VYSOKOFREKVENČNÉ  ZOSILŇOVAČE - všeobecná charakteristika


       Doposiaľ v predchadzajúcich témach sme sa venovali zosilňovačom, ktoré boli určené na prenos signálov nízkych frekvencií. V praxi sa však používajú aj zosilňovače, ktoré sú určené na prenos signálov vysokých frekvencií. Vysokofrekvenčné  (vf)  zosilňovače sú zosilňovače, ktorých pracovná oblasť frekvencií leží nad nízkofrekvenčnou oblasťou, t.j. nad 1 MHz. Tieto zosilňovače sú prevažne realizované tak, že ich vstupné a výstupné obvody obsahujú rezonančné obvody alebo sústavu rezonančných obvodov. Jednotlivé zosilňovacie stupne tvoria tranzistory alebo elektrónky pracujúce v triede A, v kolektore alebo anóde ktorých je ladený rezonančný obvod. Špecifikom vf zosilňovačov je, že vstupný aj výstupný odpor musí byť 50 W ( 75 W pre TV techniku ).

       Ako z povedaného vyplýva, vysokofrekvenčné zosilňovače, keďže obsahujú ladené obvody, sa používajú na zosilňovanie úzkeho pásma frekvencií v rámci širokého frekvenčného spektra ležiaceho nad 1 MHz. Takéto zosilňovače nazývame úzkopásmové zosilňovače. Okrem úzkopásmových zosilňovačov existujú aj vysokofrekvenčné zosilňovače, ktoré zosilňujú široké pásmo frekvencií. Nazývame ich širokopásmové zosilňovače. Tieto zosilňovače neobsahujú ladené obvody, alebo ak áno, tak silne zatlmené. O širokopásmovosti hovorí  činiteľ širokopásmovosti,  označovaný písmenom  x.


Ak je x < 0,1  - hovoríme o úzkopásmovom zosilňovači ( napr. medzifrekvenčný zosilňovač pre AM, fo = 455 kHz,  B-3 = 9 kHz )
x > 1   - hovoríme o širokopásmovom zosilňovači ( napr. medzifrekvenčný obrazový zosilňovač v televíznych prijímačoch )

       Vlastnosti vysokofrekvenčného zosilňovača do veľkej miery závisia od frekvenčných vlastností samotného tranzistora (tak ako sme si o tom povedali v podtéme "Rozbor vlastností zosilňovača s rc väzbou pre vysoké frekvencie".)  Najväčší vplyv majú na ne kapacity priechodov medzi elektródami a to  CKB  a  CBE.  Zvlášť nepriaznivý vplyv má kapacita kolektora  CKB , ktorá spolu s výstupným odporom kolektorového priechodu tvorí integračný článok pripojený na výstup tranzistora a výrazne ovplyvňuje hornú medznú frekvenciu zosilňovača. Táto kapacita je súčasťou vnútornej spätnej väzby (pozri obrázok 1.) a spôsobuje natočenie fázy signálu privádzaného z kolektora späť do bázy tranzistora, čo môže spôsobiť rozkmitanie zosilňovača.

Parazitný prenos v tranzistore

Obr. 1.  Parazitná kapacita  CKB  ako súčasť spätnej prevodovej vodivosti  y12  tranzistora

       Druhou príčinou zhoršenia zosilňovacej schopnosti tranzistora na vysokých frekvenciách je vznik fázového posunu striedavej zložky kolektorového prúdu  Ik  za striedavou zložkou emitorového prúdu  Ie.  Je to podmienené zotrvačnosťou prechodu nosičov náboja cez bázu od emitora ku kolektoru a aj zotrvačnosťou procesov rekombinácie nábojov v báze. Čas preletu nosičov náboja cez bázu  t  je asi 0,1 ms. Tento čas je síce krátky, ale pri frekvenciách rádu 107 Hz už môžeme pozorovať posun fáz medzi  Ik  a  Ie.  To spôsobuje zväčšenie prúdu bázy  Ib  a tým zmenšenie prúdového zosilňovacieho činiteľa. Vyplýva to z vektorového diagramu na nasledujúcom obrázku 2.

