RozloÅ¾enÃ½ jednofÃ¡zovÃ½ jistiÄ - Rutar

Rutar Jaromír, Zesilovače a oscilátory 1 

Zesilovače a oscilátory 

Obsah: 

Zesilovače – rozdělení, základní pojmy a vlastnosti 

Rozdělení zesilovačů dle pracovních tříd 

Rozdělení zesilovačů dle druhu vazby mezi jednotlivými stupni zesilovače 

Rozdělení zesilovačů dle zapojení tranzistorů 

Nízkofrekvenční zesilovače 

Stabilizace pracovního bodu 

Výkonové (koncové) zesilovače 

Pracovní třídy výkonových zesilovačů 

Zesilovače s IO, emitorový sledovač, Darlingtonův zesilovač 

Zpětná vazba 

Vysokofrekvenční zesilovače 

Širokopásmové zesilovače 

Oscilátory – úvod, princip 

Oscilátory LC 

Oscilátory RC 

Oscilátory řízené krystalem 

Rutar Jaromír, Zesilovače a oscilátory 1

2 

Rutar Jaromír, Zesilovače a oscilátory 

Zesilovače - rozdělení, základní pojmy a vlastnosti 

-elektronické zařízení, které zesiluje elektrický signál (není to zdroj energie) 

-k práci potřebuje jiný zdroj, který doplňuje vstupní energii na výstupní, část přitom mění na ztrátové teplo 

-jde o čtyřpól, který má vstup a výstup 

-na vstupní svorky přivádíme signál, který chceme zesílit, na výstupu pak tento zesílený signál odebíráme 

-úkolem zesilovače je tak zesilovat vstupní elektrický signál 

-vstupní signál i zesílený výstupní signál mají určitou velikost napětí, mohou do obvodu dodávat určitý proud 

-součin proudu a napětí tvoří elektrický výkon, tudíž můžeme u el.signálu určit i výkon odevzdaný do zátěže 

Parametry zesilovače 

-udávají základní vlastnosti zesilovače 

-Zesílení 

-Nelineární zkreslení 

-Stabilita (odolnost proti rozkmitání) 

-Šířka pásma (kmitočtový rozsah, který je zesilovač schopen zesílit) 

Zesílení 

-udává kolikrát je signál na výstupu větší než signál na vstupu zesilovače 

-(kolikrát je vstupní signál na výstupu zesílen) 

-zesílení je bezrozměrová jednotka, bezrozměrné číslo 

-často se udává v decibelech [dB] y = log x x = 10 Y 

Zesílení zesilovače je vždy definováno poměrem změny výstupního napětí nebo proudu ke změně napětí 

nebo proudu na vstupu. 

Je nutné si uvědomit, že se jedná o zesilování změn napětí, změn proudu, nikoliv pouze o zesilování napětí či 

o zesilování proudu 

Změna vstupního parametru 

Aby zesilovač mohl pracovat, potřebuje přivádět el.energii z vnějšku. Ta se např. přivádí přes výstupní obvod 

zesilovače. Rovněž ke vstupu zesilovače je nutné přivádět další pomocné napětí, aby zesilovač mohl správně 

pracovat. Tato pomocná, ale pro funkci zesilovače nutná napájecí napětí, nemají s vlastním signálem, který 

chceme zesilovat, nic společného. 

Zesílení zesilovače je proto vždy definované poměrem změny amplitudy výstupního signálu (napětí, proudu) 

ke změně amplitudy vstupního signálu (napětí, proudu). Jde-li o střídavý signál, považujeme střídavé napětí 

(proud) za periodické změny a zesílení je analogicky dáno poměrem velikosti výstupního k velikosti vstupního 

střídavého signálu. 

2 Rutar Jaromír, Zesilovače a oscilátory


Zkreslení signálu 

Dalším požadavkem na zesilovač je, aby průběh výstupního signálu byl přesně lineárně zvětšený obraz 

vstupního signálu (nebyl nějak zkreslený). Zesilovače však zesilují signál dostatečně lineárně jen za určitých 

podmínek. Čím více se zesilovač od těchto podmínek odchyluje, tím více se projeví nelinearita v zesílení. 

Říkáme, že zesilovač zkresluje 

Zkreslení je způsobeno nelinearitou aktivních součástek. Jednoduše řečeno se změnou vstupního napětí se 

mění i zesílení. Toto tzv. nelineární zkreslení vykazuje každý zesilovač. Jeho velikost vyjadřuje tzv. činitel 

harmonického zkreslení k, který udává, kolik procent vyšších harmonických kmitočtů se po zesílení 

v původním signálu objevilo. 

Nelineární zkreslení např. zvukových (nf) zesilovačů bývá v rozmezí 0,1 až 5%. Zkreslení větší než 1% lze už 

rozeznat sluchem. Zesilovače třídy HiFi mají povoleno zkreslení max. 0,5% 

Zkreslení velmi závisí na amplitudě. Při zvětšování hlasitosti reprodukce zvuku se od určité meze zkreslení 

velmi zvětšuje. 

Rozdělení zesilovačů 

-dle frekvence 

nf zesilovače, zpracovávají slyšitelné kmitočty (16Hz až 20kHz) 

vf zesilovače, zesilují jen určité frekvenční pásmo 

-dle velikosti vstupního signálu 

předzesilovače, zesilují signály malé úrovně 

výkonové zesilovače, zesilují signály z předzesilovačů na požadovaný výkon 

-dle šířky přenášeného pásma 

úzkopásmové 

širokopásmové 

(šířka pásma je relativní, vztahuje se ke střednímu kmitočtu pásma) 

-dle pracovních tříd 

základní jsou zesilovače třídy A, B, C 


4 


Rozdělení zesilovačů dle pracovních tříd 

-rozdělení je dáno polohou pracovního bodu na převodní charakteristice tranzistoru 

-převodní charakteristika je závislost kolektorového proudu I k na proudu do báze I b 

Zesilovač třídy A 

-má klidový pracovní bod umístěný v lineární části charakteristiky 

-výstupní proud Ik prochází tranzistorem po celou dobu trvání signálu 

-zesilovače mají malé zkreslení a všeobecné použití 

Zesilovač třídy B 

-má klidový pracovní bod umístěn v době zániku kolektorového proudu Ik 

-obvykle se používají v tzv. dvojčinném zapojení 

-(každý tranzistor zesiluje jednu polovinu periody signálu) 

-při nulovém signálu neprotéká žádný proud, proto má zesilovač třídy B velkou účinnost. 

