Elektrotechnika 2 DTI - LS 2015 Prednášajúci: doc. Ing ...files.ddttii.webnode.sk/200000230-77434783dc... · jeden induktor, alebo kapacitor. Ak obvod obsahuje len rezistívne

Elektrotechnika 2 – DTI LS 2015 – poznámky k prednáškam - J. Ondera

1

Elektrotechnika 2

DTI - LS 2015 Prednášajúci: doc. Ing. Jozef Ondera, CSc.

1. PRECHODOVÉ JAVY V ELEKTRICKÝCH OBVODOCH Prechodový jav – je jav (proces), ktorý nastáva medzi dvoma ustálenými stavmi (stacionárnymi, alebo periodickými). Prechodové javy v elektrickom obvode sú javy pri ktorých sústava (elektrický obvod) neperiodicky mení veľkosť akumulovanej energie. K prechodovému elektrickému javu dochádza spravidla pri zmene štruktúry (topológie) elektrického obvodu, ktorá nastane napríklad:

• pripojením zdroja • odpojením zdroja • v dôsledku skratu • prerušením úseku obvodu • pripojením časti elektrického obvodu • odpojením časti elektrického obvodu

Vznik prechodového deja v elektrickom obvode vyznačujeme zopnutím (vypnutím) ideálneho spínača, väčšinou v čase t=0. Prechodové deje vyvolávajú aj zdroje s neperiodickými časovými signálmi, napr. obdĺžnikového priebehu. Analýza elektrických obvodov je riešenie matematického modelu elektrického obvodu. Riešime sústavu diferenciálnych rovníc pri určitých počiatočných podmienkach.

Riešenie obvodu pre ustálený stav je limitný prípad riešenia prechodového javu pre čas t→∞ . Pre lineárne obvody výsledok riešenia obsahuje členy typu e-t/τ, kde τ je časová konštanta. Z praktického hľadiska prechodový jav je ukončený za čas t=5τ (chyba voči ustálenému stavu je menšia ako1%) . 1.1. Fyzikálna podstata vzniku prechodových javov Podstatou vzniku prechodového javu je nevyhnutnosť spojitej zmeny energie vo fyzikálnej sústave. Pre skokovú zmenu by bol potrebný nekonečný okamžitý výkon v mieste nespojitosti. Príklady:

• Hmotnému telesu nemožno skokom zmeniť rýchlosť • Teleso nemožno okamžite ohriať (ochladiť) • Nádobu nemožno okamžite naplniť (vypustiť) • Kondenzátor nemožno okamžite nabiť (vybiť) • V indukčnosti nemožno skokom zmeniť prúd

Prechodové javy môžu vzniknúť len v sústave, ktorá obsahuje aspoň jeden akumulačný prvok. V elektrických obvodoch to znamená, že musia obsahovať (napr.) aspoň jeden induktor, alebo kapacitor. Ak obvod obsahuje len rezistívne prvky (ideálne rezistory a zdroje) prechodový jav nevznikne. Okamžitá energia uložená v ideálnom kapacitore je rovná: Okamžitá energia uložená v ideálnom induktore je rovná:

)(.21)( 2 tuCtW CC =

)(.21)( 2 tiLtW LL =


2

Z uvedeného vyplýva, že napätie na kapacitore (ideálnom kondenzátore), ani prúd v induktore (ideálnej cievke) sa nemôže meniť skokom. Dôležité poznatky vyplývajúce z teórie aj pre prax : 1. Pri priamom pripojení ideálneho kondenzátora (bez zaradeného

odporu) na ideálny napäťový zdroj s iným napätím ako je napätie kondenzátora by vznikla nekonečne veľká prúdová špička (kladná, alebo záporná) .

2. Skok prúdu induktora by spôsobilo len nekonečne veľké napätie. Pri

prerušení prúdu v ideálnej cievke ideálnym vypínačom, vznikla by nekonečne veľká napäťová špička (kladná, alebo záporná) .

1.2. Metódy riešenia prechodových javov Riešiť prechodové javy v elektrickom obvode znamená riešiť sústavu diferenciálnych rovníc pre stavové veličiny obvodu pri známych počiatočných podmienkach. Lineárne elektrické obvody tvoria lineárne rezistory R, iduktory L, kapacitory C a zdroje napätia, alebo prúdu. Stavové veličiny sú prúdy induktormi iL(t) a napätia na kapacitoroch uC(t) , s počiatočnými podmienkami iL(0) a uC(0) . Po zostavení sústavy diferenciálnych rovníc pre príslušný obvod, môžeme rovnice riešiť: 1. analyticky – riešenie je jednoducho možné v prípade sústav 1. a

2.rádu. Pre vyššie rády je príliš zložité. 2. numericky – v súčasnosti často používaný spôsob. Numerické

algoritmy sú podrobne rozpracované takmer v každom matematickom SW (napr. MathCad)

3. pomocou integrálnych transformácií - Fourierova, Laplaceova, Laplace-Carsonova .

2. ANALYTICKÉ RIEŠENIE PRECHODOVÝCH JAVOV Ukážeme analytický spôsob riešenia prechodových javov (príslušných diferenciálnych rovníc) na príklade jednoduchých elektrických obvodov. 2.1. Prechodový jav v RC obvode. Je to najjednoduchší prípad prechodového javu. Riešenie vychádza z II. KZ pre napätia na prvkoch obvodu.

Pre čas t>0 platí: Rovnicu môžeme prepísať v tvare: pričom platí Ide o nehomogénnu diferenciálnu rovnicu (nenulová pravá strana), taká rovnica sa rieši metódou variácie konštánt. V našom prípade je U0 konštanta. Pre prípad U0=0 by sme mali homogénnu rovnicu v tvare: Jej riešenie nájdeme v tvare: Po dosadení dostaneme charakteristickú rovnicu : Odtiaľ:

0)()( 0 =−+ Ututu CR

0)()(. Utudt

tduCR CC =+

)()(

. tidt

tduC C =

0)()(. 00 =+ tu

dttduCR C

C

tC eKtu λ.)(0 =

01=+λRC

RC1

−=λ


3

Riešenie prechodového deja má teda tvar: Pre náš prípad U0 je nenulové a rovnica v tvare: by mala celkové riešenie: → Konštantu K určíme z počiat. podmienky: uC (0)=0 0=U0+K0 → K0 = - U0 Potom riešenie pre t>0 kde τ=RC je časová konštanta. Prúd RC obvodom je možné vypočítať z rovnice: po dosadení a úprave:

kde τ=RC Z výsledkov vyplýva: 1. Napätie kondenzátore spojito exponenciálne rastie z nuly na hodnotu

napätia napájacieho zdroja U0 .

2. Prúd pri zapnutí narastie skokom a potom exponenciálne klesá na nulu.

3. Strmosť (derivácia) nárastu napätia UC a poklesu prúdu i(t) v okamžiku zapnutia je priamoúmerná časovej konštante τ=RC obvodu.

4. Veľkosť (špička) prúdu v okamžiku zapnutia je daná len veľkosťou odporu R a napätia U0 a nesúvisí s veľkosťou kapacitora (kondenzátora) C.

5. Pri znižovaní odporu R v obvode na nulu, ideálnom zdroji napätia a vypínači, by sa napätie uC malo zmeniť skokom. Zdroj by musel dodať nekonečný prúd aj výkon.

6. Špička prúdu by bola nekonečne veľká a trvala by nulový čas (tzv. Diracov impulz) .

Vybíjanie RC obvodu

Kapacitor je nabitý na napätie U0. Zapnutím vypínača ho vybíjame cez rezistor R. Pre čas t>0 podľa II.KZ: Máme homogénnu diferenciálnu rovnicu s počiatočnou podmienkou uC(0)=U0 . Riešenia napätia kapacitora a prúdu obvodu sú:

RCt

C eKtu−

= .)(0

0)()(. Utudt

tduCR CC =+

00 )()( Ututu CC += 0.)( UeKtu RCt

C +=−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

−−τt

RCt

C eUeUtu 1.1.)( 00

Rtu

ti R )()( =

RtuU C )(0 −=

τt

eR

Uti−

= .)( 0

0)()(. =+ tudt

tduCR CC

τt

RCt

C eUeUtu−−

== 00)(

τt

RCt

eR

UeR

Uti−−

−=−= 00)(

iC(t)


4

Prúd v obvode je záporný (vybíjací prúd) . Nakoľko napätie je kladné, výkon je záporný. Kapacitor sa správa ako zdroj. Energia, ktorá sa na rezistore premení na teplo sa rovná WR=0,5.CU0

2 . 2.2. Prechodový jav v RL obvode.

Podľa II.KZ platí: kde L/R je časová konštanta τ čiže: Rovnica pre i(t) je rovnaká, ako bola rovnica pre uC (t) pri RC obvode. Píšeme výsledok pre t>0 : kde τ =L/R je časová konštanta. Z rovníc vyplýva: 1. Prúd spojito narastá z nuly po exponenciále na hodnotu danú

odporom R a napätím U0 .

2. Na indukčnosti sa po zapnutí spínača objaví plné napätie zdroja U0 a exponenciálne klesá na nulu.

Prerušenie (rozpojenie) RL obvodu. Ak by sme rozpojili RL obvod v ktorom preteká prúd ideálnym spínačom, vzniklo by teoreticky nekonečné napätie. Pri reálnom obvode vznikne na vypínači elektrický oblúk, ktorý obmedzí deriváciu zániku prúdu. Prepätie vznikajúce pri prerušení RL obvodu je nebezpečné aj v prípade, že prúd v RL obvode bol vyvolaný malým napätím. Môže dôjsť k poškodeniu zariadenia prepätím, alebo úrazu obsluhy!!! 2.3. Prechodové javy v RLC obvode.

Obvod RLC je obvod 2. rádu, obsahuje dva zásobníky energie. Energia indukčnosti sa môže prelievať do kondenzátora a naspäť, čo môže spôsobovať rôzny charakter kmitania. Pre čas t>0 podľa II. KZ platí: Prúd (kapacitorom) môžeme vyjadriť: Po úprave:

0)()( 0 =−+ Ututu LR

0)(.)(. U

dttdiLtiR =+

RUti

dttdi

RL 0)()(. =+

RUti

dttdi 0)()(. =+τ

τt

eR

Uti−

= .)( 0

τt

L eUtu−

= .)( 0

dtdiLtuL .)( =

0)()()( 0 =−++ Utututu CLR

0)()()( Utudt

tduCdtdL

dttduCR C

CC =+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

02

2

)()()( Utudt

tduRCdt

tudLC CCC =++


5

Získali sme diferenciálnu rovnicu 2.rádu. Rovnica typu: vo fyzikálnych systémoch často popisuje tzv. harmonický oscilátor (β a ω0 musia byť reálne čísla) . 1. Ak β=0, ide o netlmený harmonický oscilátor. 2. Ak β>0 a je malé, vznikne tlmený oscilátor. 3. Ak β>0 a je veľké, nedôjde k osciláciám, vznikne aperiodický stav. Príklady riešenia rovníc oscilácií pre rôzne tlmenia β . (Riešenia pre rovnice s pravou stranou sú na obrázku vpravo).

Pre riešený RLC obvod platí pre koeficienty rovníc: = tlmenie obvodu =kruhová frekvencia Pre rôzne hodnoty R, L, C môžu nastať stavy: 1.Netlmený harmonický stav: ak R=0, resp. L>>R (zriedkavý stav) 2.Tlmený harmonický stav: 3.Aperiodický stav:

Energetická bilancia prechodového deja RLC obvodu. Energia dodaná zdrojom počas prechodového deja: Po skončení prechodového javu je energia v induktore: v kapacitore: 3. RIEŠENIE PRECHODOVÝCH JAVOV POMOCOU

INTEGRÁLNYCH TRANSFORMÁCIÍ Integrálne transformácie umožňujú v niektorých prípadoch riešiť diferenciálne rovnice s konštantnými koeficientami. Časovej funkcii f(t) (originál) je priradená iná funkcia F(p) (tzv. obraz) . Previesť obraz naspäť do časovej oblasti umožní spätná integrálna transformácia. Pri praktickom použití využívame slovníky originálov a prislúchajúcich obrazov. Aplikáciou transformácií získame z diferenciálnych rovníc algebraické rovnice V elektrotechnike sa používa Laplace-Carsonova transformácia. Jej výhodou je, že obraz si zachováva rovnaký fyzikálny rozmer veličiny ako originál (napätie, prúd, impedancia, ...) .

0)()(.2)( 202

2

=++ tydt

tdydt

tyd ωβ

LR

21

=βLC1

0 =ω

CL2<R

CL2>R

QUdttiUW Zdr .).( 00

0 == ∫∞

0)(.21 2 =∞= iLWL

2.

21)(.

21 02

02 QU

UCuCWC ==∞=


6

Príklady L-C transformácie niektorých funkcií

Laplace-Carsonova transformácia Dôležitá podmienka: Transformáciu možno použiť len pre funkcie, ktoré sú definované pre čas t>0 (tzv. kauzálne funkcie) . Takú funkciu označíme f +(t) a platí pre ňu: Správne treba písať: resp.: Riešenie pomocou L-C transformácie je založené na vzťahu medzi obrazom funkcie f(t) a obrazom derivácie f´(t) . Ak

potom

kde f(0) je hodnota funkcie f(t) v čase t=0 (konštanta) Uvažujme sústavu diferenciálnych rovníc (platnú pre t>0 ) : : : takú sústavu získame pri riešení lineárneho R, L, C obvodu. 1. Funkcie y1(t) až ym(t) zodpovedajú stavovým veličinám obvodu

(napätiam kapacitorov, prúdom induktorov) . 2. Koeficienty a11 až amm sú dané hodnotami R, L, C 3. Funkcie f1(t) až fm(t) sú dané časovými priebehmi napätí a prúdov

zdrojov. Každú rovnicu: 1. vynásobíme e-pt

2. zintegrujeme podľa dt v intervale 0 až ∞ 3. vynásobíme p Dostaneme: Po úprave dostaneme sústavu algebraických rovníc (v maticovom tvare) pre obrazy

)(1).()( ttftf =+

)(ˆˆ)( pftf =+

)(ˆˆ)(1).( pfttf =

)(ˆˆ)(1).( pfttf =)0()(ˆˆ)(1).( pfpfpttf −=′

)(... 112121111 tfyayayay mm +++=′)(... 222221212 tfyayayay mm +++=′

)(...2211 tfyayayay mmmmmmm +++=′

1121211111ˆˆ....ˆˆ)0(ˆ fyayayapyyp mm +++=−

2222212122ˆˆ....ˆˆ)0(ˆ fyayayapyyp mm +++=−

mmmmmmmm fyayayapyyp ˆˆ...ˆˆ)0(ˆ 2211 +++=−

myy ˆ....ˆ1


7

Každá z funkcií má riešenie v tvare: atď., kde

je determinant matice vľavo, , sú determinanty získané náhradou stĺpca pravou stranou. Postup riešenia obvodu pomocou L-C transformácie: 1. Zostavíme rovnice. 2. Určíme počiatočné podmienky y1(0) ... ym(0) . 3. Nájdeme obrazy f1(t) ... fm(t) (zdrojov) v L-C transformácii 4. Diferenciálne rovnice prepíšeme do operátorového tvaru. 5. Vyriešime sústavu algebraických rovníc – nájdeme 6. Použijeme spätnú L- C transformáciu na nájdenie časových priebehov

hľadaných veličín.

3.1 Operátorové impedancie Uvažujeme pasívne dvojpóly R, L, C. Hľadáme pre ne vzťah medzi obrazom napätia a prúdu pri Laplace-Carsonovej transformácii. Rezistor R: uR(t)=R.iR(t)

Operátorová schéma

Kapacitor C: Vzťah medzi prúdom a napätím je: Použitím: dostaneme: Odtiaľ:


Induktor L: Vzťah medzi prúdom a napätím je: Použitím:

myy ˆ....ˆ1

)(ˆ)(ˆ

)(ˆ 11 pD

pFpy =)(ˆ)(ˆ

)(ˆ 22 pD

pFpy =

)(ˆ pD )(1̂ pF )(ˆ2 pF

myy ˆ....ˆ1

)(ˆ.)(ˆ piRpu RR =

dttduti C

C)()( =

)0()(ˆˆ)(1).( pfpfpttf −=′

[ ])0()(ˆ.)(ˆCCC pupupCpi −=

)0()(ˆ.1)(ˆ CCC upipC

pu +=

dttdiLtu L

L)(.)( =

)0()(ˆˆ)(1).( pfpfpttf −=′


8

získame:


Zhrnutie poznatkov o transformáciách základných prvkov : 1. Existencia nenulových počiatočných podmienok v časovej oblasti sa

transformuje v operátorovej schéme do podoby zdrojov, ktoré pôsobia v obvode.

2. Pri kapacitore je napätie zdroja orientované v smere uC(0) 3. Pri induktore je napätie zdroja orientované proti smeru iL(0) 3.2 Prechodový jav v RC obvode Prechodový jav budeme riešiť pre nenulovú počiatočnú podmienku uC(0).

Schémy pre časovú oblasť Operátorová schéma

Pre časový priebeh (zdroj) platí: V operátorovej schéme je obrazom časovej funkcie a platí: Pre obraz prúdu z operátorovej schémy dostaneme: Použitím transformácie: dostaneme pre časový priebeh prúdu: Pre obraz napätia platí:

[ ] )0()(ˆ)0()(ˆ.)(ˆ LLLLL pLipipLpipipLpu −=−= )(1.)( 0 tUtu =

)(ˆ pu0)(ˆ Upu =

)(ˆ pi

=+

−=

+

−=

pCR

uU

pCR

upupi CC

1)0(

1)0()(ˆ

)(ˆ 0

[ ]RC

p

pRuU

pRCpCuU C

C 1)0(

1)0( 0

0

+

−=

+−=

)(1.ˆ teap

p at−=+

)(1..)0()(1

0 teRuUti RCC

−−=

)(ˆ puC

=++

−=+= )0(1

)0(1)0()(ˆ1)(ˆ 0C

CCC u

RCp

pRuU

pCupi

pCpu

[ ] )0(11)0(0 CC u

RCp

pRC

uU ++

−=


9

Použijeme transformačný vzťah pre spätnú transformáciu: Pre riešenie v časovej oblasti dostávame: Pre uC(0)=0 sú teda výsledky zhodné s analytickým riešením.

4. ZOSILŇOVAČE 4.1. Princíp zosilňovača. Základná charakteristika zosilňovača: 1. Zosilňovač je elektronické zariadenie. 2. Zosilňovač je dvojbrána (2 vstupné, 2 výstupné svorky). 3. Vstupný (budiaci) signál zosilňovača je malý. 4. Vstupný výkon riadi prenos výkonu z napájania, tým vytvorí signál

s väčším výkonom na výstupe (záťaži) . 5. Výstupný signál je funkciou vstupného signálu. 6. Výkonové zosilnenie Ap zosilňovača musí byť väčšie ako 1.

Z podmienky AP>1vyplýva: • Výkon (resp. energiu) do zosilňovača musí dodať napájací

zdroj! • Zosilňovač musí obsahovať súčiastky, ktoré umožnia transport

energie zo zdroja na výstup (vzniknú straty) .

