ISŠT Mělník Číslo projektu Označení materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník Anotace Metodický pokyn CZ.1.07/1.5.00/34.0061 VY_32_ INOVACE_C.3.02 Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, 276 01 Mělník Ing.František Moravec Základy elektrotechniky 2ME Zesilovače Zhotoveno květen 2012 Frontální vyučování doplněné metodou průběžného kladení otázek pro objasnění probírané látky. Po výkladu následuje zpětnovazební test a individuální vyhledání odpovědí pro řešení samostatné úlohy pomocí internetu a zpětná kontrola dataprojektorem
TŘÍDY ZESILOVAČŮ * Zesilovače si můžeme rozdělit do čtyřech základních tříd, které se navzájem odlišují: 1) Polohou pracovního bodu, 2) Úhlem otevření tranzistoru, 3) Použitím v praxi
* třída zesilovačů pro speciální aplikace * Třída D Tyto zesilovače mají vysokou účinnost, ale jsou příliš složité a používají se v analogově-digitální technice, např. A/D převodníky Rozdělení tříd zesilovačů podle polohy pracovního bodu Nejčastěji se typ třídy se určuje podle umístění pracovního bodu na převodní charakteristice. Jednotlivé třídy jsou na následujících obrázcích (ideální výstupní signál je při sinusovém vstupním signálu):
Zesilovač ve třídě A Pracovní bod P: - je umístěn zhruba uprostřed lineární části převodní charakteristiky Vlastnosti: - jednoduché zapojení a nastavení, malé nelineární zkreslení, ovšem malá účinnost (ideálně 50%, v praxi cca 35-45%) Pracuje obvykle jednočinně = > jeden prvek zesiluje obě půlvlny signálu Pokud se jedná o výkonový zesilovač, je na jeho výstupu zařazen výstupní transformátor pro přizpůsobení vyšší impedanci tranzistoru k nízké impedanci reproduktoru. Tím se však zapojení zesilovač zkomplikuje (hmotnost, cena ) Užití: - hlavně předzesilovače - jednočinné zesilovače
Zesilovač ve třídě B Pracovní bod P: - je umístěn v bodě zániku kolektorového proudu Ic Vlastnosti: - značné zkreslení, velká účinnost (cca 75%) Pracuje obvykle dvojčinně => každý výstupní tranzistor zesiluje jen jednu půlperiodu z celého vstupního signálu. Jeden kladnou a druhý zápornou Třída B ve srovnání s třídou A má větší účinnost, ale hrozí u ní přechodové zkreslení v oblasti, kde výstupní signál prochází nulou Užití: - vzhledem k zkreslení se používá spíše v průmyslu, než v nf technice
Vznik přechodového zkreslení u zesilovače třídy B Je způsobeno nelinearitou převodní charakteristiky tranzistoru v počátku jeho charakteristiky Vzniká v okolí průchodu zpracovávaného signálu nulou tj.při malých signálech a projevuje se na výstupním signálu jako schod Toto nelineární zkreslení signálu je dobře slyšitelné zejména při malých signálech a protože je neharmonické, je nepříjemné lidskému uchu Odstranit lze zavedení malého klidového proudu - posunutím pracovního bodu tranzistoru do lineárnější oblasti převodní charakteristiky; tj. směrem do třídy A
Zesilovač ve třídě AB Pracovní bod P: - je umístěn v koleně převodní charakteristiky a přes tranzistory teče trvale určitý malý klidový proud Vlastnosti: - vzhledem k malému klidovému proudu pracuje zesilovač při malém budícím signálu ve třídě A a do třídy B přechází teprve až při větším vybuzení. Tím má menší přechodové zkreslení, v porovnání s čistou třídou B, při zachování vysoké účinnosti - cca 75%). Je to výhodná kombinace třídy A a B. Výkonový zesilovač se opět řeší jako dvojčinný Užití: - zejména dvojčinné nf zesilovače, hudební zesilovače apod.
Zesilovač ve třídě C Pracovní bod: - je umístěn hluboko za bodem zániku kolektorového proudu Ic Vlastnosti: - velmi vysoké zkreslení, ale i vysoká účinnost (cca 90%) Aktivní prvky mají nulový klidový proud a navíc mají zavedeno předpětí, které je dále zavírá Z nevodivého do aktivního stavu přecházejí až ve špičkách vstupního signálu Zkreslení výstupního signálu je mnohem výraznější než ve třídě B a proto jsou v nízkofrekvenční technice nepoužitelné Užití: - ve vf aplikacích, vysílačích apod.
Test - 02 1. Podle čeho se určuje třída zesilovacího prvku a zesilovače? 2. Popište typické vlastnosti zesilovače pracujícího ve třídě A a kde leží jeho pracovní bod P na převodní charakteristice? 3. Popište typické vlastnosti zesilovače pracujícího ve třídě B a kde leží jeho pracovní bod P na převodní charakteristice? 4. Popište typické vlastnosti zesilovače pracujícího ve třídě AB a kde leží jeho pracovní bod P na převodní charakteristice? 5. Vysvětlete, pomocí náčrtku, vznik přechodového zkreslení u zesilovače tř.b 6. Popište typické vlastnosti zesilovače pracujícího ve třídě C a kde leží jeho pracovní bod P na převodní charakteristice? Řešení: DUM - VY_32_ INOVACE_C.3.02 str. 2-8
Samostatná práce Zadání: Vyhledejte pomocí internetu materiály a informace týkající se zesilovačů pracujícího ve třídě D a srovnejte jeho vlastnosti se zesilovači tříd A, B, AB a C které jsme probrali (účinnost, technickou náročnost ). Řešení: DUM - VY_32_ INOVACE_C.3.02 str. 11
Řešení: Samostatná práce Třída D vnáší do konstrukcí NF zesilovačů nové světlo. Na jednu stranu získáme energeticky velmi úsporné řešení, to ovšem vyžaduje daleko náročnější elektronické obvody, než dříve uvedené (běžné) zesilovače http://www.elweb.cz/clanky.php?clanek=109, http://www.elweb.cz/c/109d.gif
ISŠT Mělník Použitá literatura: [1] Příručka pro elektrotechnika Ing.Klaus Tkotz a kol., vydalo nakladatelství Europa- Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2006 (ISBN 80-86706-13-3) [2] Praktická elektrotechnika Petr Bastian a kol., vydalo nakladatelství Europa- Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2004 (ISBN 80-86706-07-9) [3] Volně šířené a dostupné firemní prezentační materiály a prodejní katalogy výrobců polovodičových součástek a finálních výrobků [4] Archiv autora Seznam zdrojů obrázků na jednotlivých stranách prezentace: 2. [4] 3. http://dlabos.wz.cz/en/nf_dvojcinne_zesilovace_velkeho_vykonu_html_3bf0b83f.png 4. http://www.arkansoos.howto.cz/upload/data/8.jpg 5. http://www.arkansoos.howto.cz/upload/data/9.jpg 6. [4] 7. http://www.arkansoos.howto.cz/upload/data/10.jpg 8. http://www.arkansoos.howto.cz/upload/data/11.jpg Autorem materiálu a všech jeho www.isstechn.cz částí, není-li uvedeno jinak, je Ing.František MORAVEC