícího signálu, mají malé zkreslení a všeobecné použití b) zesilovače pracující v třídě B; mají klidový pracovní bod umístěný v bodě zániku kolektorového proudu, obvykle se používají v dvojčinném zapojení, kde každý zesilovací prvek zesiluje jednu polovinu periody signálu c) zesilovače pracující v třídě C; mají klidový pracovní bod umístěný za bodem zániku kolektorového proudu, používají se ve vysokofrekvenční technice 5. Podle druhu vazby mezi stupni je dělíme na zesilovače a) se stejnosměrnou vazbou b) s transformátorovou vazbou c) s vazbou s RC členy, vazební člen tvoří kondenzátor a rezistor

32 6. Podle zapojení zesilovacích prvků rozlišujeme zesilovače a) se společným emitorem; používají se nejčastěji, mají poměrně velký vstupní a výstupní odpor, velké napěťové, proudové a výkonové zesílení b) se společnou bází; mají malý vstupní a velký výstupní odpor, velké napěťové a výkonové zesílení, ale malé proudové zesílení c) se společným kolektorem ( emitorové sledovače); mají velký vstupní a malý výstupní odpor, malé napěťové zesílení, ale velké proudové a výkonové zesílení Výkonové zesilovače - úlohou výkonových ( koncových ) zesilovačů je zesílit signál přiváděný ze zdroje přes předzesilovač na výkon požadovaný do zátěže - zátěž tvoří obyčejně reproduktorová soustava, ve které se elektrický výkon přemění na výkon akustický - může být ke koncovému výkonovému stupni připojena pomocí výstupního transformátoru nebo ( v současné době častěji ) přímo, bez výstupního transformátoru - koncové výkonové zesilovače bez výstupního transformátoru můžeme realizovat buď dvěma tranzistory stejného typu vodivosti ( PNP nebo NPN ), nebo dvěma tranzistory různého typu vodivosti, takové zapojení se nazývá komplementární Jednočinný koncový stupeň - zapojení koncového stupně je podobné jako zapojení základního zesilovače, rozdíl je pouze v tom, že používáme výkonový tranzistor a jako zatěžovací odpor je připojeno primární vinutí výstupního transformátoru - výstupní transformátor odděluje stejnosměrné napájecí napětí od napětí střídavého a přizpůsobuje impedanci reproduktoru výstupní impedanci tranzistoru

33 Dvojčinný koncový stupeň - ve dvojčinném koncovém stupni pracují dva jednočinné zesilovače v protifázi a pracují do společného výstupního transformátoru - pracovní bod je nastaven ve třídě B, případě v mezitřídě AB - první z tranzistorů zpracovává kladnou a druhý zápornou půlvlnu - aby mohl tento tranzistor pracovat ve standardním režimu je pro něj potřeba otočit fázi o k čemuž slouží invertor - invertor můžeme vytvořit pomocí transformátoru, tranzistoru a podobně