Nakoľko P1→0, účinnosť zosilňovača je :

( ) )(1.1ˆ teap

a at−−=+

[ ] )(1).0()(1.1.)0()( 0 tuteuUtu CRCt

CC +⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

−

ZdrZdr PP

PPP 2

1

2 =+

=η


10

7. Zosilňovač musí obsahovať aktívne súčiastky (prvky). 8. Zosilňovač je v podstate nelineárny obvod. 9. Zosilňovač sa musí navrhnúť tak, aby sa v používanej oblasti voči

vstupnému signálu správal ako lineárny. 10. Výstupné napätie musí mať zhodný priebeh (tvar) ako vstupné, len

je násobené konštantou u2=K.u1 . 11. Ak zosilňovač neobráti signál je K kladné,ak ho obráti (výstupný

signál je v protifáze) je K záporné. 12. Ak sa zosilňovač správa lineárne len pre malé signály, hovoríme o

kvazilineárnom zosilňovači. Príklad práce tranzistora v lineárnom a nelineárnom režime 1. oblasť malých signálov (lineárny režim) 2. oblasť stredných signálov (malé skreslenie signálu) 3. oblasť veľkých signálov (veľké skreslenie signálu - limitácia) 4.2. Parametre zosilňovača Každý aktívny prvok má obmedzenú oblasť, v ktorej sa javí ako približne lineárny. Ak zanedbáme malú nelinearitu, popisujú linearizovaný zosilňovač lineárne parametre. Na popísanie vplyvu nelinearity používame tzv. nelineárne parametre. Často definujeme menovité (nominálne) parametre zariadení. Udávajú typické vlastnosti zariadenia pri definovaných podmienkach. 4.2.1 Lineárne parametre zosilňovača Zahrňujú parametre typické pre lineárne obvody. Prenosové parametre zosilňovača Prechodová charakteristika je odozva zosilňovača na jednotkový skok.

Frekvenčná charakteristika je frekvenčná závislosť zosilňovača pri budení harmonickým signálom, v ustálenom stave.

Fázová charakteristika určuje frekvenčnú závislosť fázového posunu signálu preneseného zosilňovačom.

4.2.2 Klasifikácia zosilňovačov podľa parametrov 1. Klasifikácia podľa frekvenčného rozsahu Každý zosilňovač má obmedzenú hornú frekvenciu. Aj keby existoval ideálny zosilňovač, kapacita medzi svorkami na výstupe by vytvárala pre veľmi vysoké frekvencie prakticky skrat. Jednosmerné zosilňovače – zosilňujú vo frekvenčnom rozsahu 0Hz (DC signál) až po hornú hraničnú frekvenciu. Horná frekvencia môže byť od niekoľko Hz (zosilňovače pre teplomery, termostaty, lekárske prístroje, ...) až po GHz (rýchle osciloskopy, komunikačné zariadenia, ...) Majú charakter dolnopriepustného filtra. Striedavé zosilňovače – nezosilňujú jednosmerný signál. Prenosová charakteristika má charakter pásmového priepustu. Podľa pomeru medzi hornou a dolnou hraničnou frekvenciou ich delíme na: • širokopásmové – nízkofrekvenčné, vysokofrekvenčné • úzkopásmové (selektívne) – nízkofrekvenčné • vysokofrekvenčné 2. Klasifikácia podľa typu zosilňovaného signálu Zosilňovače akustického signálu – veľký dynamický rozsah a konštantné zosilnenie v pracovnom pásme. Pri viackanálových (stereo) zosilňovačoch musia byť zhodné aj fázové charakteristiky. Obrazové zosilňovače – použitie v analógových televízoroch, rádiolokátoroch, meracích prístrojoch. Hlavnou požiadavkou je zachovanie časového priebehu signálu. Rezonančné zosilňovače – obvykle úzkopásmové (selektívne). Pri výkonových zosilňovačoch výkonové súčiastky pracujú zvyčajne v nelineárnom režime.


11

3. Klasifikácia podľa výstupného výkonu Nízkovýkonové – spracovávajú malé signály, pracovný bod aktívnych súčiastok (napr. tranzistorov) sa nachádza v blízkosti pokojového (kľudového) pracovného bodu. Výkonové – musia dodať do záťaže potrebný výkon (napätie, prúd). Časť výkonu (niekedy podstatná) sa vo výkonových súčiastkach mení na teplo (straty) . Impedančné parametre zosilňovačov Z pohľadu vstupu sa zosilňovač voči zdroju budiaceho signálu správa ako spotrebič s určitou impedanciou. Z hľadiska výstupu je zdrojom napätia s určitou vnútornou impedanciou (niekedy môže byť zdrojom prúdu). 4.2.3 Nelineárne parametre a skreslenie zosilňovača Prevodová charakteristika zosilňovača je nelineárna. Rozlišujeme statickú a dynamickú PCH. Nelinearita PCH sa prejaví v skreslení zosilňovača.

Statická a dynamická (vpravo) charakteristika

Činiteľ harmonického skreslenia (THD–Total Harmonic Distortion) je pomer efektívnej hodnoty vyšších harmonických (vstupný signál ich neobsahoval) k 1. harmonickej výstupného signálu. resp.

Skreslenie menšie ako 5% sa nedá sa na osciloskope pohľadom identifikovať. Kvalitné nf zosilňovače majú skreslenie pod 1% v celom frekvenčnom pásme, kvalitné oscilátory majú THD pod 0,01%. Intermodulačné skreslenie – lepšie vyjadruje kvalitu akustických zosilňovačov. Pri prechode aspoň 2 frekvencií harmonických signálov zosilňovačom vznikajú nové frekvencie. Sú súčtom, alebo rozdielom pôvodných. Pôsobia veľmi rušivo - (3 až 4x viac ako THD). Pre nové frekvencie platí: (m, n sú celé čísla)

Dynamické skreslenie – vzniká pri mnohostupňových zosilňovačoch (OZ), ktoré majú vysoké vlastné zosilnenie, znížené silnou zápornou spätnou väzbou. V dôsledku oneskorenia odozvy v zosilňovači dôjde k prebudeniu niektorých vnútorných stupňov, pretože spätná väzba nemôže reagovať okamžite. Pri prudkých zmenách veľkosti vstupného signálu dôjde ku krátkodobým skresleniam, ktoré sa statickým meraním nedajú identifikovať.

1

24

23

22 ...