Zesilovač třídy C 

-má pracovní bod pod zánikem kolektorového proudu Ik 

-(část signálu se tak ořízne a zbytek zesílí) 

-používá se tam, kde nám nevadí velké zkreslení, oddělovací stupně, omezovače 


Rozdělení zesilovačů dle druhu vazby mezi jednotlivými stupni zesilovače 

-rozeznáváme vazbu stejnosměrnou, transformátorovou, s RC členy 


Stejnosměrná vazba 

-báze následujícího tranzistoru je galvanicky spojená s kolektorovým 

výstupem předchozího stupně 

Transformátorová vazba 

-oba zesilovací stupně jsou galvanicky (stejnosměrně) odděleny 

Kapacitní vazba 

-vazební člen tvoří kondenzátor C V , který stejnosměrně odděluje oba 

stupně 


6 


Rozdělení zesilovačů dle zapojení tranzistoru 

Zapojení SE (společný emitor) 

-má poměrně velký vstupní i výstupní odpor 

-velké napěťové, proudové a výkonové zesílení 

-používá se velmi často 

-používá se též jako tranzistorový spínač 

Zapojení SB (společná báze) 

-má malý vstupní a velký výstupní odpor 

-velké napěťové a výkonové zesílení 

-malé proudové zesílení 

Zapojení SK (společný kolektor) 

-zapojení se nazývá emitorový sledovač (výstup z emitoru je ve fázi se vstupem) 

-se společným kolektorem proto, že vstup je do báze a výstup je z emitoru, 

proto musí být společný kolektor 

(kolektor je spojen se společným vodičem prostřednictvím napájecího zdroje) 

-velký vstupní a malý výstupní odpor 

-malé napěťové, velké proudové a výkonové zesílení 

Rozdělení zesilovačů dle zesilovacích prvků 

-rozeznáváme zesilovače elektronkové, tranzistorové (bipolární NPN, PNP a unipolární např. FET…), 

integrované (operační, výkonové zesilovače) 



Nízkofrekvenční zesilovače 

-zesiluje kmitočty akustického rozsahu, pásmo slyšitelnosti (16Hz až 20kHz), používá se zesilovač třídy A 

Popis: 

-vstup zesilovače tvoří svorky 1 a 1‘, na něž je přiveden signál určitého napětí ze střídavého zdroje 

-výstup tvoří svorky 2 a 2‘, na něž je připojena zátěž R Z 

-zdroj signálu, který chceme zesílit, je od zesilovače stejnosměrně oddělen vazební kapacitou C V1 

-zátěž R Z je od zesilovače rovněž stejnosměrně oddělena vazební kapacitou C V2 

-klidový pracovní bod P ve třídě A, je ve výstupních charakteristikách nastaven pomocí I K , U KE , I B 

-( I K -kolektorový proud, U KE -kolektorové napětí, I B -proud báze) 

-požadované hodnoty napětí a proudů se nastaví ve vstupním obvodu pomocí R B , ve výstupu pomocí R K a R E 

-obvody zesilovače prochází stejnosměrný proud a naměříme zde pouze stejnosměrná napětí 

-jedná se o stejnosměrné nastavení pracovního bodu, říkáme, že obvod se nachází ve statickém stavu 

-kapacita C E zajišťuje, že se emitorový rezistor R E pro střídavou složku emitorového proudu takřka neuplatní 

Nastavení pracovního bodu 

-pracovní bod P leží na určité výstupní charakteristice použitého tranzistoru a na tzv. zatěžovací přímce 

-volba charakteristiky, neboli nastavení proudu do báze, je určena velikostí rezistoru R B 

-zatěžovací přímka určuje proudové a napěťové poměry kolektorového obvodu 

-pro kolektorový obvod můžeme dle II. Kirchhoffova zákona napsat rovnici U KK = R K .I K + U KE + R E .I E 

-jelikož platí, že I K ~ I E můžeme rovnici zjednodušit U KK = I K .(R K + R E ) + U KE 

-výraz vyjadřuje rovnici zatěžovací přímky 

-přímka je určena dvěma body, které stanovíme jako průsečíky přímky s osami U KE a I K 

Zatěžovací přímka 

Bod A-mezní stav, tranzistor uzavřen → I K = 0 

-dosazením do rovnice zatěžovací přímky dostaneme→ U KE = U KK (čili souřadnice průsečíku s osou U KE ) 

Bod B-mezní stav, tranzistor zkratován → U KE = 0 

-dosazením do rovnice zatěžovací přímky dostaneme→ I Kmax =U KK / (R K +R E ), (průsečík s osou I K ) 

-spojením bodů A a B obdržíme zatěžovací přímku, která určuje veškeré možné poměry na tranzistoru 

-přímka protíná zvolenou VA-charakteristiku tranzistoru v pracovním bodě P, jenž určuje klidový proud báze 

-I B se nastaví při napájecím napětí U KK pomocí rezistoru R 

BB 

Dynamický stav 

-po připojení signálu, tedy střídavého napětí u 1 , se dle okamžité hodnoty signálu posouvá pracovní bod 

-(obvod se nachází v dynamickém stavu) 

-změna napětí báze-emitor ∆U BE vyvolá změnu proudu do báze I B 

-změna proudu I B vyvolá změnu kolektorového proudu ∆I K dle zatěžovací přímky 

-změna kolektorového proudu ∆I K pak vyvolá změnu kolektorového napětí ∆U KE 


8 


Stabilizace pracovního bodu 

-poloha klidového pracovního bodu je neměnná, pokud je teplota okolí stálá 

-teplota okolí se však mění, navíc se tranzistor sám zahřívá průchodem kolektorového proudu I K 

