Orbis pictus21. století

Tato prezentace byla vytvořenav rámci projektu

Vysokofrekvenční Vysokofrekvenční zesilovačezesilovače

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

Vysokofrekvenční zesilovačeVysokofrekvenční zesilovače

Vysokofrekvenční zesilovače zesilují elektrické signály Vysokofrekvenční zesilovače zesilují elektrické signály s frekvencí vyšší než 20 kHz jen v určitém, přesně stanoveném s frekvencí vyšší než 20 kHz jen v určitém, přesně stanoveném frekvenčním pásmu. frekvenčním pásmu.

Signály s frekvencemi mimo toto pásmo jsou potlačeny, to Signály s frekvencemi mimo toto pásmo jsou potlačeny, to znamená, že tyto zesilovače mají výraznou kmitočtovou znamená, že tyto zesilovače mají výraznou kmitočtovou selektivitu, neboř jsou většinou určeny jen pro zesilování selektivitu, neboř jsou většinou určeny jen pro zesilování signálů v určitém kmitočtovém pásmu.signálů v určitém kmitočtovém pásmu.

Vysokofrekvenční zesilovačeVysokofrekvenční zesilovače

Podle šířky přenášeného kmitočtového pásma je rozdělujeme Podle šířky přenášeného kmitočtového pásma je rozdělujeme na:na:

Úzkopásmové (selektivní) Úzkopásmové (selektivní) – u kterých je poměr šířky pásma B – u kterých je poměr šířky pásma B ke středovému kmitočtu fke středovému kmitočtu fss roven B/f roven B/fss < 0,1 f < 0,1 fss

Širokopásmové (obrazové) Širokopásmové (obrazové) – u kterých je šířka kmitočtového – u kterých je šířka kmitočtového pásma B > 0,1 fpásma B > 0,1 fss (např. mezifrekvenční zesilovač u televizoru (např. mezifrekvenční zesilovač u televizoru

B = 31 až 37 MHz).B = 31 až 37 MHz).

Vysokofrekvenční zesilovačeVysokofrekvenční zesilovače

Jako zesilovací prvky se ve vf zesilovačích používají:Jako zesilovací prvky se ve vf zesilovačích používají: tranzistorytranzistory – od nejnižších kmitočtů až po kmitočty řádu – od nejnižších kmitočtů až po kmitočty řádu

několika desítek GHz.. Bipolární tranzistory se používají po několika desítek GHz.. Bipolární tranzistory se používají po kmitočty okolo 10 GHz, unipolární tranzistory JFET nebo kmitočty okolo 10 GHz, unipolární tranzistory JFET nebo MOSFET po kmitočty kolem 1 GHz. Speciální unipolární MOSFET po kmitočty kolem 1 GHz. Speciální unipolární tranzistory s Schottkyho hradlem MESFET umožňují použití tranzistory s Schottkyho hradlem MESFET umožňují použití až po kmitočty kolem 12 GHz. Nejmodernější unipolární až po kmitočty kolem 12 GHz. Nejmodernější unipolární mikrovlnné tranzistory HEMT umožňují použití až do mikrovlnné tranzistory HEMT umožňují použití až do kmitočtů téměř 100 GHz.kmitočtů téměř 100 GHz.

vakuové elektronkyvakuové elektronky – oblast velmi velkých – oblast velmi velkých vysokofrekvenčních výkonů (televizní vysílače)vysokofrekvenčních výkonů (televizní vysílače)

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Zesilují pouze signály rozložené v určitém frekvenčním Zesilují pouze signály rozložené v určitém frekvenčním pásmu. pásmu.

Pro šířku tohoto pásma je rozhodující poměr šířky Pro šířku tohoto pásma je rozhodující poměr šířky přenášeného kmitočtového pásma ke střední frekvenci, tzv. přenášeného kmitočtového pásma ke střední frekvenci, tzv. relativní šířka pásma. relativní šířka pásma.

Je-li fJe-li fdd dolní mezní frekvence oblasti a f dolní mezní frekvence oblasti a fhh hoirní mezní hoirní mezní

frekvence oblasti ve které chceme zesilovat, platí pro šířku frekvence oblasti ve které chceme zesilovat, platí pro šířku přenášeného pásma:přenášeného pásma:

dh ffB

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Střední frekvence přenášené kmitočtové oblasti je:Střední frekvence přenášené kmitočtové oblasti je:

Relativní šířka pásma je:Relativní šířka pásma je:

Tyto zesilovače mají místo odporů jako zátěže v kolektorovém Tyto zesilovače mají místo odporů jako zátěže v kolektorovém obvodu zapojen rezonanční obvod LC, jehož rezonanční obvodu zapojen rezonanční obvod LC, jehož rezonanční frekvence je naladěna na střed přenášeného pásma.frekvence je naladěna na střed přenášeného pásma.

Proto se tyto zesilovače nazývají Proto se tyto zesilovače nazývají laděnéladěné nebo nebo selektivníselektivní..

)(2

1dhs fff

sf

Bx

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Obr. 1 Vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchým laděným obvodem

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Na obr. 1a) je vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchým Na obr. 1a) je vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchým laděným obvodem. laděným obvodem.