Vektorový diagram prúdov tranzistora

Obr. 2.  Zobrazenie fázového posunu medzi prúdom  Ik  a  Ie  vplyvom frekvencie prenášaného signálu

       Ako z obrázku vidno, pri nízkych frekvenciách je veľkosť prúdu bázy  Ib  daná aritmetickým rozdielom prúdov  Ie  a  Ik .  Pri vysokých frekvenciách je prúd  Ib  daný geometrickým rozdielom prúdov  Ie  a  Ik.  Hodnota prúdu bázy so zvyšujúcou sa frekvenciou narastá a tým klesá prúdový zosilňovací činiteľ  ß.

       Ďalšou skutočnosťou, ktorá nepriaznivo vplýva na činnosť tranzistora pri vyšších frekvenciách, je chaotický charakter difúzie. Minoritné nosiče náboja, injektované z emitora do bázy, pohybujú sa v báze po rôznych dráhach. Tým dôjdu na kolektorový priechod v rôznom čase, takže kolektorový prúd nezodpovedá presne emitorovému prúdu a dochádza ku skresleniu zosilňovaného signálu.

       Ako už bolo v úvode spomínané, vysokofrekvenčné zosilňovače sú prevažne riešené ako selektívne zosilňovače. Sú používané vo vstupných a medzifrekvenčných zosilňovačoch najrôznejších prijímačov. Na nasledujúcom obrázku 3.  je uvedený medzifrekvenčný kombinovaný zosilňovač používaný v prijímačoch umožňujúcich príjem na stredných a veľmi krátkych vlnách.

Medzifrekvenčný zosilňovač

Obr. 3.  Schéma medzifrekvenčného kombinovaného zosilňovača pre AM a FM rozhlasové pásmo

kmitočet 450 kHz ....... je medzifrekvenčný kmitočet pre stredné, dlhé a krátke vlny
kmitočet 10,7 MHz ..... je medzifrekvenčný kmitočet pre veľmi krátke vlny

       Ide o viacstupňový zosilňovač so selektívnou medzistupňovou väzbou vytvorenou viazanými rezonančnými obvodmi. Takýmto vysokofrekvenčným zosilňovačom hovoríme  "zosilňovače s rozloženou selektivitou" , pretože medzi jednotlivými viazanými rezonančnými obvodmi je vždy zaradený zosilňovací stupeň s tranzistorom. Ak by chýbal medzi viazanými rezonančnými obvodmi tranzistor  T2 , hovorili by sme o zosilňovači  "so sústredenou selektivitou".  V týchto zosilňovačoch využívame všetky vlastnosti viazaných rezonančných obvodov, tak ako sme sa ich učili v 2. ročníku v Elektronike.

       Problematika stavby vysokofrekvenčných zosilňovačov je značne náročná. V mnohých prípadoch sú návrhy zosilňovačov veľmi úzko naviazané na oblasť ich použitia. Vzhľadom na túto skutočnosť, v nasledujúcich podtémach sa preto nebudeme zaoberať popisovaním špecifických vlastností rôznych typov vysokofrekvenčných zosilňovačov, ale všimneme si skôr spôsoby ako zväčšiť šírku prenášaného frekvenščného pásma u širokopásmových vf zosilňovačov. Ako sme si v predchádzajúcej podtéme spomenuli, najväčší problém pri prenose vf signálu spôsobujú parazitné kapacity zosilňovacích súčiastok, ale tiež parazitné kapacity prívodov, plošného spoja a pod. Existujú spôsoby ako znížiť vplyv týchto nežiadúcich okolností na šírku prenášaného frekvenčného pásma vf zosilňovača a o tých si v nasledujúcich podtémach pohovoríme.


Kompenzácie šírky pásma



!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu