Tato prezentace byla vytvořena

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

Vysokofrekvenční a širokopásmové zesilovače
OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-013

Vysokofrekvenční zesilovače
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.

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

Jako zesilovací prvky se zde 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 vysokofrekvenční 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 fd dolní mezní frekvence oblasti a fh horní mezní frekvence oblasti ve které chceme zesilovat, platí pro šířku přenášeného pásma: Střední frekvence této oblasti je: a 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

Obr. 1 Vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchým laděným obvodem

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. 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.

Obr. 2 Vysokofrekvenční zesilovač s vázanými laděnými obvody

V dnešní době se často setkáváme se zesilovači s unipolárními tranzistory. Jako příklad je uveden úzkopásmový zesilovač s dvojhradlovým tranzistorem MOSFET (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.

Obr. 3 Úzkopásmový vf zesilovač s dvojhradlovým tranzistorem MOSFET

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 zesilivače jsou funkčně rovnocenné konvenčním obvodům. Mají však větší spolehlivost, menší rozměry a hmotnost, nižší cenu apod. 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 zesilovač

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.

Obr. 5. a) přeladitelný úzkopásmový vysoko frekvenční zesilovač b) jednoduchý rezonanční obvod s varikapem

Širokopásmové vysokofrekvenční zesilovače
Širokopásmové zesilovače jsou takové, u kterých je šířka pásma zesilovacích frekvencí podstatně větší než u běžných zesilovačů (řádově MHz). Používají se v měřící technice, např. v osciloskopech, v televizní technice jako obrazové zesilovače se šířkou pásma 6 MHz, v přijímačích radiolokátorů apod. Rozdělují se na širokopásmové zesilovače: s nosnou frekvencí, bez nosné frekvence.

Širokopásmové zesilovače s nosnou frekvencí
Nejjednodušší provedení představuje vícestupňový vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchými laděnými obvody mezi stupni. Všechny laděné obvody jsou nastaveny na stejnou frekvenci a nazývají se také souběžně (synchronně) laděné. Šířka pásma se dosáhne tlumením laděných obvodů přídavnými tlumícími rezistory. Počet stupňů zesilovače je určován požadovaným zesílením zesilovače.

Jejich nevýhodou je zmenšování šířky pásma se zvětšováním počtu zesilovacích stupňů a poměrně malá dosažitelná šířka pásma (asi 1 MHz). Výhodou je jednoduché nastavování a konstrukce.

Šířku pásma je možné zvětšit tak, že podle určitého pravidla naladíme obvody jednotlivých zesilovacích stupňů na různé frekvence, vzhledem ke středu pásma. Takový širokopásmový zesilovač se nazývá rozloženě laděný.

Širokopásmové zesilovače bez nosné frekvence
Tento druh zesilovače má rovnoměrně zesilovat signály o frekvenci několik Hz až několik MHz. Nejčastěji se používají pro zesílení obrazového signálu v televizní technice, proto se také nazývají obrazové (video) zesilovače.

Základní zapojení širokopásmového zesilovače bez nosné frekvence představuje zesilovač s vazbou se členy RC. Takový zesilovač rovnoměrně zesiluje obrazové signály v dosti širokém frekvenčním pásmu. Průběh amplitudové frekvenční charakteristiky lze ovlivnit korekčními obvody (obr.6) u nichž se využívá laděných obvodů řazených do cesty signálu buď paralelně nebo sériově.

Obr.6. Širokopásmový zesilovač bez nosné frekvence.

Současné širokopásmové zesilovače jsou určené pro vysokofrekvenční a mikrovlnnou oblast řádově desítek GHz. Bývají často koncipovány jako kaskády tranzistorů, mezi nimiž jsou zařazeny reaktanční vazební obvody.

Jedno z nejpoužívanějších zapojení je na obr. 7. Aktivními prvky jsou zde vysokofrekvenční dvojhradlové tranzistory MOSFET. Zátěž tranzistorů je tvořena jednoduchými rezonančními obvody LC, které mají rozdílné činitele jakosti Q1, Q2, Q3 a rozdílné rezonanční kmitočty f1, f2, f3. a proto se toto zapojení označuje jako rozloženě laděný zesilovač.

Tyto zesilovače se používají jako: mezifrekvenční zesilovače běžných televizních přijímačů, první mezifrekvenční zesilovače přijímačů družicové televize, předzesilovače širokopásmových osciloskopů, čítačů a dalších elektronických měřících přístrojů.

Obr. 7. a) rozloženě laděný širokopásmový zesilovač b) amplitudová kmitočtová charakteristika širokopásmového zesilovače

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

Tato prezentace byla vytvořena

Podobné prezentace

Prezentace na téma: "Tato prezentace byla vytvořena"— Transkript prezentace:

Podobné prezentace

O projektu

Kontaktní formulář

Přihlásit se

Přihlásit se přes sociální síť:

Tato prezentace byla vytvořena

Podobné prezentace

Prezentace na téma: "Tato prezentace byla vytvořena"— Transkript prezentace:

Podobné prezentace

O projektu

Kontaktní formulář