Zesílení tohoto zesilovače je maximální při rezonanční Zesílení tohoto zesilovače je maximální při rezonanční frekvenci paralelního laděného obvodu. frekvenci paralelního laděného obvodu. Toto zesílení se Toto zesílení se zmenšuje se změnou frekvence zesilovaného signálu – viz zmenšuje se změnou frekvence zesilovaného signálu – viz frekvenční charakteristika vf zesilovače na obr. 1b).frekvenční charakteristika vf zesilovače na obr. 1b).

Ideální průběh frekvenční charakteristiky by byl obdélníkový, Ideální průběh frekvenční charakteristiky by byl obdélníkový, zesilovačem by neprocházely signály nenáležející zesilovačem by neprocházely signály nenáležející zesilovanému pásmu. zesilovanému pásmu.

Ve skutečnosti však průběh frekvenční charakteristiky Ve skutečnosti však průběh frekvenční charakteristiky obdélníkový není.obdélníkový není.

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Výhodnější průběhy frekvenční charakteristiky lze dosáhnout, Výhodnější průběhy frekvenční charakteristiky lze dosáhnout, jestliže se místo jednoduchého laděného obvodu použijí dva jestliže se místo jednoduchého laděného obvodu použijí dva vázané laděné obvody a signál se odebírá z druhého obvodu vázané laděné obvody a signál se odebírá z druhého obvodu (obr.2). (obr.2).

Místo vázaných laděných obvodů se mnohdy používají různé Místo vázaných laděných obvodů se mnohdy používají různé pásmové propusti.pásmové propusti.

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Obr. 2 Vysokofrekvenční zesilovač s vázanými laděnými obvody

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

V dnešní době se často setkáváme se zesilovači s unipolárními V dnešní době se často setkáváme se zesilovači s unipolárními tranzistory. tranzistory.

Jako příklad je uveden úzkopásmový zesilovač Jako příklad je uveden úzkopásmový zesilovač s dvojhradlovým tranzistoremMOSFET (obr.3). s dvojhradlovým tranzistoremMOSFET (obr.3).

Selektivita je zde zajištěna jednoduchými rezonančními Selektivita je zde zajištěna jednoduchými rezonančními obvody. obvody.

Zesilovače tohoto typu jsou často využívány jako vstupní Zesilovače tohoto typu jsou často využívány jako vstupní zesilovače v ladících dílech televizních přijímačů, zesilovače v ladících dílech televizních přijímačů, v mezifrekvenčních zesilovačích přijímačů družicové televize v mezifrekvenčních zesilovačích přijímačů družicové televize apod.apod.

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Obr. 3 Úzkopásmový vf zesilovač s dvojhradlovým tranzistorem MOSFET

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

I zde se však začínají více prosazovat vysokofrekvenční I zde se však začínají více prosazovat vysokofrekvenční zesilovače s monolitickými obvody. Nejprve se jednalo o zesilovače s monolitickými obvody. Nejprve se jednalo o křemíkové monolitické obvody, které se používaly do křemíkové monolitické obvody, které se používaly do kmitočtu 1 GHz. kmitočtu 1 GHz.

V současné době se používají obvody na bázi SiGe až do V současné době se používají obvody na bázi SiGe až do kmitočtů okolo 5 GHz a na bázi GaAs a ty jsou použitelné až kmitočtů okolo 5 GHz a na bázi GaAs a ty jsou použitelné až do kmitočtů několika desítek GHz. do kmitočtů několika desítek GHz.

Tyto zesilovače jsou funkčně rovnocenné konvenčním Tyto zesilovače jsou funkčně rovnocenné konvenčním obvodům. obvodům.

Mají však větší spolehlivost, menší rozměry a hmotnost, nižší Mají však větší spolehlivost, menší rozměry a hmotnost, nižší cenu apod.cenu apod.

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové 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 zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Úzkopásmové rezonanční zesilovače se často realizují jako Úzkopásmové rezonanční zesilovače se často realizují jako přeladitelné. přeladitelné.

K naladění rezonančního obvodu LC se používá ladící K naladění rezonančního obvodu LC se používá ladící kondenzátor. Ten může být buď mechanický anebo kondenzátor. Ten může být buď mechanický anebo elektronický. elektronický.

V moderních zařízeních se používají V moderních zařízeních se používají kapacitní diody řízené kapacitní diody řízené napětím – varikapynapětím – varikapy, ty mají některé výhody jako např. menší , ty mají některé výhody jako např. menší rozměry, větší spolehlivost, možnost snadného dálkového rozměry, větší spolehlivost, možnost snadného dálkového ovládání kapacity a slučitelnost s perspektivními soustavami ovládání kapacity a slučitelnost s perspektivními soustavami číslicového ladění. číslicového ladění.

Příklad zapojení takového přeladitelného zesilovače je uveden Příklad zapojení takového přeladitelného zesilovače je uveden na obr. 5.na obr. 5.

Úzkopásmové vf zesilovačeÚzkopásmové vf zesilovače

Obr. 5. a) přeladitelný úzkopásmový vysokofrekvenční zesilovačb) jednoduchý rezonanční obvod s varikapem

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Ing. Ladislav JančaříkIng. Ladislav Jančařík

LiteraturaLiteratura

J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989SNTL Praha 1989

M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002