ZOSILŇOVAČE - HLAVNÉ TECHNICKÉ VLASTNOSTI



       Pre posudzovanie kvality zosilňovača sú dôležité jeho určité technické vlastnosti , v technickej praxi označované ako "Technické parametre zosilňovača". Takýchto kvalitatívnych vlastností je veľké množstvo a mnohé sú viazané na špecifickú oblasť využitia zosilňovača. No existuje niekoľko technických vlastností, ktoré sú dôležité pre kvalitu zosilňovača bez ohľadu na oblasť jeho použitia.  Sú to tieto vlastnosti (parametre):


Zosilnenie  A : - je definované ako pomer výstupnej veličiny k zodpovedajúcej vstupnej veličine.
       Ide o známy parameter popisujúci prenosové vlastnosti dvojbrán a vzhľadom nato, že prenos je vždy väčší ako 1, teda  A > 1, označujeme tento prenos pojmom "zosilnenie".  Poznáme tri základné zosilnenia :

- napäťové   - prúdové   - výkonové
Zosilnenie napäťové zosilňovača   [-]   Zosilnenie prúdové zosilňovača   [-]   Zosilnenie výkonové zosilňovača   [-]

       Vo všeobecnosti pre striedavé signály ide o komplexné čísla, pretože v zosilňovači sa vždy nachádzajú nejaké reaktancie, napr.: väzobné kondenzátory alebo parazitné kapacity. Preto je veľkosť zosilnenia pre striedavé signály závislá od frekvencie vstupného signálu a nie od veľkosti jeho amplitúdy.

Zosilnenie vyjadrené v dB označujeme ako zisk a  zosilňovača. (v anglickej literatúre označované G.)

Zisk napäťový zosilňovača   [dB]   Zisk prúdový zosilňovača   [dB]   Zisk výkonový zosilňovača   [dB]
Dynamický rozsah D : -

je daný pomerom najväčšieho k najmenšiemu signálu na vstupe zosilňovača, ktorý je zosilňovač schopný preniesť pri definovanom výstupnom výkone a skreslení.
       Úzko súvisí s amplitúdovou charakteristikou. Dynamický rozsah zosilňovača vieme v absolútnom vyjadrení a v pomernom, decibelovom vyjadrení vyhodnotiť z nasledujúcich vzťahov :

Vyčíslenie dynamického rozsahu zosilňovača v absolútnom čísle   [-]    Vyčíslenie dynamického rozsahu zosilňovača v pomernom čísle - v dB   [dB]
Amplitúdová charakteristika : - je grafické znázornenie závislosti amplitúdy výstupného napätia U2 od amplitúdy U1 vstupného signálu pre určitú konštantnú frekvenciu  f  vstupného signálu .
       Graficky je možné túto skutočnosť zakresliť nasledovne :
Amplitúdová charakteristika zosilňovača

Obr. 9.  Amplitúdová charakteristika zosilňovača 

       Ako z obrázku vidno, výstupné napätie  U2 má vždy určitú počiatočnú hodnotu rovnú šumovému napätiu  Ušum, aj keď na vstupe nie je žiadne napätie  U1. Toto napätie je dané vlastným hlukovým napätím (brumom) a šumom použitých zosilňovacích súčiastok. Od napätia  U1min  po  U1max je charakteristika lineárna. V tejto časti má zosilňovač svoje najširšie použitie. Nad úrovňou  U1max sa charakteristika zakrivuje vplyvom konečného napájacieho napätia  Ucc. Rozkmit výstupného napätia  U2 nemôže byť väčší než napätie napájania  Ucc, pokiaľ nie je použitý na väzbu medzi zosilňovačom a záťažou transformátor.
       V technickej praxi sa táto charakteristika označuje pojmom "Prevodová charakteristika zosilňovača"  (alebo tiež iného elektronického obvodu.)  Táto charakteristika môže byť realizovaná aj pre jednosmerný signál, teda pre f = 0 Hz , napr. u jednosmerných zosilňovačov.

Vstupná impedancia Zvst : -

je daná pomerom napätia U1 medzi vstupnými svorkami zosilňovača a prúdom I1 vtekajúcim do vstupných svoriek zosilňovača.
       Vo všeobecnosti je vstupná impedancia komplexné číslo, teda má svoju reálnu a imaginárnu časť, vplyvom prítomnosti reaktančných prvkov vo vstupnom obvode. Vstupná impedancia nezávisí od veľkosti budiaceho signálu, ale závisí od jeho frekvencie.

Výpočet vstupnej impedancie zosilňovača   [W]
Znázornenie obvodových veličín pre výpočet vstupnej a výstupnej impedancie zosilňovača

Obr. 10.  Znázornenie vstupnej a výstupnej impedancie zosilňovača a obvodových veličín 
Výstupná impedancia Zvýst : -

je daná pomerom napätia U20 medzi výstupnými svorkami zosilňovača pri odpojenej záťaži (naprázdno) a výstupného prúdu I2k , ktorý je výstupný obvod zosilňovača schopný dodať pri skratovaných výstupných svorkách.
       Podobne ako vstupná impedancia, aj výstupná impedancia je vo všeobecnosti komplexné číslo, teda má svoju reálnu a imaginárnu časť a taktiež nezávisí od veľkosti výstupného signálu, ale od jeho frekvencie.