Vliv teploty 

-při změně teploty se posune pracovní bod po zatěžovací přímce a změní se tak kolektorový proud I K 

Stabilizační obvod 

-kolísání pracovního bodu způsobuje změnu zesílení tranzistoru (proto používáme tzv. stabilizaci obvodu) 

-lineární a nelineární prvky stabilizačního obvodu jsou zapojeny tak, aby na nich vzniklé úbytky napětí 

působily proti změnám proudu, které jsou způsobeny změnami teploty 

Zpětnovazební stabilizační obvod 

-zpětné působení proti nějakému jevu se nazývá zpětná vazba 

-(proto v našem případě hovoříme o zpětnovazebním stabilizačním obvodu) 

-napětí U B0 je dáno děličem R B1 a R B2 ze stabilizovaného napájecího zdroje a je proto konstantní 

-platí U B0 = U BE + R E .I E 

-při zvýšení teploty tranzistoru se zvýší I K a I E 

-tím se zvýší U RE = R E .I E 

-U B0 je konstantní (stabilizovaný napájecí zdroj) 

-dle rovnice U B0 = U BE + R E .I E se tak musí snížit U BE 

-snížení napětí U BE vede ke zmenšení proudu báze I B 

-zmenšení proudu báze I B vyvolá snížení proudu I K 

Stručně řečeno: 

Zvýšení I K vyvolá zpětnou vazbou jeho snížení 

Stabilizační obvod tedy způsobuje, že změna I K vyvolaná 

změnou teploty je menší než by byla v obvodu bez 

stabilizace 

Bezprostřední příčinou teplotní změny I K je změna 

zbytkového kolektorového proudu I KE0 

Jiný způsob stabilizace pracovního bodu 

-vzroste-li kolektorový proud I K poklesne napětí U KE 

-pokles napětí se přes zpětnovazební odpor R ZV přenese na bázi 

-tím poklesne i napětí U BE a to sníží kolektorový proud I K 



Výkonové (koncové) zesilovače 

-zesilují signál z předzesilovačů na výkon požadovaný do zátěže 

-zátěž tvoří obyčejně reproduktorová soustava, ve které se elektrický výkon přemění na akustický 

-reproduktory se k zesilovači připojují pomocí výstupního transformátoru (VT) 

-dnes se stále častěji připojují už bez VT 

-používá se dvojčinné zapojení, tj. zesiluje se zvlášť kladná půlvlna signálu a zvlášť záporná půlvlna signálu 

-proto je nutné použít dva zesilovače třídy B pracující paralelně 

Na sekundárním vinutí transformátoru TR 1 

získáme dva symetrické signály fázově 

posunutých o 180° 

Při kladných půlvlnách se otevírá tranzistor 

T 1 , při záporných půlvlnách se otevírá T 2 

Ve výstupním transformátoru Tr 2 se oba 

zesílené kolektorové proudy sečítají 

Tranzistorový invertor 

-vybudit tranzistory T 1 a T 2 můžeme i jinak 

-vstupní transformátor nahradíme tranzistorovým invertorem 

-napětí U 2 a U 2 ‘ mají rovněž opačnou fázi 

-výstupy z invertoru tak otevírají T 1 a T 2 stejně jako v předešlém zapojení 

-určitým zapojením lze nahradit i výstupní transformátor 

-použitím tzv. doplňkových (komplementárních) tranzistorů lze vynechat i invertor 

Zesilovač bez výstupního transformátoru 

-je nutno použít dva naprosto stejné (parametricky) tranzistory 

-(stejné zesílení, výkon, odpor a ostatní parametry) 

-liší se pouze typem vodivosti (jeden je typu PNP, druhý NPN) 

-takovéto dvojici tranzistorů říkáme doplňkové (komplementární) 

-oba tranzistory jsou buzeny nesouměrně z jednoho bodu 

-kladná půlvlna vstupního signálu otevírá T 1 , T 2 je zavřený 

-procházející i 1 vytvoří na R Z zápornou půlvlnu výstupního napětí 

-(cesta proudu i 1 → + zdroj, RZ, C, T1, - zdroj) 

-záporná půlvlna výstupního napětí nabije kondenzátor C na →(- +) 

-záporná půlvlna vstupního napětí otevírá T 2 , T 1 je zavřený 

-C se začne vybíjet přes R Z a T 2 proudem i 2 

-proud i 2 vytvoří na R Z kladnou půlvlnu výstupního napětí 

-komplementární zapojení se používá pro výkony až desítky wattů 


10 


Pracovní třídy výkonových zesilovačů 

-charakterizují chování tranzistoru ve funkci zesilovače, při konkrétním nastavení pracovního bodu 

-v podstatě jde o to, do jaké míry bude tranzistor v klidovém stavu (bez buzení) otevřen, případně uzavřen 

-pracovní bod se týká převodní charakteristiky tranzistoru 

-pracovní bod se po ní s časem pohybuje, v závislosti na okamžité úrovni a polaritě vstupního signálu. 

-názorněji to ukáže graf s převodní charakteristikou tranzistoru, znázorněnou v prvním kvartálu (vlevo nahoře) 

na obr. 1.109. 

-zidealizovaná přímka zde vyjadřuje vtah dvou veličin: kolektorového proudu I C a proudu báze I B 

-platí, že kolektorový proud je funkcí proudu báze 

-třídy rozeznáváme a označujeme velkými písmeny abecedy: A, B, AB, C, D, G, H, S, T 

-označení třídy svým způsobem definuje: 

bud' pracovní charakteristiku koncového stupně výkonového zesilovače 

nebo základní princip činnosti celého zesilovače 

-třídy se mohou dle potřeb ještě dále podrobněji dělit 

Malina slovník obrázek „třídy zesilovačů“ 

Výkonový zesilovač ve třídě A 

Pracovní bod nastavíme do středu mezi max. a min. hodnotou 

kolektorového proudu I C , tj. do bodu A převodní charakteristiky 

-takto jsou nastaveny všechny napěťové zesilovače 

-pro ně je charakteristická velikost napětí na kolektoru tranzistoru 

-U C = poloviční napětí zdroje 

-tranzistorem teče trvale klidový proud 

-zesilovač při své činnosti signál nezkresluje 

-pracuje po celou periodu, tzn. je otevřen 360° 

V nf technice třídy A se v koncovém stupni používají výkonové součástky (bipolární tranzistory, MOSFET, 

elektronky atd.) obvykle v jednočinném zapojení a mají nastavený klidový proud takové velikosti, aby byly 

stále ve vodivém (neboli aktivním) stavu. 

