Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

Vysokofrekvenční zesilovače OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-039

 Vysokofrekvenční zesilovače zesilují elektrické signály s frekvencí vyšší než 20 kHz jen v určitém, přesně stanoveném frekvenčním pásmu.  Signály s frekvencemi mimo toto pásmo jsou potlačeny, to znamená, že tyto zesilovače mají výraznou kmitočtovou selektivitu, neboř jsou většinou určeny jen pro zesilování signálů v určitém kmitočtovém pásmu.

Vysokofrekvenční zesilovače  Podle šířky přenášeného kmitočtového pásma je rozdělujeme na:  Úzkopásmové (selektivní) – u kterých je poměr šířky pásma B ke středovému kmitočtu f s roven B/f s < 0,1 f s  Širokopásmové (obrazové) – u kterých je šířka kmitočtového pásma B > 0,1 f s (např. mezifrekvenční zesilovač u televizoru B = 31 až 37 MHz).

Vysokofrekvenční zesilovače  Jako zesilovací prvky se ve vf zesilovačích používají:  tranzistory – od nejnižších kmitočtů až po kmitočty řádu několika desítek GHz.. Bipolární tranzistory se používají po kmitočty okolo 10 GHz, unipolární tranzistory JFET nebo MOSFET po kmitočty kolem 1 GHz. Speciální unipolární tranzistory s Schottkyho hradlem MESFET umožňují použití až po kmitočty kolem 12 GHz. Nejmodernější unipolární mikrovlnné tranzistory HEMT umožňují použití až do kmitočtů téměř 100 GHz.  vakuové elektronky – oblast velmi velkých vysokofrekvenčních výkonů (televizní vysílače)

Úzkopásmové vf zesilovače  Zesilují pouze signály rozložené v určitém frekvenčním pásmu.  Pro šířku tohoto pásma je rozhodující poměr šířky přenášeného kmitočtového pásma ke střední frekvenci, tzv. relativní šířka pásma.  Je-li f d dolní mezní frekvence oblasti a f h hoirní mezní frekvence oblasti ve které chceme zesilovat, platí pro šířku přenášeného pásma:

Úzkopásmové vf zesilovače  Střední frekvence přenášené kmitočtové oblasti je:  Relativní šířka pásma je:  Tyto zesilovače mají místo odporů jako zátěže v kolektorovém obvodu zapojen rezonanční obvod LC, jehož rezonanční frekvence je naladěna na střed přenášeného pásma.  Proto se tyto zesilovače nazývají laděné nebo selektivní.

Úzkopásmové vf zesilovače Obr. 1 Vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchým laděným obvodem

Úzkopásmové vf zesilovače  Na obr. 1a) je vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchým laděným obvodem.  Zesílení tohoto zesilovače je maximální při rezonanční frekvenci paralelního laděného obvodu. Toto zesílení se zmenšuje se změnou frekvence zesilovaného signálu – viz frekvenční charakteristika vf zesilovače na obr. 1b).  Ideální průběh frekvenční charakteristiky by byl obdélníkový, zesilovačem by neprocházely signály nenáležející zesilovanému pásmu.  Ve skutečnosti však průběh frekvenční charakteristiky obdélníkový není.

Úzkopásmové vf zesilovače  Výhodnější průběhy frekvenční charakteristiky lze dosáhnout, jestliže se místo jednoduchého laděného obvodu použijí dva vázané laděné obvody a signál se odebírá z druhého obvodu (obr.2).  Místo vázaných laděných obvodů se mnohdy používají různé pásmové propusti.

Úzkopásmové vf zesilovače Obr. 2 Vysokofrekvenční zesilovač s vázanými laděnými obvody

Úzkopásmové vf zesilovače  V dnešní době se často setkáváme se zesilovači s unipolárními tranzistory.  Jako příklad je uveden úzkopásmový zesilovač s dvojhradlovým tranzistoremMOSFET (obr.3).  Selektivita je zde zajištěna jednoduchými rezonančními obvody.  Zesilovače tohoto typu jsou často využívány jako vstupní zesilovače v ladících dílech televizních přijímačů, v mezifrekvenčních zesilovačích přijímačů družicové televize apod.

Úzkopásmové vf zesilovače Obr. 3 Úzkopásmový vf zesilovač s dvojhradlovým tranzistorem MOSFET

Úzkopásmové vf zesilovače  I zde se však začínají více prosazovat vysokofrekvenční zesilovače s monolitickými obvody. Nejprve se jednalo o křemíkové monolitické obvody, které se používaly do kmitočtu 1 GHz.  V současné době se používají obvody na bázi SiGe až do kmitočtů okolo 5 GHz a na bázi GaAs a ty jsou použitelné až do kmitočtů několika desítek GHz.  Tyto zesilovače jsou funkčně rovnocenné konvenčním obvodům.  Mají však větší spolehlivost, menší rozměry a hmotnost, nižší cenu apod.

Úzkopásmové vf zesilovače ♦Jako příklad je uveden monolitický kaskádový zesilovač (obr.4). ♦Jedná se o velmi často používané zapojení monolitického obvodu. ♦ Kaskáda má velké výkonové zesílení, malý šum a dobrou stabilitu. Obr. 4. Monolitický kaskádový vf zesilovač

Úzkopásmové vf zesilovače  Úzkopásmové rezonanční zesilovače se často realizují jako přeladitelné.  K naladění rezonančního obvodu LC se používá ladící kondenzátor. Ten může být buď mechanický anebo elektronický.  V moderních zařízeních se používají kapacitní diody řízené napětím – varikapy, ty mají některé výhody jako např. menší rozměry, větší spolehlivost, možnost snadného dálkového ovládání kapacity a slučitelnost s perspektivními soustavami číslicového ladění.  Příklad zapojení takového přeladitelného zesilovače je uveden na obr. 5.

Úzkopásmové vf zesilovače Obr. 5. a) přeladitelný úzkopásmový vysokofrekvenční zesilovač b) jednoduchý rezonanční obvod s varikapem

 Děkuji za pozornost  Ing. Ladislav Jančařík

Literatura  J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989  M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002