UUUU

kh

+++= [ ]

1

24

23

22

%

....100

UUUU

kh

+++=

12 nfmffi ±=


12

4.2.4 Dynamický rozsah zosilňovača Podľa typu zosilňovača môže byť limitujúcou maximálnou výstupnou veličinou zosilňovača:

• výkon dodaný do záťaže • hodnota prúdu do záťaže • napätie na záťaži

Podmienky, ktoré sa pritom musia splniť: 1. Veľkosť zaťažovacej impedancie 2. Hodnota nelineárneho skreslenia Šumové vlastnosti zosilňovača Šum v zosilňovači vytvárajú hlavne tranzistory, ale aj pasívne súčiastky. Šum znemožňuje kvalitne spracovať malé signály. Citlivosť udáva minimálne napätie, ktoré je možné zosilniť pri definovanom pomere signál / šum. Dynamický rozsah zosilňovača udáva rozsah medzi najväčšou a najmenšiu úrovňou signálu pri zachovaní požadovaného pomeru signál/šum. Príklad: magnetofón cca 50dB, CD viac ako 90dB 4.3. Spätná väzba Spätná väzba sa vyskytuje v mnohých činnostiach: • Udržiavanie rovnováhy • Riadenie auta • Chôdza priamym smerom • Udržiavanie telesnej teploty Budeme skúmať využitie spätnej väzby pre ovplyvnenie vlastností zosilňovačov. Využívajú sa dva druhy SV: 1. Parametrická 2. Signálová

Parametrická spätná väzba – výstupný signál je spracovaný článkom spätnej väzby a ovláda

niektorý parameter zosilňovača.

Príklady: automatická regulácia citlivosti (AVC prijímača, magnetofónu), dynamické systémy potlačenia šumu (DNL, Dolby, ...) Signálová spätná väzba – časť výstupného signálu sa privedie na vstup a znova zosilní. Tým sa ovplyvní nielen zosilnenie, ale aj mnoho parametrov zosilňovača.

4.3.1 Klasifikácia a vplyv spätných väzieb Kladná spätná väzba - signál zo SV sa pripočíta k vstupnému signálu. To spôsobí: • Zvýšenie zosilnenia • Zvýšenie skreslenia • Zmenší sa šírka frekvenčného pásma • Zníženie stability – zo zosilňovača sa môže stať oscilátor - ak

pracuje na hranici stability, alebo výstupný signál neustále narastá a zosilňovač sa dostane do nelineárnej oblasti a zmení vlastnosti


13

Záporná spätná väzba - signál zo SV sa odpočíta od vstupného signálu. Pri zosilňovačoch sa používa takmer vždy. Záporná SV spôsobí: • Zníženie zosilnenia • Zníženie skreslenia • Zväčšenie šírky prenášaného frekvenčného pásma • Zníženie vnútorného (výstupného) odporu zosilňovača • Zvýšenie stability – zlepší sa správanie zosilňovača v prechodových

stavoch. (Pri veľmi silnej zápornej SV hrozí nebezpečie dynamického skreslenia).

Vplyvy spätných väzieb na frekvenčnú a fázovú charakteristiku

4.3.2 Možnosti zapojenia spätnej väzby

Vplyv zápornej spätnej väzby na výstupnú impedanciu zosilňovača 1. Pri paralelnom zapojení výstupných svoriek zosilňovača a SV sa

výstupná impedancia znižuje. Pri silnej zápornej SV sa zosilňovač blíži ideálnemu napäťovému zdroju.

2. Pri sériovom zapojení výstupu a SV sa výstupná impedancia zvyšuje.

Pri silnej zápornej SV sa zosilňovač blíži ideálnemu zdroju prúdu. 4.3.3 Stabilita a možnosť vzniku oscilácií pri zápornej SV Záporná SV zlepšuje parametre zosilňovačov. Pri viacstupňových zosilňovačoch však hrozí, že pre vysoké frekvencie sa fáza signálu zmení do tej miery, že vznikne kladná SV a vzniknú parazitné oscilácie. Príklad: Zosilňovač oneskoruje signál o Δt=10μs. Pri frekvencii 1kHz je doba periódy T=1ms. Fáza signálu sa zmení o uhol : Pri 10kHz by to bolo 36° . Pri 50kHz by bolo fázové posunutie výstupného signálu 180°, čiže zo zápornej SV by vznikla maximálna kladná SV! 4.4. Triedy zosilňovačov Aktívnymi polovodičovými súčiastkami - bipolárnym tranzistorom (BJT), unipolárnym tranzistorom (napr. MOSFET) – môže prúd pretekať len jedným smerom. Charakteristiky tranzistorov sú silne nelineárne, v určitom úseku je ale závislosť zmeny prúdu pomerne lineárna.

°===Δ

=Δ −

−

6,301,0.36010.110.10.360.360 3

6

Ttφ


14

V zosilňovačoch využívame dva režimy: 1. lineárny režim (aktívny) - tranzistor je premenlivý rezistor –

(Transfer Resistor) - zosilňovače triedy A,B,C.

2. spínací režim – tranzistor pracuje ako elektronický spínač – zosilňovače triedy D .

4.4.1 Zosilňovače v aktívnom režime Trieda A – tranzistorom stále preteká prúd, len jeho veľkosť kolíše okolo strednej hodnoty. Tranzistor má veľké straty, účinnosť je nízka (teoreticky max. 50%, reálne oveľa menej) . Trieda B – spolupracujú vždy dva tranzistory, každý vedie prúd len jednej polovlny signálu. Účinnosť je vyššia ako v triede A. (teoreticky max. 76%, reálne menej) Pri vzájomnom preberaní prúdu tranzistormi vzniká výrazné prechodové skreslenie. Trieda C – tranzistory sú otvárané na čas menší ako polovica periódy. Zosilňovač pracuje do paralelného rezonančného obvodu, ktorý prepúšťa len základnú frekvenciu. Vhodné len pre úzkopásmové zosilňovače. Porovnanie vlastností zosilňovačov

Zosilňovače v spínacom režime Zosilňovače pracujúce v spínacom režime využívajú tranzistory ako elektronické spínače. Často sa označujú pojmom digitálne zosilňovače. Tranzistory nepracujú v lineárnej (aktívnej) oblasti, preto ich straty sú malé. Spínacia frekvencia musí byť viacnásobne vyššia (teoreticky minimálne 2,5x, reálne až 10x) ako maximálna prenášaná frekvencia zosilňovača. Na výstupe zosilňovača musí byť dolnopriepustný filter, ktorým sa spínacia frekvencia potlačí.

Princíp zapojenia zosilňovača triedy D Moduláror porovnáva vstupný signál u1 s pílovitým signálom vysokej frekvencie a vytvára PWM signál, ktorý riadi elektronický prepínač. Principiálne zapojenie zosilňovača triedy D s MOSFET


15

Porovnanie vlastností digitálnych zosilňovačov Trieda D – Vysoká účinnosť, prekračuje 80%. Nutné sú rýchle spínacie súčiastky a kvalitné L, C súčiastky.

Trieda S – moderná modifikácia triedy D, nevyžaduje samostatný LC filter na potlačenie spínacej frekvencie na výstupe (filterless amplifier)

Trieda T – vyvinula firma Tripath. Špeciálny spôsob spínania, účinnosť až 90% a vynikajúce parametre (široký frekvenčný rozsah, veľmi nízke skreslenie – pod 0,1%)

4.5. Základné zapojenia tranzistorových zosilňovačov Rozdelenie a základné vlastnosti tranzistorov Aktívnymi súčiastkami elektronických zariadení sú tranzistory. 1. nevýkonové – na konštrukciu nevýkonových stupňov. Dovolený

stratový výkon (prúd, napätie) je malý. Nie sú obvykle určené na montáž chladiča.

