KOMPENZÁCIE  ŠÍRKY PRENÁŠANÉHO FREKVENČNÉHO PÁSMA U VF  ZOSILŇOVAČOV


       V predchádzajúcej podtéme sme hovorili o príčinách, prečo u zosilňovacích súčiastok, tranzistorov, sa zhoršuje schopnosť zosilňovať signály s vysokými frekvenciami. Je prirodzené, že aj napriek týmto skutočnostiam musíme zosilňovať signály s vysokými frekvenciami. Je viacero spôsobov , ako obmedziť vplyv týchto nepriaznivých skutočností na prenosové vlastnosti vysokofrekvenčného zosilňovača. My si spomenieme len niektoré z nich, ktoré sú v praxi najviac používané.

       U viacstupňového zosilňovača schopnosť zosilňovať vysoké frekvencie je obmedzená prítomnosťou výstupnej parazitnej kapacity prvého stupňa a vstupnej parazitnej kapacity nasledujúceho stupňa. Ako už bolo v predchádzajúcej podtéme spomenuté, tieto kapacity spolu s výstupným odporom prvého stupňa a vstupným odporom nasledujúceho stupňa tvoria integračný článok, ktorý spôsobuje pokles zosilnenia zosilňovača na vysokých frekvenciách. Tento pokles sa kompenzuje sériovým kompenzačným obvodom alebo paralelným kompenzačným obvodom alebo ich kombináciou.

Paralelná kompenzácia  je založená na zapojení cievky  Lp  do série s rezistorom  RK1  tak, ako je to zakreslené na obrázku 4.

Paralelná kompenzácia šírky prenášaného pásma vf zosilňovača

Obr. 4.  Paralelná kompenzácia šírky pásma vf zosilňovača cievkou LP

 Parazitnú kapacitu  CP  tu predstavujú kondenzátory  CP1  a  CP2.  Teda :     CP = CP1 + CP2

Kondenzátor  CV  je väzbový kondenzátor medzi stupňami a platí :      CV >> CP

Pre rezonančnú frekvenciu  f0  a  kvalitu obvodu  Q  platí :               

       Indukčnosť kompenzačnej cievky  LP  sa volí tak, aby s parazitnými kapacitami tvorila paralelný rezonančný obvod s plochou krivkou selektivity, s rezonančným kmitočetom  f0  v oblasti horného medzného kmitočtu zosilňovača. Pri vyšších frekvenciách vzniká rezonancia, čím vznikne napäťové prevýšenie na  LP CP , čo sa prejaví zväčšením zosilnenia v hornej časti prenášaného pásma, ako to vidno na obrázku 5.

Graf účinku frekvenčnej kompenzácie

Obr. 5.  Princíp frekvenčnej kompenzácie na zväčšenie šírky prenášaného pásma frekvencií vf zosilňovača

Krivka 3 predstavuje pôvodnú AF charakteristiku zosilňovača bez kompenzácie
Krivka 1 predstavuje AF charakteristiku kompenzačného obvodu s  LP CP
Krivka 2 predstavuje AF charakteristiku zosilňovača s kompenzáciou

        Pre čo najrovnejšiu  AF charakteristiku s kompenzáciou je potrebné, aby nárast prevýšenia krivky selektivity kompenzačného obvodu (krivka 1) bol úmerný útlmu pôvodnej  AF charakteristiky bez kompenzácie (krivka 3), pre tú ktorú frekvenciu v oblasti vysokých frekvencií. Ináč povedané, ak pôvodná  AF charakteristika má na určitej vysokej frekvencii  f  útlm napríklad  -1 dB,  potom krivka selektivity kompenzačného paralelného rezonančného obvodu  LP CP  musí pri danej frekvencii  f  vykazovať nárast  +1 dB.
       Pri správne navrhnutej paralelnej kompenzácii sa dá dosiahnuť zväčšenie šírky prenášaného pásma vf zosilňovača o 72 % oproti šírke pásma bez kompenzácie.


Sériová kompenzácia  je založená na zapojení kompenzačnej indukčnosti  LS  do série s parazitnými kapacitami, ktoré treba kompenzovať. Zapojenie je na obrázku 6.

Sériová kompenzácia šírky prenášaného pásma vf zosilňovača

Obr. 6.  Sériová kompenzácia šírky pásma vf zosilňovača cievkou LS

 Parazitnú kapacitu  CP  tu predstavujú kondenzátory  CP1  a  CP2.  Teda :    

Kondenzátor  CV  je väzobný kondenzátor medzi stupňami a platí :      CV >> CP

Pre rezonančnú frekvenciu  f0  a  kvalitu obvodu  Q  platí :               

       Indukčnosť  LS  je volená tak, aby pre vysoké frekvencie tvorila s  CP  sériový rezonančný obvod s plochou krivkou selektivity ( nastavuje sa rezistorom  RS.) Keď sa frekvencia prenášaného signálu blíži k rezonančnej frekvencii tohoto obvodu, začína sa jeho impedancia zmenšovať, prúd kompenzačným obvodom narastá a na kapacite  CP2  ( je súčasť parazitnej kapacity  CP ) sa začne výstupné napätie  u2 zväčšovať ( je tu využitá základná vlastnosť sériového rezonančného obvodu.) V konečnom dôsledku sa týmto spôsobom zabezpečí zväčšenie zosilnenia zosilňovača v požadovanej oblasti prenášaného frekvenčného pásma.