Díky velkému klidovému proudu pracují výkonové součástky zhruba uprostřed své lineární pracovní oblasti 

(tranzistorem prochází proud po celou dobu periody vstupního střídavého signálu) a mají ze všech tříd 

nejmenší zkreslení signálu. 

Velkou nevýhodou třídy A je velice malá energetická účinnost koncového stupně. Z toho vyplývá relativně 

velký příkon, který se z větší části mění v teplo. 

Zesilovač vyžaduje velice robustní konstrukci s dobrým odvodem tepla z 

výkonových součástek a jsou v něm kladeny značné nároky jak na 

výkonové součástky zesilovače, tak i na napájecí zdroj 

Výkonové zesilovače ve třídě A nejsou příliš rozšířeny, objevují se pouze 

na trhu High-End zařízení, kde se uvádí podíl zhruba 10 procent ze všech 

zesilovačů na spotřebitelském trhu.. 

Výhody: 

- mají ze všech tříd nejmenší zkreslení signálu 

Nevýhody: 



- malá energetická účinnost koncového stupně 

Výkonový zesilovač ve třídě AB 

Tranzistor je téměř uzavřen, teče jen nepatrný klidový proud. Pracovní bod je nastaven v dolní části 

charakteristiky, do bodu AB. Tranzistor reaguje prakticky jen na jednu půlvlnu střídavého signálu (180°), 

podle své vodivosti. Proto v nf zesilovači jsou potřebné vždy dva tranzistory (dvojčinné zapojení). Účinnost, 

zesilovače je pak mnohem vyšší než ve třídě A 

-vf zesilovač se spokojí i s jedním tranzistorem, jestliže je 

v kolektoru zapojen rezonanční obvod 

-třída AB je kompromisním řešením mezi třídami A a B s tím, 

že má poněkud blíže ke třídě B 

-jedná se v podstatě o pracovní třídu B se zavedeným malým 

klidovým proudem. 

-klidový proud sice nepatrně zvyšuje spotřebu a snižuje 

účinnost, ale zdaleka ne tak, jako u zesilovačů třídy A 

-výhodou je naopak podstatné zmenšení přechodového 

zkreslení ve srovnání s výkonovými stupni ve třídě B 

Zjednodušeně lze říci, že při malých signálech pracuje zesilovač třídy AB jako zesilovač ve třídě A a při 

velkých signálech jako zesilovač ve třídě B se všemi výhodami z toho vyplývajícími (dobrou účinností a velmi 

malým nelineárním zkreslením) 

Z těchto důvodů se staly výkonové zesilovače pracující ve třídě AB nejoblíbenější a většina lineárních 

zesilovačů na trhu jsou právě výkonové zesilovače ve třídě AB. 

Výhody: 

-podstatné zmenšení přechodového zkreslení ve srovnání s výkonovými stupni ve třídě B 

-dobrá účinnost a velmi malé nelineární zkreslení 

Výkonový zesilovač ve třídě B 

Od třídy AB se liší tím, že tranzistor je zcela uzavřen, neteče žádný klidový proud. Pracovní bod se pohybuje 

v aktivní oblasti po dobu nejvýše 180°, zpracovává tak pouze jednu půlvlnu. V dvojčinném zapojení slouží 

takový zesilovač v nf koncových stupních, jestliže se vhodným způsobem zamezí přechodovému zkreslení. Ve 

vf technice nachází plné využití (lineární zesilovače SSB), podobně jako zesilovače třídy AB. 

V nf technice se v koncovém stupni tříd B používají 

výkonové součástky ve dvojčinném zapojení a mají 

nastavený nulový klidový proud. 

V jedné polovině koncového stupně jsou výkonové 

součástky aktivní pouze při kladné polaritě 

zpracovávaného signálu a při záporné polaritě signálu 

jsou nevodivé. 

Obě poloviny koncového stupně se tak v závislosti na 

polaritě nf signálu střídají v činnosti a vzájemně se 

doplňují. 

Protože přechod z nevodivého do aktivního stavu je pouze pozvolný, jsou v okolí průchodu zpracovávaného 

signálu nulou výkonové součástky v obou polovinách koncového stupně téměř nevodivé a na průběhu 

výstupního signálu tak vzniká jakýsi "schod" 


12 


Vzniklé nelineární zkreslení signálu se nazývá přechodové, je velmi dobře slyšitelné a uplatní se zejména u 

signálů s malou amplitudou. 

Výhodou třídy B oproti třídě A je větší účinnost, bez signálu neodebírá koncový stupeň žádný proud. Při 

malém signálu se proudový odběr jen pozvolna zvětšuje. 

Kvůli velkému zkreslení se výkonové zesilovače v čisté třídě B v nf technice téměř nepoužívají. 

Výhody: 

-oproti třídě A je podstatně větší účinnost 

Nevýhody: 

-velké nelineární zkreslení signálu 

Výkonový zesilovač ve třídě C 

Pro nf zapojení nemá význam, zato ve vf technice se dobře uplatní pro vysílače AM a FM. Tranzistor není 

otevřen ani polovinu periody vstupního signálu (předpětí báze). Pracovní bod C se pohybuje v aktivní oblasti 

po mnohem kratší dobu než je 180° a nachází se na „prodloužené“ převodní charakteristice. Vzniklé zkreslení 

není překážkou, jestliže je v kolektoru vf rezonanční obvod. Zesilovač vyžaduje větší budící signál, ale zároveň 

pracuje s nejvyšší účinností. 