2. výkonové – na konštrukciu výkonových stupňov. Ich dovolený stratový výkon (prúd, napätie) je (pomerne) veľký. Sú určené pre montáž na chladič.

V súčasnosti sú používané 3 základné typy tranzistorov . 1. bipolárne – (BJT). Podľa polovodičovej štruktúry poznáme NPN a

PNP tranzistory. (Postupne ich nahradzujú Mosfet a IGBT) 2. unipolárne – (napr. MOSFET). Vyznačujú sa napäťovým riadením,

ich vstupná impedancia je vysoká, sú veľmi rýchle. 3. IGBT – vo výkonových aplikáciách (najmä spínacích) nahradili BJT.

Statické charakteristiky bipolárnych tranzistorov

Dovolená (bezpečná) pracovná oblasť BJT - (SOA) Tranzistor sa môže zničiť: 1. Prekročením dovoleného napätia UCE 2. Prekročením dovoleného kolektorového prúdu IC 3. Prekročením dovolenej výkonovej straty P Impulzne (krátkodobo) je možné tranzistor zaťažovať vyššími prúdovými impulzmi ICM Výkonové zaťažovanie tranzistora je možné pri krátkych jednotlivých impulzoch výrazne zvýšiť. Pri veľmi krátkych impulzoch je možné využiť až hranicu maximálneho prúdu IC a napätia tranzistora UCE.


16

4.5. Základné zapojenia tranzistorových zosilňovačov Tranzistorové zosilňovače obsahujú viac ako jeden tranzistor – sú viacstupňové. Každý stupeň môže obsahovať 1 alebo 2 tranzistory. 4.5.1 Základné zapojenia s 1 tranzistorom : 1. Zapojenie so spoločným emitorom (SE) 2. Zapojenie so spoločným kolektorom (SC) – emitorový sledovač 3. Zapojenie so spoločnou bázou (SB) 1. Zapojenie so spoločným emitorom – (trieda A) Zapojenie otáča výstupný signál o 180° - výstup je v protifáze. Zapojenie SE má vysoké napäťové zosilnenie, žiaľ aj veľký výstupný a malý vstupný odpor. Odporom Rb sa nastaví pracovný bod tak, aby Uce bolo Un/2 . Malé zmeny u1 spôsobia veľké zmeny ΔIc a tým veľké Δu2.

2. Zapojenie so spoločným kolektorom (SC)–(emitorový sledovač) Zapojenie neposúva výstupný signál - je vo fáze so vstupným napätím. Pracovný bod zapojenia je nastavený deličom R1, R2. Je to zosilňovač so sériovou napäťovou zápornou SV. Napäťové zosilnenie je menšie ako 1 – zapojenie nezosilňuje napätie, zosilní len prúd a tým aj výkon. Výhody: Výstupný odpor je malý, vstupný odpor je veľký.

3. Zapojenie so spoločnou bázou (SB)

Principiálne zapojenie SB


17

Reálne zapojenie SB

Báza je pre striedavý signál pripojená na zem kondenzátorom Cb Výstupný odpor zapojenia je malý Vstupný odpor je veľmi vysoký Zapojenie je vhodné pre veľmi vysoké frekvencie 4.5.2 Zapojenia s 2 tranzistormi Diferenciálny zosilňovač Tvorí ho dvojica rovnakých tranzistorov (zapojených so SE, majú spoločný Re ). Pre dosiahnutie dobrých vlastností majú mať nielen zhodné vlastnosti, ale majú mať aj dobrú tepelnú väzbu, preto sa niekedy používa dvojica tranzistorov v spoločnom puzdre. Charakteristika zapojenia: • Dva vstupy a dva výstupy • Výstupné napätie je funkciou rozdielu (diferencie) vstupných napätí • Obidva tranzistory pracujú v triede A • V kvalitnejších zapojeniach sa namiesto Re používa prúdový zdroj • Diferenciálny zosilňovač tvorí základ zapojenia vstupných obvodov

operačných zosilňovačov

Diferenciálne zapojenie

Kaskódové zapojenie • Zapojenie dvoch tranzistorov zapojených tak, že kolektor vstupného

tranzistora je spojený jednosmerne s emitorom druhého • T1 je v zapojení SE, tranzistor T2 je v zapojení SB • Používa sa na vf zosilňovače – prenáša široké pásmo

Kaskódové zapojenie


18

4.6. Stabilizácia pracovného bodu tranzistora (SPBT) Pracovný bod tranzistora by sa vplyvom zmeny teploty posunul do nevhodnej oblasti. Aby sme tomu zabránili, používame zapojenia na stabilizáciu pracovného bodu, ktoré znížia poruchové vplyvy na pracovný bod tranzistora. Používame dve základné metódy SPBT: 1. Spätnoväzbové metódy (záporná SV zníži vplyv zmien)

2. Kompenzačné metódy (využíva sa teplotne závislý prvok, ktorý kompenzuje vplyv teploty na tranzistor)

Spätnoväzbové metódy SPBT Spätnoväzbové metódy SPBT vytvárajú jednosmernú zápornú spätnú väzbu, ktorou sa pre jednosmerné signály potlačí vplyv poruchovej veličiny. Pri zapojení so SE sa zaradí do emitora tranzistora sériový odpor Re.

Aby SV neznížila zosilnenie užitočného signálu, je emitorový odpor premostený kondenzátorom Ce. Princíp činnosti: Ak vplyvom zmeny teploty tranzistor zvýši IC (tým aj IE), potenciál emitora narastie. Tranzistor sa privrie a zníži veľkosť IC. Tým klesne vplyv zmeny teploty a tranzistor si udrží polohu pracovného bodu blízko pôvodného.