       Podobne ako pri paralelnej kompenzácii, aj tu musí byť splnená požiadavka vzťahu medzi pôvodnou  AF charakteristikou zosilňovača bez kompenzácie a krivkou selektivity kompenzačného obvodu pre dosiahnutie čo najrovnejšej  AF charakteristiky s kompenzáciou. Pri správne navrhnutom kompenzačnom obvode sa dá dosiahnuť až dvojnásobná šírka prenášaného pásma kompenzovaného zosilňovača oproti šírke pásma nekompenzovaného zosilňovača.


Sériovo-paralelná kompenzácia  sa používa veľmi často v obvodoch obrazových zosilňovačov. Ako už názov napovedá, ide o kombináciu sériovej a paralelnej kompenzácie. Situácia je zobrazená na obrázku 7.

Paralelno-sériová kompenzácia šírky pásma vf zosilňovača

Obr. 7.  Sériovo-paralelná kompenzácia šírky prenášaného pásma vf zosilňovača

       Pri maximálne plochej  AF charakteristike sa šírka prenášaného pásma kompenzovaného zosilňovača v porovnaní s nekompenzovaným zosilňovačom rozšíri 2,9-krát.


Kompenzácia pre nízke frekvencie

       Širokopásmové zosilňovače musia prenášať dobre frekvencie vysoké, ale aj nízke. Na nízkych kmitočtoch dochádza k poklesu zosilnenia jednak vplyvom väzobného kondenzátora  CV , ktorý so vstupným odporom tranzistora  T2  tvorí derivačný článok a tiež vplyvom rezistora RE , ktorý nie je pre nízke kmitočty skratovaný kondenzátorom CE  ( reaktancia kondenzátora so zmenšujúcim sa kmitočtom narastá.) Výsledná impedancia  ZE  paralelnej kombinácie  RE//CE  narastá a tým klesá zosilnenie zosilňovača na nízkych kmitočtoch.

Platí známy vzťah:      

       Pre dosiahnutie rovnej  AF charakteristiky v oblasti nízkych frekvencií je vhodné, aby sa činiteľ v hore uvedenom vzťahu so znižujúcim sa kmitočtom zväčšoval. To sa dá dosiahnuť zapojením kompenzačného obvodu podľa obrázka 8.

Kompenzácia pre nf signály

Obr. 8.  Kompenzačný obvod pre zlepšenie prenosu nízkych frekvencií u vf zosilňovačov

       Základnou požiadavkou je, aby reaktancia filtračného kondenzátora  Cf  predstavovala pre stredné a vysoké frekvencie skrat, teda odpor rezistora  Rf  sa neuplatní a pre nízke frekvencie bola omnoho väčšia ako je hodnota odporu rezistora  Rf.  Z povedaného vyplýva, že pre stredné a vysoké frekvencie pracuje stupeň s tranzistorom T1  s maximálnym zosilnením  Au ,  ktoré je ovplyvnené len odporom rezistora  RK  (rezistor  RE  je skratovaný kondenzátorom  CE.)  Pre nízke frekvencie, teda pre  f < fd  sa reaktancie kondenzátorov CE  a  Cf  začnú zvyšovať, čím sa začnú zvyšovať aj impedancie ZE  a  Zf , teda odpor rezistora Rf  sa už začne uplatňovať a výsledný vzťah pre výpočet napäťového zosilnenia nadobudne tvar :

pričom
a

       Impedancie  Zf  a  ZE  sú frekvenčne závislé a so znižujúcim sa kmitočtom ich veľkosť narastá. Pri vhodnej voľbe časovej konštanty  tf = Rf.Cf  k časovej konštante  tE = CE.RE  emitorového obvodu dosiahneme, že napäťové zosilnenie  Au  ostáva skoro nemenné pri znižovaní frekvencie vstupného signálu. Frekvencia  fd  je dolná medzná frekvencia člena  Rf Cf  a je určená vzťahom :

       Zlepšiť prenosové vlastnosti vf zosilňovača v oblasti vysokých frekvencií je okrem vyššie spomínaných spôsobov možné aj špeciálnym zapojením zosilňovacích súčiastok. Jedným z možných zapojení je zapojenie zosilňovacích súčiastok do "kaskódy". O tomto type vf zosilňovačov budeme hovoriť v nasledujúcej podtéme.




Vysokofrekvenčné zosilňovače - všeobecná charakteristikaKaskódové vysokofrekvenčné zosilňovače



!!!   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