Analógové spracovanie signálov - zosilňovače

Zosilňovač je elektronické zariadenie, ktoré je schopné transformáciou elektrickej energie z vonkajšieho napájacieho zdroja meniť parametre vstupného signálu. Z hľadiska elektroniky býva považovaný za aktívny dvojbran (nelineárny), ktorý je tvorený zosilovacím prvkom a pomocnými obvodmi zaisťujúcimi nastavenie a stabilizáciu pracovného bodu.

Obvykle zosilňovač slúži predovšetkým k zosilneniu amplitúdy signálu, alebo jeho úrovne na požadovanú hodnotu. Používa se ale i v zapojeniach, kde je potreba zmeniť tvar signálu a iných.

Rozdelenie zosilňovačov

Zosilňovače môžeme deliť podľa konštrukcie, zosilňovacieho média, podľa veľkosti budiaceho signálu, podľa typu budiaceho signálu alebo napríklad podľa triedy zapojenia. Obvykle udávanými parametrami sú u nich zisk, šírka zosilovaného pásma a skreslenie.

Často býva v zariadeniach použitá kombinácia zosilňovačov ktoré signál upravujú postupne – najprv je zosilnený predzosilovačom, potom zosilňovačem (ktorý by ale s nepredzosilneným signálom nebol schopný pracovať) a nakoniec výkonový zosilňovač.

Podľa použitých aktívnych súčiastok

• elektrónkové zosilňovače
• tranzistorové zosilňovače
• zosilňovače s integrovanými obvodmi
• zosilňovače s inými súčiastkami (výbojky, relé, optoelektrické prvky … )

Podľa druhu a kmitočtu vstupného signálu

• nízkofrekvenčné (20Hz-20Khz. Použitie v elektroakustických zariadeniach)
• vysokofrekvenčné (20Khz a viac. K bezdrôtovému prenosu správ )
• impulzové (Používa se tam kde se pracuje s impulzmi …. Televízna technika, PC, rádiolokácia)
• jednosmerné (podstatná súčást meracích a regulačných zariadení, analógových PC atp.)
• mikrovlnné
• operačné

Podľa veľkosti vstupného (budiaceho) signálu

• predzosilovače - zosilujú signály malej úrovne
• výkonové zosilňovače – zosilují signály z predzosilovačov na požadovaný výkon

Podľa počtu stupňov

• jednostupňové
• viacstupňové

Podľa šírky přenášaného (zosilovaného) kmitočtového pásma

• úzkopásmové
• širokopásmové

Podľa väzby medzi zosilovacími stupňami

• s väzbou RC (kapacitná väzba) – patrí medzi najpoužívanejšie väzby.
• s transformátorovou väzbou
• s priamou väzbou

Podľa polohy kľudového pracovného bodu

• Trieda A - Triedou A rozumieme nejjednoduchšie riešenie, v ktorom výstupné tranzistory vedú (tj. nebudú celkom uzavrené) bez ohľadu na časový priebeh výstupného signálu. V tejto súvislosti potom hovoríme o vysokej linearite, ale malej účinnosti.

• Trieda B - U zosilňovačov, pracujúcich v triede B, vedú výstupné tranzistory len v rámci jednej polperiody (180 °) časového priebehu vstupného signálu. Inými slovami, k zosilneniu celého signálu budeme potrebovať dva prvky, jeden spracuje kladné výstupné úrovne a druhý tie zostávajúce – záporné. Trieda B síce vykazuje v zrovnaní s predchádzajúcim prípadom oveľa väčšiu účinnosť, trpí však zásadným prechodovým skreslením v oblasti, kde výstupný signál prechádza nulou.

• Trieda AB - Spojením toho najlepšieho z tried A a B vznikne trieda AB, ktorú charakterizujeme väčšou účinnosťou (v zrovnaní s triedou A) a menším skreslením (keď zrovnáme s triedou B). Za všetko môže jednoduchý posun pracovného bodu oboch tranzistorov tak, aby viedli aj v oblasti minimálnych amplitúd, kde inak východzia trieda B vykazuje nepríjemné nelinearity. V praxi to potom znamená aktivitu oboch tranzistorov i v prípadě malých signálov (trieda A). Väčšie amplitúdy sú potom spracované tak ako v triede B, pričom pre každú polperiódu je opět aktivovaný len jeden tranzistor.

• Třída D - Zesilovače třídy D produkují pulsně zpracovaný signál s kmitočtem, výrazně přesahujícím nejvyšší složky, které ještě potřebujeme reprodukovat. Odezva výstupního, dolnopropustného filtru pak odpovídá přivedenému vstupnímu signálu. Základní výhodou celé struktury je vysoká účinnost, která často přesáhne i 90 %, protože výstupní tranzistory jsou během své činnosti buď zcela sepnuty nebo úplně deaktivovány. Tímto způsobem naprosto vyloučíme účast lineární oblasti daného tranzistoru, která je příčinou neúčinnosti zbylých metod. Moderní zesilovače třídy D přitom v otázce věrné reprodukce dosahují výsledků srovnatelných s třídou AB.

• Třída G - Třída G se velmi podobá zesilovacím strukturám třídy AB, snad jen s tím rozdílem, že s radostí využije dvě nebo i více napájecích hladin. Pokud potřebujeme zpracovat malé signálové úrovně, zesilovač zvolí nižší napájení. Porostou – li amplitudy, pomůže si celá struktura vyšší hladinou napájecího napětí. Zesilovače třídy G tak mohou ve srovnání s třídou AB promrhat méně drahocenné energie, protože maximální velikost napájecího napětí využijí jen v případě skutečné potřeby, zatímco zesilovače třídy AB poběží z plného napájení neustále.

• Třída H - Zesilovače třídy H regulují své napájecí napětí s cílem minimalizovat napěťové úbytky na koncovém stupni. Praktické provedení pak zahrnuje větší počet diskrétních úrovní nebo dokonce plynule nastavitelnou velikost napájecího napětí. Ačkoli se na první pohled může velmi podobat způsobu, kterým snižuje výkonové ztráty třída G, nebudeme v případě třídy H nutně vyžadovat více napájecích zdrojů. Tento přístup je při obecném srovnání s jinými návrhy komplexnější, protože vyžaduje speciální struktury, kterými zajistí předvídatelnost změn i následné řízení napájení.