Kompenzačné metódy SPBT - využívajú na kompenzáciu teplotných vplyvov (nežiaduco ovplyvňujúcich vlastnosti zapojenia) teplotne závislú veličinu inej súčiastky na zapojenie, ktoré má byť teplotne kompenzované. Podmienkou úspešnej kompenzácie je dobrá tepelná väzba medzi kompenzačným a kompenzovaným obvodom. Ak by sa ich teplota menila rozdielne, kompenzácia by nebola účinná. 5. OPERAČNÉ ZOSILŇOVAČE Operačné zosilňovače sú najpoužívanejšou skupinou zosilňovačov. Vznikli cca v r.1947 (diskrétne súčiastky – elektrónky, tranzistory) ako komponenty na konštrukciu analógových počítačov. Po vzniku integrovaných obvodov aj napriek veľkej zložitosti vytlačili zapojenia s diskrétnymi súčiastkami v mnohých analógových zapojeniach. Poznámka: V číslicovej technike sa situácia zopakovala po vyvinutí mikroprocesorov. 5.1 Ideálny a reálny OZ Operačné zosilňovače (OZ) sú zapojenia s dvoma vstupmi a (obvykle) jedným výstupom. Ideálny operačný zosilňovač – mal by nasledujúce vlastnosti:

• nekonečné zosilnenie (OZ udržuje medzi vstupmi nulové napätie) • nekonečný vstupný odpor • nulový výstupný odpor • neobmedzený frekvenčný rozsah • neobmedzený rozkmit výstupného napätia


19

Ideálny OZ a jeho náhradná schéma

Reálny operačný zosilňovač Reálny OZ má nasledujúce vlastnosti: • veľmi vysoké zosilnenie (zosilnenie zapojenia nastaví SV – R2 ,R1 ) • vysoký vstupný odpor • malý výstupný odpor • obmedzený frekvenčný rozsah • obmedzený rozkmit napätia na výstupe (vždy menší ako veľkosť

napájacích napätí) • obmedzenú rýchlosť prebehu

Obvykle sa používa symetrické napájanie, napr. +/-15V . Charakteristické (obmedzujúce) parametre OZ: Napäťová nesymetria vstupov – napätie, ktoré musí byť na vstupe,

aby na výstupe bolo nulové napätie Prúdová nesymetria vstupov – rozdiel prúdov do obidvoch vstupov,

aby napätie na výstupe bolo nulové. Vstupný kľudový prúd – stredná hodnota jednosmer. prúdov

pretekajúcich medzi vstupmi a zemou pri nulovom vstupnom signále.

Vstupný napäťový rozsah – rozsah vstupných napätí, v ktorom OZ má špecifikované funkčné vlastnosti.

Vstupný diferenčný odpor – odpor medzi jedným vstupom a druhým uzemneným vstupom.

Napäťové zosilnenie pri otvorenej slučke SV – zosilnenie definované pre definovanú záťaž, napájacie napätie a maximálny prípustný výstupný (neskreslený) signál pri kompenzovanej napäťovej nesymetrii vstupov.

Prechodová charakteristika – odozva OZ na skokové napätie na vstupe pri uzatvorenej slučke SV. Definuje sa doba nábežnej hrany výstupného impulzu (doba medzi 10 a 90% ustálenej veľkosti) .

Maximálna dovolená výkonová strata – maximálny stratový výkon OZ pri špecifikovanom napájacom napätí a teplote OZ.

Drift OZ – teplotná a časová nestálosť a vplyv napájacieho napätia na parametre OZ.

Frekvenčné vlastnosti OZ Tvar frekvenčnej charakteristiky OZ je potrebné nastaviť frekvenčnou kompenzáciou. Frekvenčné kompenzácie zabezpečia stabilitu zosilňovača pri nastavenom zosilnení. Mnohé OZ majú vnútornú frekvenčnú kompenzáciu, pri iných je nutné používať vonkajšie kompenzačné prvky R, C (umožnia tak dosiahnuť lepšie frekvenčné vlastnosti) .

Principiálne vnútorné zapojenie OZ


20

Katalógové parametre operačných zosilňovačov Operačné zosilňovače sa v súčasnosti najčastejšie zapuzdrujú do plastových puzdier rôznych prevedení, pôvodné okrúhle kovové puzdrá sú menej časté.

DIP8 SO8 DIP14 Príklad zapojenia vývodov dvojitého OZ v puzdre DIP8 (pohľad zhora)

LM 158/258/358 - dvojitý nízkopríkonový OZ Charakteristika: •Vnútorná frekvenčná kompenzácia •Vysoký napäťový zisk 100dB •Široké prenášané pásmo (pre zosilnenie 1) 1MHz •Široký rozsah napájacích napätí 3 až 32V

resp. ±1,5 až ±16V •Nízka napäťová a prúdová nesymetria vstupov •Vstupné napätia môžu dosiahnuť napájacie napätia Kombinácia bipolárnych a poľom riadených (FET) a bipolárnych tranzistorov umožňuje zlepšiť vlastnosti OZ. Vďaka diferenciálnemu vstupnému zosilňovaču s FET sa dosahuje vysoký vstupný odpor, väčšia šírka prenášaného frekvenčného pásma OZ.

Schéma vnútorného zapojenia rýchleho OZ CA3140 s FET

Príklad detailného zapojenia OZ


21

5.2 Základné zapojenia OZ Najčastejšie sa používajú zapojenia OZ:

1. neinvertujúce 2. invertujúce 3. diferenčné

1. neinvertujúce zapojenie (neobracia polaritu signálu)

Napäťové zosilnenie: Zvláštnym prípadom je napäťový sledovač, ktorý má zosilnenie AU=1, výstupné napätie je zhodné so vstupným (U2=U1) . Má veľmi vysoký vstupný a nízky výstupný odpor.

2. invertujúce zapojenie (obracia polaritu signálu)

Napäťové zosilnenie: Pri použití zhodnej hodnoty R1, R2 je zosilnenie zapojenia AU = -1 . Zapojenie obracia signál o 180°. Nazýva sa analógový napäťový invertor. 3. diferenčné zapojenie (rozdielový zosilňovač)

Obvykle volíme R1=R3 a R2=R4 Pre výstupné napätie platí: 4. sumačný zosilňovač (invertujúci)

Umožňuje sčítať napätia n vstupov. Ak sú vstupné odpory zhodné (R1=R2=...=Rn) je výstupný signál úmerný súčtu vstupných napätí a invertovaný.

1

21

1

21

1

2

RRR

UUU

UUA

R

RRU

+=

+==

1

2

1

2

1

2

RR

UU

UUA

R

RU −=

−==

)( 211

2 UURRUVÝST −−=


22

5. integrátor (invertujúci)

Umožňuje integrovať napäťový signál vstupu. Ak je na vstupe konštantné nenulové napätie, napätie na výstupe sa lineárne mení . Rýchlosť zmeny je úmerná vstupnému napätiu. 6. derivátor (invertujúci)

Umožňuje derivovať vstupný napäťový signál. Používa sa zriedkavo, lebo silne zvýrazňuje aj rušivý signál.