34 Invertor pro zesilovač - při použití inverzního transformátoru je společný střed sekundárního vinutí a konce vinutí mají stejně velké napětí, ale fázově otočena o nevýhodou tohoto invertoru je jeho velká frekvenční závislost - mnohem výhodnější je použít inverzi tranzistorem - použitím invertoru s tranzistorem, kdy pracovní odpor rozdělíme na dvě části, přičemž jedna je zapojena v emitoru a druhá v kolektoru - výstupní signál na emitoru je ve fázi se signálem vstupním, zatímco na kolektoru je signál otočen o Výkonový zesilovač bez použití transformátoru - výchozím zapojením pro dnes používané dvojčinné koncové stupně bez výstupního transformátoru byl můstkový zesilovač (A) - přivedením kladné půlvlny se otvírají tranzistory T1 a T4, tím pádem tekl přes reproduktor proud a při záporné půlvlně signálu se otevírají tranzistory T2 a T3 a proud tekl reproduktorem opačným směrem - zjednodušením můstkového zesilovače je (B), který používá dvou zdrojů, dále pak (C), který používá jednoho zdroje, ale z kondenzátory - další úpravou je zapojení s jedním zdrojem a jedním kondenzátorem (D), ze kterého vyšlo zapojení (E), u kterého předpokládáme možnost ukostření jednoho pólu reproduktoru - pro spodní tranzistory je třeba ve všech uvedených příkladech použít inverzního členu - výsledkem další úpravy je zapojení (F), které používá dva tranzistory, z niž jeden je typu PNP a druhý NPN, oba tyto tranzistory musí mít, ale všechny ostatní parametry shodné - v tomto případě hovoříme o tzv. komplementární dvojici tranzistorů - přivedením střídavého signálu na spojené báze tranzistorů při vhodném nastavení pracovních bodů se bude kladnou půlvlnou otevírat tranzistor T1 ( T2 se uzavírá ), zápornou půlvlnou se otevírá tranzistor T2 ( T1 se zavírá ) - toto zapojení se dnes používá nejčastěji

35 - 35 -

36 Vazby zesilovačů - zpětná vazba v zesilovači vzniká, přivedeme-li část signálu z výstupu na vstup zesilovače - zavedením zpětné vazby se mohou měnit některé parametry zesilovače ( např. zesílení, nelineární zkreslení, stabilita zesilovače apod. ) - napětí přivádíme z výstupu pře přenosový článek β a jestliže se toto napětí přičítá k napětí vstupnímu hovoříme o kladné zpětné vazbě, pokud se odečítá, jde o vazbu zápornou - kladná zpětná vazba se využívá např. u zdroje střídavého signálu - záporná zpětná vazba se využívá u nízkofrekvenčních zesilovačů kde sice na jedné straně zmenšuje zesílení zesilovače, ale na druhé straně rozšiřuje frekvenční pásmo zesilovače, zmenšuje zesílení a také zkreslení a zvyšuje stabilitu zesilovače

37 - použitím vzorce pro zesílení můžeme odvodit zesílení zesilovače se zpětnou vazbou, které je dané vztahem: A Uzp = β Uvyst A = 1 β A ( ) A zesílení zesilovače βa > 0 zpětnovazební signál je ve fázi se vstupním kladná ZV β zpětnovazební činitel βa < 0 zpětnovazební signál je v protifázi se vstupním záporná ZV - podle způsobu zapojení vstupních obvodu, rozlišujeme vazbu sériovou (A), paralelní (B), podle zapojení vstupního obvodu rozlišujeme vazbu proudovou (C) a nebo napěťovou (D) - pokud přenosový článek β neobsahuje žádný frekvenčně závislý prvek ( je sestaven pouze z odporů ) je vazba frekvenčně nezávislá, naopak použijeme-li prvky L nebo C, což jsou prvky frekvenčně závislé, stane se i vazba frekvenčně závislá a její vlastnosti budou záviset právě na zpracovávaném kmitočtu - mimo celkové vazby u zesilovače mohou být ve vícestupňových zesilovačích ještě místní vazby Vysokofrekvenční zesilovače - vysokofrekvenční zesilovač zesiluje neslyšitelné kmitočty, jejichž výběr určuje paralelní rezonanční obvod - vybraný signál rezonančního obvodu je přiváděn do vlastního zesilovače, který má takřka stejné zapojení jako zesilovač nízkofrekvenční - samozřejmě použijeme vysokofrekvenční tranzistor a hodnoty součástek mohou být jiné něž v předchozím případě - místo vazebních kondenzátorů ve vstupním obvodu je použita transformátorová vazba, takže mezi tranzistorem a pracovním obvodem je připojeno primární vinutí následujících rezonančních obvodů - toto zapojení je vlastně vstupním obvodem běžného rozhlasového přijímače - abychom mohli přelaďovat zesilovaný kmitočet, bývá kondenzátor proměnný a pro změnu rozsahu se používá výměny cívek pomocí přepínače - zvláštním případem vysokofrekvenčního zesilovač e je zesilovač mezifrekvenční MF, který používá na vstupu a výstupu zdvojených paralelních obvodů a bývá stabilně naladěna na jedno frekvenční pásmo kmitočet - dvojice rezonančních obvodů spojená vhodnou vazbou se nazývá mezifrekvenční transformátor