Výkonové součástky zesilovače v této třídě mají nulový klidový proud a navíc mají zavedeno předpětí, které je 

dále zavírá. Proto přecházejí z nevodivého do aktivního stavu až ve špičkách vstupního signálu, jejichž velikost 

dosahuje řádu desítek procent napájecího napětí. Zkreslení výstupního signálu je proto ještě mnohem 

výraznější než ve třídě B. 

Z tohoto důvodu jsou výkonové zesilovače ve třídě C v nf technice nepoužitelné. Používají se však v 

jednočinném i ve dvojčinném zapojení ve vysokofrekvenční technice ve vysílačích. 

Výkonový zesilovač ve třídě D 

-nepatří do kategorie lineárních zesilovačů 

-pro zpracování signálu používají techniku pulsně šířkové modulace PWM (Pulse Width Modulation) 

-často se užívá označení "digitální zesilovač" 

-velká účinnost, pohybující se zpravidla kolem 80 % a více 

(zesilovače odvozené od třídy B nedosahují účinnosti ani 50 % a účinnost zesilovačů ve třídě A je ještě horší) 

Velká účinnost vyplývá z toho, že koncové tranzistory (elektronky se nepoužívají) výkonového zesilovače ve 

třídě D pracují ve spínacím režimu (bud' jsou vypnuté nebo plně sepnuté). 

Nevýhoda, která vyplývá ze samotného principu činnosti, je sice ne velké, ale přece jen větší zkreslení, než se 

běžně dosahuje se zesilovači ve třídě A nebo AB. Pokud by mělo být zkreslení srovnatelné, vyžadovalo by to 

další složitější obvodové řešení. 

Je však nutné si uvědomit, že výkonové zesilovače ve třídě D jsou ve srovnání s lineárními zesilovači ve třídě 

A nebo třídě AB relativně novou záležitostí a jsou tudíž stále ještě ve vývoji. Avšak už i dnes existuje 

spousta digitálních výkonových zesilovačů, které mohou se svými staršími, lineárními konkurenty směle 

soutěžit. 

Výkonové zesilovače ve třídě D zpracovávají analogový signál, jak již bylo výše uvedeno, s použitím techniky 

pulsně šířkové modulace PWM, což je klíčem k dosažení extrémně velké účinnosti tohoto typu výkonových 

zesilovačů. Na výstupu zesilovače jsou pravoúhlé impulsy o vysokém kmitočtu s proměnnou šířkou, která nese 

informaci o analogovém vstupním signálu. 



Na obrázku je průběh signálu na výstupu digitálního 

zesilovače ve třídě D 

Obdélníkový průběh je před filtrací, sinusový po 

filtraci výstupním filtrem 

Výhody: 


Nevýhody: 

-běžně větší zkreslení, než se dosahuje se zesilovači ve třídě A nebo třídě AB 

Výkonový zesilovač ve třídě G 

Výkonové zesilovače ve třídě G využívají zpravidla koncový stupeň ve třídě AB, takže se neliší v práci 

samotného koncového stupně. Liší se však ve způsobu napájení koncových tranzistorů, které je dvou nebo i 

vícestupňové, což zjednodušeně znamená, že se velikost napájecího napětí koncového stupně přizpůsobuje 

velikosti požadovaného výstupního výkonu. 

Při menším výkonu pracuje koncový zesilovač s menším napájecím napětím, a když výstupní výkon přesáhne 

určitou nastavenou velikost, je připojeno větší napájecí napětí, aby koncový stupeň mohl dodat větší výstupní 

výkon. 

Výhodou pracovní třídy G je zvětšená účinnost oproti pracovní třídě AB a z toho odvozená menší hmotnost a 

rozměry zesilovače. To vše za cenu poněkud složitějšího návrhu zapojení. 

Výhody: 

-zvětšená účinnost oproti pracovní třídě AB 

Nevýhody: 

-složitější návrh zapojení. 

Výkonový zesilovač ve třídě H 

Výkonové zesilovače v této třídě mají stejný základ jako zesilovače ve třídě G, ale velikost napájecího napětí 

koncového stupně se v tomto případě nemění skokově, nýbrž přesně sleduje velikost vstupního signálu. 

Napájecí napětí koncového stupně je tak drženo přesně na takové úrovni, jaká je potřebná pro zachování 

správné činnosti výkonových součástek s ohledem na aktuální velikost požadovaného výstupního výkonu. Na 

výkonových součástkách zesilovače je tedy vždy konstantní úbytek napětí. 

Výhody: 

-ještě větší účinnost než u třídy G 

Nevýhody: 

-značná složitost zapojení 


14 


Výkonový zesilovač ve třídě S 

Takto bývají dnes označovány modernější typy spínaných (neboli digitálních) výkonových zesilovačů, které se 

od třídy D liší tím, že díky implementaci novějších metod digitálního zpracování signálu již na výstupu 

nepotřebují filtr LC k potlačení spínacího kmitočtu a dalších produktů spínání - tzv. spínané zesilovače 

"Filterless". 

Výhody: 


-nepotřebují filtr LC k potlačení spínacího kmitočtu 

Nevýhody: 

-běžně větší zkreslení, než se dosahuje se zesilovači ve třídě A nebo třídě AB 

Výkonový zesilovač ve třídě T 

Výkonové zesilovače ve třídě T tvoří principem činnosti a z toho vyplývajícími dosaženými parametry průlom 

v nelineárním, digitálním zpracování signálu. 

Výkonové zesilovače pracují na podobném principu jako zesilovače třídy D, ale s použitím vylepšeného a 

velice dobře propracovaného algoritmu řízení. Výsledkem je účinnost výkonového zesilovače kolem 90 % a 

především to, že zesilovače této třídy dosahují opravdu vynikajících zvukových parametrů. 

Firma Tripath Technology vyvinula speciální algoritmus pro modulaci zpracovávaného nízkofrekvenčního 

vstupního signálu vzorkovacím signálem s vysokým kmitočtem. Technologie kombinuje analogové i digitální 

zpracování signálů a celý algoritmus byl vyvinut na základě nejnovějších poznatků. Zmiňovaný originální 

algoritmus je odvozen od algoritmů využívaných zejména v signálových procesorech pro telekomunikace. 