Výpočet výstupnej impedancie zosilňovača   [W]
Výstupný výkon P2ef : - sa udáva ako maximálny efektívny výkon na výstupných svorkách zosilňovača pri definovanom skreslení, frekvencii, tvare signálu a záťaži.
       Pri činnej záťaží je výstupný výkon daný vzťahom :
Výpočet výstupného efektívneho výkonu zosilňovača   [W]
Účinnosť h : -

je pomer výstupného efektívneho výkonu P2ef  na výstupných svorkách zosilňovača k jednosmernému príkonu P0  zosilňovača odoberaného z napájacieho zdroja UCC.
       Účinnosť vypočítame zo vzťahu :

Výpočet účinnosti zosilňovača   [%]

       Účinnosť je jeden z najdôležitejších parametrov najmä u zosilňovačov veľkého výkonu.

Citlivosť : -

sa udáva veľkosťou menovitého napätia na vstupe zosilňovača, ktorým na výstupe dosiahneme požadovaný výkon (poprípade veľkosť výstupného napätia pre predzosilňovacie stupne) pre určité skreslenie, záťaž, frekvenciu a tvar vstupného signálu.

Pásmo priepustnosti B-3 (šírka prenášaného frekvenčného pásma) : -

je pásmo frekvencií vstupných signálov, pri ktorých je zosilnenie zosilňovača v daných technických podmienkach.
       Graficky je možné túto skutočnosť zakresliť v podobe "Amplitúdovo-frekvenčnej (AF) charakteristiky" nasledovne :

Grafické znázornenie pásma priepustnosti zosilňovača s medznými frekvenciami

Obr. 11.  Amplitúdovo-frekvenčná charakteristika zosilňovača 

       AF charakteristika je ohraničená hornou medznou frekvenciou  fh a dolnou medznou frekvenciou  fd.  Medzné frekvencie sú frekvencie, pri ktorých dochádza k poklesu zosilnenia  au  o 3dB voči referenčnej frekvencii f0.
       V technickej praxi sa táto charakteristika označuje pojmom "Prenosová charakteristika zosilňovača"  (alebo tiež iného frekvenčne závislého elektronického obvodu.)  U jednosmerných zosilňovačov môže byť medzi frekvencie vstupných signálov zahrnutý aj jednosmerný signál, teda signál s frekvenciou  f = 0 Hz , čo je zároveň aj dolnou medznou frekvenciou fd  jednosmerného zosilňovača.

Vlastné hlukové napätie : -

je určité malé napätie, ktoré je na výstupných svorkách zosilňovača aj keď na vstup neprivádzame žiadny signál.
       Vytvára nežiadúci hluk v pozadí užitočného signálu a znižuje tak citlivosť elektronckého zariadenia. Toto napätie je spôsobené zdrojmi hluku z okolia, ale aj z vnútra zariadenia a šumom a hlukom samotných súčiastok a zosilňovacích prvkov. Skladá sa :
- zo sieťového brumu z napájacieho zdroja
- z indukovaného napätia z blízkych zdrojov elektrických a elektromagnetických polí (transformátory, antény a pod)
- z teplotného šumu rezistorov;
- zo šumu zosilňovacích prvkov.
        Sieťový brum z napájacieho zdroja je môžné odstrániť dobrým filtrovaním jeho výstupného napätia, zamedziť vytváraniu zemných slučiek a zemnením celého zariadenia do jedného bodu (myslí sa tým elektrická zem elektroniky zariadenia.)  Zamedzenie indukovania rušivého napätia, či už v podobe brumu alebo šumu, z blízkych zdrojov elektromagnetických polí je možné zabezpečiť dobrým tienením citlivých častí elektronického zariadenia, alebo jeho umiestnením ako celku do kovovej skrinky. Šíreniu elektromagnetického poľa zo sieťového transformátora je možné jeho umiestnením do kovového krytu, najlepšie z mosadzného plechu. Tieto hlukové napätia zaraďujeme do skupiny nevlastných šumov.
       Ďalšie dve zložky hlukového napätia, teplotný šum rezistorov a šum zosilňovacích prvkov, patria do skupiny vlastných šumov.  Tieto sú prejavom štruktúry hmoty a ich zdrojmi sú všetky súčiastky používané v elektronike. Šumové napätie má všeobecne nesínusový charakter a jeho časový priebeh nie je periodický. Rušivý vplyv vlastných šumov je možné obmedziť voľbou súčiastok, vhodným obvodovým zapojením, vhodnou voľbou spracovania prenášaných signálov a pod. Problematike šumu, hlavne z hľadiska jeho pôvodu, sa budeme v menšom rozsahu venovať v samostatnej podtéme.

K základným technickým vlastnostnostiam zosilňovačov patrí ešte päť základných druhov skreslení. Skresleniu v zosilňovačoch je venovaná samostatná podkapitola.




Zosilňovače - základné pojmyZosilňovače - skreslenia



!!!   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