38 Širokopásmový vysokofrekvenční zesilovač - musí být schopný přenášet signály od několika Hz do několika MHz - nejčastěji se používají upravené zesilovače s vazbou RC, jejichž šířku pásma zvětšujeme korekčním obvodem - velmi často se používá paralelní korekce, která působí především na vysokých kmitočtech - do série s pracovním odporem Rc připojíme indukčnost jejíž hodnotu volíme tak, aby paralelní rezonanční obvod vytvořený z ní a parazitní kapacity Cp byl v rezonanci té oblasti frekvencí kdy se u nekompenzovaného zesilovače zmenšuje zesílení, tím se vyrovnává pokles zesílení zesilovače v oblasti vysokých frekvencích - pro nízké frekvenční kompenzace provádíme rozdělní odporu Rc a jeho překlenutí kapacitou C1, aby pro vyšší kmitočty se překlenutá část odporu neuplatnila, zatím co pro nízké kmitočty je odpor Rc součtem obou částí - za širokopásmové zesilovače považujeme i laděné zesilovače, které mají velkou šířku pásma v porovnání se střední frekvencí - jsou to např. kaskádové zesilovače nebo zesilovače z rozprostřeným laděním

39 Oscilátory, generátory RC, směšovače. Zapojení, činnost, použití. Oscilátory - elektronický oscilátor je zdroj střídavého napětí nebo výkonu, jehož frekvence je určena vnitřními stavebními prvky - podle druhu řídícího obvodu, který určuje frekvenci, určujeme: a) oscilátory LC frekvenci kmitů určuje paralelní rezonanční obvod LC b) oscilátory RC frekvenci kmitů určuje selektivní obvod sestavený z členů RC c) oscilátory řízené krystalem frekvenci kmitů určuje piezoelektrický rezonátor - podle frekvence a tím i současně podle konstrukce dělíme oscilátory na: a) nízkofrekvenční používají se většinou v měřící technice b) vysokofrekvenční používají se v rozhlasových a televizních přijímačích, dále ve vysílací a měřící technice - oscilátor je generátor vysokofrekvenčního signálu, jehož základem je paralelní rezonanční obvod - přivedeme-li na paralelní rezonanční obvod na okamžik signál, který odpovídá rezonančnímu kmitočtu, bude obvod po odstranění přívodu ještě chvíli kmitat kmity tlumenými ( A ) - úbytek napětí je způsoben ztrátami na indukčnosti a kapacitě, které můžeme vyjádřit paralelně připojeným odporem R - pokud bychom chtěli, aby tento obvod kmital kmity netlumenými, musíme připojit paralelně k obvodu záporný odpor ( B ) - ten můžeme realizovat na určitém úseku charakteristiky součástky, která se nazývá tetroda, nebo tunelová dioda - takto realizovaný oscilátor nemá přílišnou stabilitu, a proto se používá jen výjimečně - výhodnější použití nabízí kladná zpětná vazba, kdy část napětí z výstupu zavádíme formou zpětné vazby na vstup ( C )

40 - nejstarším oscilátorem tohoto typu je označovaný TPTG oscilátor, který vzešel ze zapojení VF zesilovače, u něhož zpětnovazební větev, je tvořena kapacitou mezi anodou a mřížkou elektronky - dnes nejčastěji používaný oscilátor je induktivně vázaný oscilátor ( používá se v rozhlasových přijímačích ) - odvozením s oscilátoru induktivně vázaného vznikl tříbodový oscilátor Hartley - nastavení odbočky tohoto oscilátoru je velmi kritické a proto se častěji používá varianta oscilátoru Colpitz - tento oscilátor se používá v televizních přijímačích