Nf výkonové zesilovače s těmito obvody dosahují vynikajících kvalitativních parametrů, mezi něž v první řadě 

patří velmi malé zkreslení a vysoká účinnost při dosažených velkých výstupních výkonech. 

Z velké účinnosti zesilovačů automaticky vyplývá řada dalších výhod, jako jsou minimální nároky na chlazení 

a následně i nižší náklady s tím spojené. Potřeba buď žádného, nebo jen velmi malého chladiče přispívá k 

celkové robustnosti zesilovače a kompaktnosti řešení - odtud vynikající poměr objemu a váhy zesilovače k 

výstupnímu výkonu. I cena je s ohledem na dosažené vynikající parametry poměrně nízká a celkové řešení 

svým způsobem jednoduché. 

Řadu výkonových zesilovačů ve třídě T od firmy Tripath Technology tvoří v současné době více jak jedna 

desítka obvodů. První tři obvody (TA1101 B, TA2020-020 a TA2022) jsou úplné výkonové zesilovače, tedy 

včetně koncového stupně s výkonovými tranzistory, které jsou součástí čipu integrovaného obvodu. 

Ostatní obvody (TA3020, TA0102A, TA0103A a TA0104A) koncový stupeň nemají a jejich výstupy fungují 

jako "drivery", tj. budiče vnějších výkonových spínacích tranzistorů, které tak tvoří koncový stupeň 

výkonového zesilovače. 

Výhody: 

-velmi vysoká účinnost výkonového zesilovače (kolem 90 %) 

-velmi malé zkreslení 

-možnost dosažení velkých výstupních výkonů 

Nevýhody: 

-nevhodný návrh desky s plošnými spojí, rozmístění součástek či odchylky jejich parametrů mohou výrazně 

degradovat parametry celého zesilovače. 



Zesilovače s IO, emitorový sledovač, Darlingtonův zesilovač 

Integrovaný zesilovač 

-dnes se často používají výkonové nf integrované zesilovače 

-(MA0403, MBA810, MDA2010, 2020 atd.) 

-vnitřní zapojení bývá dosti složité 

-vnější součástky mají hlavně funkci filtrační 

-nebo chránící proti parazitním kmitům 

-v zapojení s MBA 810 je při výstupním napětí 60mV výstupní výkon 

5W do zátěže R Z =4Ω 

Emitorový sledovač 

-ze všech zapojení má největší vstupní impedanci 

a nejmenší výstupní impedanci (i to je někdy výhodné) 

-nedochází k fázovému posunutí 

-fáze výstupního napětí U 2 je stejná jako u vstupního U 1 

Parametry vedlejšího obvodu: 

R vstup = 250kΩ 

R výst = 5 až 100Ω 

A U = 0,9 (napěťové zesílení) 

A I = 20 až 100 (proudové zesílení) 

Darlingtonův zesilovač 

-vznikne kaskádním zapojením dvojice tranzistorů v zapojení SK-SK 

-podobně lze zapojit i Darlington v provedení tranzistorů PNP 

-vynikající impedanční vlastnosti a velké zesílení 

-parametry jsou výhodnější než u emitorového sledovače 

-kombinace obou tranzistorů se na vývodech chová jako jeden tranzistor 

-proudové zesílení h 21E je rovno násobku proudových zesílení obou tranzistorů: h 21E = h 21E (T 1 ) · h 21E (T 2 ) 

-používá se ke zvětšení zesílení výkonových tranzistorů, které mívají proudové zesílení řádově desítky 

Princip: 

-přivedením proudu do bT 1 se T 1 pootevře 

-jeho kolektorový proud I C1 = I B · h 21E (T 1 ) teče do bT 2 , čímž se T 2 pootevře 

-kolektorový proud tranzistoru T 2 bude přibližně I C = I C2 = I C1 · h 21E (T 2 ) = I B · h 21E (T 1 ) · h 21E (T 2 ) 


16 


Zpětná vazba 

-zpětnou vazbou v zesilovací technice se rozumí přenesení části výstupního signálu znovu na vstup 

-takovýto zpětný přenos má podstatný vliv na vlastnosti zesilovače 

Vliv zpětné vazby na velikost zesílení 

-přenos celého zesilovače můžeme rozdělit na: 

Přímý přenos zesilovače 

(zesílení bez zpětné vazby) 

Zpětnovazební přenos 

Přenos celého zesilovače 

(zesílení se zpětnou vazbou) 

Zesílení zesilovače s kladnou zpětnou vazbou 

z obrázku vyplývá: u 1 = u 0 + u Z z toho u 0 = u 1 – u Z po dosazení za u Z = β.u 2 dostaneme výraz 

a po vydělení čitatele a jmenovatele u 1 dostaneme 

neboli 

-součin přenosů zesilovače a zpětné vazby β.A U snižuje velikost jmenovatele v předcházejícím zlomku 

-proto bude nutně A U ‘ > A U , neboli tato tzv. kladná zpětná vazba zvyšuje zesílení zesilovače 

Zesílení zesilovače se zápornou zpětnou vazbou 

Z obrázku vyplývá: u 1 = u 0 - u Z 

(překřížením vodičů jsme přehodili výstup zpětné 

vazby, nastává tak jiná zpětná vazba, záporná) 

a výraz se změní na 

-součin přenosů zesilovače a zpětné vazby β.A U zvyšuje velikost jmenovatele v předcházejícím zlomku 

-proto bude nutně A U ‘ < A U , neboli tato tzv. záporná zpětná vazba snižuje zesílení zesilovače 


Vlivy zpětné vazby na další vlastnosti zesilovače 

Kladná zpětná vazba 

-na vstupu se zpětnovazební signál sčítá se zesilovaným vstupním signálem 

Zvyšuje se zesílení 

Zvětšuje se zkreslení 

Zmenšuje se stabilita, může dojít k rozkmitání zesilovače (využito u oscilátorů) 

