Zesilovače - rozdělení, vlastnosti

Má-li zesilovač pracovat jako lineární čtyřpól, nesmí pracovní oblast na jeho amplitudové charakteristice vybočit z lineární oblasti.

Činitel napěťového zesílení - je bezrozměrné číslo. Někdy se označuje jako napěťové zesílení nebo napěťový přenos.

Zisk zesilovače je vyjádřením napěťového zesílení v dB, tedy . Stejně je definován proudový zesilovací činitel a proudový zisk a .

Mají-li vstupní a výstupní veličiny sinusový průběh, ale různou fázi, zavádí se pojem komplexní amplitudy střídavého napětí , čímž se oba údaje o napětí U i fázi ϕ vyjádří jednou komplexní veličinou. Potom činitel napěťového zesílení je dán .

Analogicky platí i pro proudový zesilovací činitel

Na základě Ohmova zákona lze proudy signálů vyjádřit odpovídajícími hodnotami napětí a impedancí a získat vztah mezi napěťovým a proudovým zesílením , kde Z1 je vstupní impedance a Z2 je výstupní impedance.

Výkonové zesílení se udává jako poměr činného výkonu, dodávaného do zátěže k činnému výkonu, dodávanému zdrojem budícího signálu.

Činný výkon dodávaný do zátěže lze vyjádřit jako . Činný výkon, dodávaný zdrojem je , kde G1 = 1/R1 je vstupní vodivost, G2 = 1/R2 je výstupní vodivost zesilovače.

Dosazením výše uvedených vztahů pro výkonové zesílení dostaneme vztahy .

Výkonový zisk je výkonové zesílení, vyjádřené v dB a platí vztahy

.

Vstupní a výstupní impedance zesilovače jsou pasivní prvky náhradních schémat zesilovače, dle obr.

Aktivní prvky v náhradních schématech U20 a I20 jsou ideální zdroje, závislé na budícím signálu. Uvedená schémata jsou rovnocenná a platí, že Z1 = Zvst, Z2 = Zvýst.

Nelineární zkreslení

Budí-li se zesilovač sinusovým signálem, není průběh výstupního signálu čistě sinusový. Provede-li se harmonická analýza výstupního napětí zesilovače, buzeného vstupním signálem o frekvenci f, získá se základní harmonická složka výstupního napětí s amplitudou Uf a vyšší harmonické s amplitudami U2f, U3f, atd. Velikost nelineárního zkreslení se vyjadřuje činitelem harmonického zkreslení k podle vztahu

nebo také

Činitel harmonického zkreslení je závislý na vybuzení zesilovače. Nejpřísnější požadavky na zkreslení bývají u zesilovačů akustických signálů, protože zde i malá změna obsahu harmonických složek působí rušivě. U jakostních signálů se požaduje, aby činitel harmonického zkreslení byl menší než 1%.

Zesilovače jsou často buzeny více sinusovými signály současně. Potom vzniká v zesilovačích větší množství nežádoucích kmitočtových složek. Vedle harmonických složek jednotlivých sinusových signálů vznikají vlivem nelinearit charakteristik také další nežádoucí složky signálu, jejichž kmitočty jsou dány kombinacemi součtových a rozdílových kmitočtů vstupních signálů a jejich harmonických složek. Tomuto zkreslení říkáme intermodulační zkreslení a určuje se měřením pro které je normou ČSN 367420 stanovena velikost kmitočtů a amplitud měrných vstupních signálů. Produkty intermodulačního zkreslení nemají přímý vztah k vstupnímu signálu a proto působí mnohem rušivěji, než složky harnonické. Ovšem měření intermodulačního zkreslení je mnohem obtížnější, proto se udává jen v závažných případech. U kvalitních zesilovačů se toleruje do 3%, t.j. do trojnásobku přípustné hodnoty harmonického zkreslení.