41 Generátor NF signálů RC oscilátory - zdroj NF signálu pracuje opět s kladnou zpětnou vazbou, která je zavedena z kolektoru tranzistoru na jeho bázi - přičemž otočení signálu se provede pomocí RC členu, přičemž každý obrací fázi o 60 0 pro kmitočet, na kterém bude oscilátor kmitat - celkově je nutné otočení o 180 0, čili půjde o zapojení tří RC členů ve zpětné vazbě - tohoto způsobu se používá převážně tam kde, kde není třeba kmitočet přelaďovat - přičemž frekvence na, které bude oscilátor kmitat, je určena vztahem: 1 f = 2π 6RC - v případě, že chceme generátor s proměnným kmitočtem použijeme ve zpětné vazbě tzv. Wienuv článek - tento článek, na rozdíl od RC členu posouvá všechny kmitočty kromě toho na kterém bude generátor kmitat - s tohoto důvodu došlo k otočení fáze o za pomoci dvoustupňového zesilovače - kmitočet můžeme nastavit změnou kondenzátoru C1, C2 nebo jednodušeji změnou odporu R1, R2 Oscilátor řízený krystalem - jestliže požadujeme velkou stabilitu kmitočtu, je výhodné použít oscilátor řízený krystalem - výbrus krystalu zastupuje v tomto případě rezonanční obvod - nevýhodou tohoto řešení je, že oscilátor kmitá pouze na jediném kmitočtu - takového oscilátoru používáme jako zdroje nosného kmitočtu u vysílačů a všude tam kde se požaduje velká stabilita kmitočtu

42 Směšování signálu - použitím nelineárního prvku, na který přivádíme dva různé vysokofrekvenční signály, obdržíme zařízení, kterému říkáme směšovač - oba signály můžeme přivádět na jednu elektrodu nebo na různé elektrody - na výstupu směšovače obdržíme mimo obou původních signálů také jejich součet a rozdíl - směšovačem může být jakýkoliv nelineární prvek ( dioda, tranzistor, elektronka ) - v některých případech se používá tzv. samokmitající směšovač což je zařízení, které slouží jednak jako oscilátor a jednak jako směšovač, kdy stejným tranzistorem vyráběný kmitočet se na něm směšuje se signálem vstupním

43 Modulace a demodulace signálu. Způsoby, zapojení, činnost, použití. Druhy modulace - modulačním signálem můžeme při modulaci působit na nosnou vlnu těmito třemi způsoby: a) modulačním signálem můžeme ovlivňovat amplitudu A vysokofrekvenční nosné vlny nastává amplitudová modulace b) modulačním signálem můžeme ovlivňovat kmitočet f o nosné vlny nastává frekvenční modulace c) modulačním signálem můžeme ovlivňovat fázový úhel ϕ nosné vlny nastává fázová modulace - vedle těchto základních druhů modulace se používají různé druhy impulsové modulace Amplitudová modulace - při amplitudové modulaci, která se označuje AM, se mění amplituda (velikost) nosné vlny v závislosti na změnách okamžité hodnoty amplitudy modulačního signálu - frekvence nosné vlny přitom zůstává stálá - amplituda nosné modulované vlny je v každém okamžiku součtem nebo rozdílem amplitudy nosné nemodulované vlny a okamžité hodnoty modulačního signálu - u amplitudové modulace se setkáme z pojmem hloubka modulace, bývá z pravidla menší než 100% - hloubkou modulace rozumíme poměr amplitud modulačního signálu a nosné vlny - hloubku modulace α vypočítáme ze vztahu: Am α = 100 (%) AVF - amplitudová modulace představuje nejjednodušší a nejrozšířenější způsob modulace - má však malou energetickou účinost a modulovaná nosná vlna je značně ovlivňována rušivými signály, zvláště při dálkovém přenosu