Záporná zpětná vazba 

-na vstupu se zpětnovazební signál odčítá od zesilovaného vstupního signálu 

Zmenšuje se zesílení 

Zmenšuje se zkreslení 

Zlepšuje se stabilita 

Zvětšuje se šířka pásma (kmitočtový rozsah, který je zesilovač schopen zesílit) 


Příklady zapojení obvodů se zpětnou vazbou v zesilovačích 

Proudová zpětná vazba 

-zpětnovazební napětí UZ se vytváří na rezistoru RE při vynechání CE 

-zpětná vazba je úměrná kolektorovému proudu (proto se nazývá proudová) 


18 


Vysokofrekvenční zesilovače 

-zesilují elektrické signály jen v určitém, přesně stanoveném frekvenčním pásmu 

-signály s frekvencí mimo toto pásmo jsou potlačeny 

-využívá se vlastností paralelního rezonančního (laděného) obvodu 

Vf zesilovače můžeme rozdělit na: 

Kanálové: 

-zpracovávají signály určité frekvence s nejbližším okolím. (např. potřebné k přenosu jedné stanice) 

Pásmové: 

-určité pásmo kanálů ( VKV I,VKV II, UHF, VHF) 

Širokopásmové: 

-všechna pásma, využívá vlastností paralelního rezonančního obvodu 

-některé příklady 

Vf zesilovač s jednoduchým laděným obvodem 

Paralelní rezonanční obvod tvoří selektivní zátěž, která 

je naladěná na střední frekvenci zesilovaného frekvenčního pásma 

Stejnosměrný pracovní bod je nastaven R B1 , R B2 

a R E . R V je vstupní odpor následujícího obvodu 

Impedance laděného obvodu je veličina frekvenčně závislá, 

která ve stavu rezonance nabývá maxima 

a má určitý reálný charakter 

Zesílení zesilovače určuje jednak zesílení tranzistoru T, 

ale i rezonanční impedance laděného obvodu 

Činitel jakosti tohoto obvodu určuje šířku přenášeného pásma 

Zesílení je největší ve středu pásma, 

tj. pro rezonanční kmitočet dle Thomsonova vzorce, pro nižší a vyšší frekvence klesá 

Šířka pásma je dána poklesem zesílení o -3dB na každou stranu 

od rezonanční frekvence 

Popsaný zesilovač se značně liší od požadovaného (ideálního) stavu 

Při velkém činiteli jakosti Q je malá šířka přenášeného pásma 

a při malém Q je nevyhovující selektivita 

(neostrý přechod mezi potlačenými a požadovanými kmitočty) 



Vázané rezonanční obvody 

Pro výše uvedené důvody se u jakostnějších vf 

zesilovačů používají tzv. vázané rezonanční 

obvody 

Jde o vf zesilovač s větší šířkou pásma 

Přenos energie ze vstupního do výstupního obvodu 

určuje činitel vazby mezi rezonančními obvody, 

které lze nastavit vzájemnou indukčnost M 

Stupeň vazby upravuje tvar rezonanční křivky na 

tzv. vazbu kritickou, nadkritickou a podkritickou 

Největší šířka pásma je u vazby nadkritické 

I zde jsou vlastnosti zesilovače dány zesílením 

tranzistorů, ale i vázanými laděnými obvody 

Pomocí odboček na vinutí laděného obvodu se 

zmenšuje tlumící vliv tranzistoru na laděný obvod 


20 


Širokopásmové zesilovače 

-šířka pásma zesilovaných frekvencí je podstatně větší než u běžných zesilovačů 

-v osciloskopech, v TV jako obrazové zesilovače se šířkou pásma 6MHz, v přijímačích radiolokátorů atd. 

-rozdělují se na širokopásmové zesilovače: 

-s nosnou frekvencí 

-bez nosné frekvence 

Širokopásmové zesilovače s nosnou frekvencí 

-nejjednodušší provedení představuje vícestupňový vf zesilovač s jednoduchými laděnými obvody mezi stupni 

-všechny laděné obvody jsou nastaveny na stejnou frekvenci 

-nazývají se také souběžně laděné 

-šířka pásma se dosáhne tlumením laděných obvodů 

-(přídavnými tlumícími rezistory) 

-počet stupňů určuje zesílení zesilovače 

-s počtem stupňů ale klesá šířka pásma (asi 1MHz) 

Šířku pásma je možné zvětšit tak, 

že naladíme obvody jednotlivých zesilovacích stupňů 

na různé frekvence, vzhledem ke středu pásma 

Takový zesilovač se nazývá rozloženě laděný 

Přenosové charakteristiky dvoustupňového zesilovače tohoto typu je na obrázku 

Širokopásmové zesilovače bez nosné frekvence 

-tento druh zesilovačů má rovnoměrně zesilovat signály o frekvenci několika Hz až několik MHz 

-nejčastěji se používají pro zesílení obrazového signálu v TV technice, proto se také nazývají videozesilovače 

-základní zapojení představuje zesilovač s vazbou s členy RC 

-při malé hodnotě zatěžovacího rezistoru a se zápornou zpětnou vazbou 

-takový zesilovač rovnoměrně zesiluje obrazové signály v dosti širokém frekvenčním pásmu 

Pokles přenosu signálů vysokých frekvencí, způsobených parazitními kapacitami tranzistorů a spojů, se 

kompenzuje obvody s cívkami a kondenzátory a pomocí rozdělení zatěžovacího rezistoru (pomocí tzv. 

kompenzačních obvodů). 



Oscilátory 

-zdroj střídavého napětí, jehož frekvence je určena vnitřními součástkami 

-nezpracovává žádný signál, je sám zdrojem signálu 

Zesílení oscilátoru: 

Zesílení zesilovače 

Přenos zpětné vazby 

Zesílení zesilovače se zpětnou vazbou 

A po dosazení 

Zesilovač jako oscilátor 

-výsledek předcházejícího výpočtu dokazuje, že zesílení výše zapojeného zesilovače roste nade všechny meze 

-ze zesilovače se vlivem kladné zpětné vazby stává oscilátor 

-nárůst amplitudy je omezen zakřivením charakteristiky tranzistoru 

-pro trvalé kmitání oscilátoru musí být splněna amplitudoví a fázová podmínky 

Amplitudová podmínka 

β.A U = 1 → přenos zpětnovazební smyčky se musí rovnat jedné 

Fázová podmínka 

φ A + φ B = 2π → φ A fázový posun tranzistoru, φ B fázový posun zpětné vazby 

Druhy oscilátorů 

-oscilátory rozlišujeme podle: 

druhu řídícího obvodu (podle součástek v obvodu zpětné vazby β) 

frekvence (nf a vf) 

tvaru kmitů (sinusové→LC, RC, řízené krystalem, nesinusové→pilovité, blokující, klopné obvody, aj.) 


