Zesilovače - rozdělení, vlastnosti

Každý zesilovač má na výstupu signály, které nesouvisí s budícím signálem. Jsou to rušivá napětí, neboť vytváří nežádoucí hluk v pozadí užitečného signálu. Tato rušivá napětí jsou dvojího druhu:

- brumová napětí - která mají kmitočet rovný kmitočtu síťového napájení nebo jeho celistvým násobkům. Vznikají obvykle nedokonalým odstíněním nebo filtrací napájecích napětí nebo elektromagnetických polí síťových transformátorů.

- šumová napětí - jsou napětí s nahodile proměnným průběhem. Tato tvoří soubor velkého množství střídavých složek všech možných kmitočtů. Jejich původ je v ohmických rezistorech a v aktivních prvcích zesilovačů.

Brumová napětí lze potlačit dokonalou filtrací napájecích napětí a vhodnou konstrukcí s použitím stínících krytů. Šumová napětí lze potlačit mnohem obtížněji, zejména u zesilovačů s velkým zesílením a velkou šířkou přenášeného pásma. Šumové poměry na vstupu zesilovače jsou vyznačeny na obr.

Zdroj budícího napětí s vnitřním odporem Rs produkuje nejen užitečný signál US, ale také šumové napětí s efektivní hodnotou UŠ.Pro srovnávání šumových vlastností zesilovačů jsou stanoveny t.zv. normální šumové podmínky:

a) Šumové napětí UŠ je tepelné šumové napětí vznikající na vnitřním odporu zesilovače při šumové teplotě Θ0=290K.

b) Vstupní odpor zesilovače je roven vnitřnímu odporu zdroje (Rvst = RS).

Pro výpočet efektivní hodnoty tepelného šumu platí vztah , (V, J.K-1, K, Ω, Hz), kde k = 1,38.10-23 J/K je Bolzmanova konstanta, Θ0 je šumová teplota odporu RS v kelvinech, ∆f je šumová šířka přenášeného pásma. Přibližně se rovná B3dB zesilovače

Při výkonovém přizpůsobení budícího generátoru a vstupu zesilovače se na vstupní svorky zesilovače přivádí napětí UŠ1 = UŠ/2, jemuž odpovídá výkon, dodávaný do zesilovače

Vztah mezi vstupním a výstupním výkonem užitečného signálu je

Ideální zesilovač, který by neobsahoval žádný zdroj šumu by produkoval na výstupu šumový výkon Pš2i, rovněž Ap krát větší, než je šumový výkon, přiváděný na vstup Pš2i = ApPš1. Každý reálný zesilovač ale obsahuje řadu zdrojů šumu (rezistory, tranzistory a p.), takže jeho výstupní šumový výkon je větší, než u ideálního zesilovače.Proto můžeme psát Pš2 = F.Pš2i = F.Ap.Pš1. Koeficient F vyjadřuje šumové vlastnosti zesilovače a nazývá se šumový součinitel daného zesilovače za normálních šumových podmínek. Ideální nešumový zesilovač by měl F=1. Udává tedy šumový činitel, kolikrát je šumový výkon na výstupu reálného zesilovače větší, než by byl v případě, kdyby zesilovač neobsahoval žádný zdroj šumu.

Šumový činitel lze definovat i jinak. Vlastní šum zesilovače způsobuje, že odstup signál/šum je na výstupu vždy menší než na jeho vstupu. Proto platí nerovnost