6. OSCILÁTORY 6.1 Rozdelenie generátorov Oscilátory sú jednou z kategórií elektronických generátorov signálov. Podľa typu generovaných signálov je možná nasledovná kategorizácia: 1. Generátory harmonických signálov (oscilátory) . 2. Generátory neharmonických signálov (obdĺžnikový, pílovitý,

trojuholníkový, lichobežníkový) . 3. Generátory špeciálnych signálov (šumové generátory, generátory s

ľubovoľne definovaným priebehom) . 4. Generátory číslicových signálov (rôzne veľkosti úrovne

obdĺžnikového signálu -TTL, CMOS, sekvenčné generátory zodpovedajúce binárnym číslam, ...) .

Základné vlastnosti generátorov rozdeľujeme do nasledujúcich skupín: Frekvenčné vlastnosti • frekvenčné pásmo a nastaviteľnosť frekvencie (nf, vf, širokopásmové,

úzkopásmové, neladiteľné, laditeľné – spojité / diskrétne) • stabilita frekvencie Δf0/f0 (okamžitá, dlhodobá ...) a jej teplotná

závislosť Amlitúdové a impedančné vlastnosti • veľkosť a nastaviteľnosť amlitúdy • stabilita amplitúdy • výstupná impedancia a výkon Kvalita tvaru výstupného (generovaného) signálu • pre harmonický signál harmonické skreslenie a čistota spektra • pre obdĺžnikový signál doby hrán • pre pílovitý signál linearita 6.2 Princípy realizácie oscilátorov Oscilátory (zdroje harmonického signálu) môžeme realizovať viacerými spôsobmi.


23

Najčastejšie sa používajú: • Spätnoväzobné RC – dobre laditeľné v pásme 10Hz až 10MHz,

stabilita frekvencie 10-3 až 10-4, skreslenie 1% až 0,001% • Spätnoväzobné LC – dobre laditeľné v pásme 100kHz až 300MHz,

stabilita frekvencie 10-3 až 10-4, skreslenie 1% až 0,1% • Spätnoväzobné ladené kryštálom – takmer neladiteľné, vyrábané pre

pásma od 10kHz do 100MHz, stabilita frekvencie 10-6 a lepšie, skreslenie 1% až 0,1%

• Generátory pílovitového signálu s prevodom na harmonický signál – dobre laditeľné v pásme 0,01Hz až 10MHz, stabilita frekvencie cca 10-3, skreslenie 1%

• Oscilátory s fázovým závesom – diskrétne laditeľné, použiteľné v pásmach 1kHz - 1GHz, stabilita frekvencie 10-6 skreslenie 1% až 0,1%

• Priama digitálna syntéza DSS – diskrétne laditeľné s veľmi jemným krokom, použiteľné pre pásma 0,001Hz - 100MHz, stabilita frekvencie 10-6, skreslenie je dané počtom bitov AD prevodníka (10 až 14 bitov, t.j. 0,3% až 0,01%)

6.3 Princíp oscilátora so „záporným“ odporom Oscilátory so záporným (dynamickým) odporom sa používajú zriedkavo, ich princíp je však vhodný na pochopenie energetickej funkcie oscilátora. Záporný odpor je fikcia, predstavuje rezistor dodávajúci výkon. Záporný dynamický odpor má napr. tunelová dióda. Pri pripojení nabitého kapacitora k induktoru (paralelný LC obvod) by vznikli netlmené kmity len ak by boli straty obvodu nulové.

Reálny obvod má vždy straty. Straty spôsobujú tlmenie kmitov, preto musíme straty nahradzovať zo zdroja. Záporný dynamický odpor vykazuje tunelová dióda, ktorá umožní stabilizovať kmity na ustálenej amplitúde.

6.4 Princípy oscilátorov so spätnou väzbou Oscilátory so spätnou väzbou vychádzajú z poznatku o kladnej SV v zosilňovači, pri ktorom za splnenia podmienky prenosu (A.B=1) sa obvod dostane na hranicu stability. Ak má obvod spätnej väzby prenosovú funkciu aspoň 2.rádu, môže hranica stability reprezentovať ustálený harmonický signál.


24

6.4.1 RC oscilátory Princíp RC oscilátorov vychádza zo všeobecnej blokovej schémy.

Blok A je regulovateľný zosilňovač (frekvenčne nezávislý), blok B tvorí pásmový priepust RC.

Podrobnejšia schéma ukazuje princíp automatickej regulácie zosilnenia pomocou SV so žiarovkou. Jej vlákno pri zmene prúdu mení odpor a tým stabilizuje amplitúdu napätia. RC oscilátor s tzv. Wienovým článkom je pomerne citlivý na nepresnosť hodnôt prvkov RC. Lepšie vlastnosti možno dosiahnuť zapojením s premosteným T článkom.

6.4.2 LC oscilátory Princíp LC oscilátorov vychádza tiež zo všeobecnej blokovej schémy. Používajú sa pre vysoké frekvencie, pre ktoré sú hodnoty L a C malé. Ako zosilňovač sa používa tranzistor v zapojení SE. Väzba signálu je uskutočnená pomocou vf transformátora.

Aby nebolo potrebné používať transformátory, boli vyvinuté tzv. trojbodové oscilátory: 1. Hartleyov (2 indukčnosti, 1 kondenzátor) 2. Colpitsov (2 kondenzátory , 1 indukčnosť)

Zapojenie Hartleyovho (vľavo) a Colpitsovho oscilátora (vpravo)


25

6.4.3 Generátory neharmonických kmitov Generátory neharmonických kmitov generujú nesínusový (často obdĺžnikový) priebeh napätia. Pre vznik kmitov sa využíva kladná spätná väzba. Existuje mnoho zapojení, ktoré možno realizovať pomocou tranzistorov, operačných zosilňovačov, alebo logických obvodov. Astabilný multivibrátor Tranzistory sa vplyvom kladnej spätnej väzby cez kondenzátory C1, C2 správajú ako spínače, ktoré sa striedavo prepínajú.

Po pripojení napájacieho napätia tranzistor s vyšším zosilnením sa otvára viac a cez kondenzátor zatvorí druhý tranzistor. Po vybití kondenzátora sa dej opakuje opačne. Astabilný multivibrátor s OZ Zapojenie pracuje ako komparátor s hysteréziou, ktorý preklápa na základe zmien napätia uC na kondenzátore C.

Generátor tvarových kmitov Zapojenie pozostáva z integrátora a komparátora s hysteréziou. Na výstupe integrátora je trojuholníkový priebeh, na výstupe komparátora (vpravo) uO2 je obdĺžnikový priebeh.

Ďakujem za vašu pozornosť

Kontaktný e-mail: [email protected]

Documents

Elektrotechnika 2 DTI - LS 2015 Prednášajúci: doc. Ing ...files.ddttii.webnode.sk/200000230-77434783dc... · jeden induktor, alebo kapacitor. Ak obvod obsahuje len rezistívne