22 


Oscilátory LC 

S induktivní vazbou 

-řídící rezonanční obvod je zapojen přímo na výstup zesilovače 

-vstup zesilovače je induktivně vázán s řídícím rezonančním obvodem 

-po zapnutí napájení se prudce zvyšuje proud v cívce L 

-zvyšování proudu vyvolá indukcí zvýšení proudu do bT 

-zvýšení I B zvýší I K 

-zvýšení I K přes indukční vazbu opět zvyšuje I B 

-zastavení nárůstu nastane až nasyceným stavem tranzistoru 

-(vlivem zakřivení charakteristik tranzistoru) 

-tím nastane nepatrné snížení I K 

-snížení I K vyvolá vlivem kladné zpětné vazby snížení I B 

-a stejný děj včetně nasycení se opakuje opačným směrem 

-(záporná část kmitu) 

-v rezonančním obvodu tak vzniká sinusový průběh kmitů 

-oscilátor kmitá na rezonanční frekvenci dle Thomsonova vzorce 

V tříbodovém zapojení 

-obvodově nejednodušší jsou tyto dva druhy 

-indukční větev paralelního rezonančního obvodu je provedena jako dělič napětí 

-rezonanční obvod (jako dělič napětí) je k tranzistoru připojen ve třech bodech 

-rezonanční obvod tvoří zpětnovazební řídící obvod 

-princip je stejný jako u Hartleyova oscilátoru 

-pouze dělič napětí je tvořen kapacitní větví paralelního rezonančního obvodu 

Kvalita sinusových oscilátorů se posuzuje dle stability frekvence kmitů (neměnnost kmitočtu) 

Stabilita se vyjadřuje poměrem ∆f / f 0 a bývá pro uvedená zapojení řádově 10 -3 



Oscilátory RC 

-mají zpětnou vazbu (řídící obvod) vytvořenou kombinací R a C 

-frekvence oscilátoru je dána hodnotami R a C 

-jejich výhodou je jednoduchost 

-nemají v zapojení indukčnost (obtížně se vždy realizuje) 

-řídící obvod tvoří tři derivační články (C 1 R 1 , C 2 R 2 , C 3 R 3 ) 

-každý z nich posunuje fázi svého výstupního napětí o 60° 

-tranzistor posouvá fázi o 180° 

-fázová podmínka φ A + φ B = 2π je splněna 

Oscilátory řízené krystalem 

-splňují požadavek na vysokou stabilitu a přesnost 

-zapojení využívá piezoelektrických vlastností výbrusu krystalu křemene 

-křemenný výbrus (zkráceně krystal) se přiloženým napětím deformuje 

-a naopak, budu-li ho mechanicky deformovat objeví se na jeho polepech napětí 

-v elektrickém obvodu se chová jako rezonanční obvod 

-jeho náhradní schéma je vpravo na obrázku 

-kapacita C R a cívka L R tvoří sériový rezonanční obvod, jehož ztráty vyjadřuje odpor R R 

-kapacita C P představuje kapacitu polepů krystalu a jeho vývodů 

-z náhradního zapojení plyne, že krystal má dvě rezonanční frekvence 

-pro obvod sériový a pro obvod paralelní 

-tomu odpovídající průběh impedance v závislosti na kmitočtu ukazuje další obrázek 

-při frekvenci f S je impedance krystalu nejmenší 

-krystal se chová jako sériový rezonanční obvod 

-zvyšováním frekvence impedance prudce narůstá, při f P dosáhne maxima 

-krystal se chová jako paralelní rezonanční obvod 

-další zvyšování frekvence vede k prudkému poklesu impedance 

-činitel jakosti Q krystalu je neobyčejně vysoký (10 4 až 10 6 ) 

-řádově tedy 100x až 10.000x větší než u obvodů LC 

-kmitočet krystalových oscilátorů je rovněž mnohonásobně stabilnější 

-dosahuje stability 10 -5 až 10 -7 , ve speciálních případech až 10 -9 

-stabilita 10 -7 znamená, že při kmitočtu 1MHz je odchylka nejvýše ±0,1 Hz od jmenovitého kmitočtu 

Indukčnost cívky L R v náhradním zapojení krystalu je velká a kapacita C R je zase velmi malá. Má-li být proto 

kmitočet obvodu zásadně určen krystalem, musí se zapojit tak, aby jeho impedance měla indukční charakter. 

To splňují již jednoduché oscilátory z následujících obrázků 


24 


-nejjednodušší možné zapojení oscilátoru řízeného krystalem 

-tranzistor je v zapojení SE 

-tříbodové zapojení, ve kterém krystal představuje induktivní reaktanci 

-vytváří rezonanční obvod s paralelně připojenými dělenými kapacitami 

-tranzistor je v zapojení SK 

-aby měl krystal induktivní charakter musí frekvence generovaných kmitů 

ležet mezi frekvencemi f S a f P 

Oscilátory řízené krystalem se používají tam, kde je zapotřebí dlouhodobě dodržet kmitočet s velkou přesností 

(kmitavý normál ve vysílačích, počítačích, přesných hodinkách atd.) 

Činitel jakosti krystalu Q je vysoký, stabilní kmitočet (1MHz ±0,1Hz)

RozloÅ¾enÃ½ jednofÃ¡zovÃ½ jistiÄ - Rutar

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

RozloÅ¾enÃ½ jednofÃ¡zovÃ½ jistiÄ - Rutar