Naplnění jednotlivých požadavků

Maximální rozsah napájecího napětí

Maximální rozsah napájecího napětí při téměř stejných vlastnostech zesilovače bez nutnosti měnit použité prvky umožňuje použití konstantních proudových pracovních bodů všech tranzistorů.

Pracovní body tranzistorů jsou odvozeny od konstantních zdrojů proudů, kde (ICT1+ICT2)=II1 a ICT3=II2. Lze říci, že tímto se dosáhne minimálního pracovního napětí o málo většího nežli je UCEsat. Další a to větší omezení pro minimální napájecí napětí je ukryto v konstantních zdrojích proudů, které lze úspěšně realizovat nad cca 3V. 

 Při tomto napětí však máme nedostatečný rozkmit výstupního napětí a proto lze úspěšně použít napájecí napětí od 5V. Napájecí napětí maximální je naopak dáno pouze průrazným napětím použitých tranzistorů. Pak není problém realizovat zesilovač, který je schopen provozu od 5V až například do napětí 1kV!!!

Většinou však vystačíme od 2x5V až do 2x100V. Pro mne je přijatelné napětí 2x30v až 2x50V.

Na přiložených obrázcích dole je zřejmá závislost výstupního klidového napětí V(B) na napájecím napětí a proudu prvního proudového zdroje. Na obrázcích nahoře je pak zobrazeno kolektorové napětí vstupních tranzistorů. Je zde zřejmé, že pokud nastavíme optimální, nulové napětí na výstupu při napájecím napětí 35 Volt (obrázek prostřední), pak při napájecím napětí 5 Volt (obrázek první), či napájecím napětí 65 Volt (obrázek třetí), nepřekročí výstupní napětí odchylku100mV.

Měl bych ještě odpovědět, proč mne natolik upoutalo napájecí napětí. Našel bych několik důvodů.

Pro koncové stupně je vhodné, aby napájecí napětí korespondovalo s výstupním výkonem, jen tak se dosáhne optimální účinnosti. Pak navrhovat různé zapojení pro 10W, 100W a 1kW je práce navíc. Nehledě na skutečnost, že mezi těmito hodnotami je ještě řada dalších.

Pro předzesilovače je vhodné pracovat spíše na větším napětí, v případě potřeby je nutno se občas spokojit s napětím menším. Uvedenému zapojení je téměř jedno, při jakém napětí je provozováno. A proč doporučuji napětí větší? Důvodem je přebutitelnost a také odstup signál šum. Pro většinu zapojení s IO je typické výstupní napětí cca100mV s obdobnou citlivostí koncového stupně. Osobně radši používám +6dB, tj. 1.55V. Jde o napětí více jak 10x větší. Při použití prvků se stejným šumem je mé zapojení lepší jak o 20dB. Při použití menšího počtu prvků je pravděpodobný i menší výstupní šum a lze dosáhnout hodnot až o 40dB lepších. Pokud by někdo použil stejné napětí pro IO, vznikne mu problém s malou přebutitelnost, maximálním výstupním napětím.

Necitlivost na změny napájecího napětí

Necitlivost na změny napájecího napětí je zaručena jak stabilizací pracovního bodu (již popsáno), tak nepoužitím kondenzátorů, které by bylo nutno v klidovém stavu nabíjet, čímž by mohly ovlivňovat pracovní body jednotlivých tranzistorů. Pokud jsou v reálném zapojení použity kondenzátory, pak je jejich klidové napětí blízké nule. Necitlivost na změnu napájecího napětí je zřejmá i s předchozích obrázků, grafů.Našly by se minimálně dva důvody proč o tuto necitlivost usilovat. Jeden důvod je potlačení rušení z napájení a důvod druhý je ukryt právě u koncových stupňů. Při zapnutí není nutno čekat na ustálení napěťových poměru a pracně odpojovat reproduktor, či jej opožděně připojovat. Výstupní napětí je definováno někde od 3,5V, kdy maximální výstupní může být do 1V, dále pak je již zaručeno výstupní napětí dle napětí vstupního. Prostě řečeno, žádné rázy, žádné trhání reproduktorových membrán při zapnutí, ale taky žádné rázy při přepínání vypínačů ve společné síti.

Maximální frekvenční rozsah

Značný frekvenční rozsah umožňuje zapojení tranzistoru T3 s aktivní zátěží, dále značně malý rozkmit napětí  UBET1 , UCET1 a UBET3, tímto řešením bylo dosaženo značného potlačení vlivu CBET1 CCBT1, a také CBET3.  Hlavní vliv na frekvenční rozsah má nejenom fT jednotlivých tranzistorů, ale velikost rozkmitu napětí na CCB a nabíjecím, či vybíjecím proudu. Nemalý podíl zde hraje rovněž minimum aktivních prvků. Na skutečném zesílení se podílí pouze tranzistor T3 a určuje hlavní měrou frekvenční vlastnosti. A kam by měl vlastně frekvenční rozsah sahat, když slyšíme ani ne jen do 20kHz!!! Sám zastávám názor, že slyšíme do 20kHz, ale vnímáme

minimálně 10 x výše. 15kHz slyší téměř každý, pokud změníme průběh mezi sinusovým a obdélníkovým pak každý pozná změnu barvy tonu, ale další obsažená harmonická je až 45kHz …. Osobně doporučuji se nebát hranice 500kHz a výše. Přiložený první graf ukazuje zesílení při 20 dB a druhý pak zesílení při 34 dB.

Značnou míru symetrie

Dostatečná symetrie je dána aktivní zátěží pro T3, tvořenou I2. Pokud si uvědomíme, že T3 je vlastně rovněž ve své podstatě proudový zdroj řízený napětím UCT1. Vůči zátěžím, pak v obou půlvlnách pracuje proudový zdroj o podobných (stejných) vlastnostech (u většiny jiných zapojení je použit tranzistor a kolektorový odpor). Použitím proudového zdroje I1 a naprosto symetrickým zapojením T1 a T2 se rovněž zachovává dostatečná symetrie.

Zde by se mohlo zdát, že jsem v předchozí větě psal o nevhodnosti použití transistoru a jeho kolektorového odporu, samozřejmě to platí i pro tento případ, ale s jistou změnou. Jak bylo popsáno dříve, rozkmit UCET1 je blízký nule a tím i nabíjení  CCBT1 přes emitorový odpor a vybíjení přes transistor je téměř nulový. Průběhy při frekvenci 1MHz jsou zřejmé s grafu, je zde i zřejmé, že obě hrany jsou si časově podobné, což u jiných zapojení většinou není splněno.

Dostatečné zesílení otevřené smyčky

Dostatečné zesílení je dáno zesílením  T3 s aktivní zátěží, v otevřené smyčce pak zesílení přesahuje značně 104.  S přiložených grafů je zřejmá velikost vstupního napětí zobrazena na grafech vynásobením 50x, velikost napětí výstupního a také napětí na obou kolektorech vstupních tranzistorů. Při výstupním napětí 50 Volt je rozkmit napětí na kolektorech budících tranzistorů pouhých cca 50mV pro T1 a 100mV pro T2. Je zřejmé, že zesílení samotného transistoru T3 je pak řádově 103.

Tvarová odchylka je neměřitelná. Vznik tvarového zkreslení a jeho symetrie při frekvenci 1MHz je zřejmá s grafů předchozích. Pro výstupní signály menší, tj. 1 Volt a 100mVolt jsou průběhy přiloženy, je zde zřejmý vliv výstupního klidového napětí, kde jsem úmyslně ponechal nevykompenzované nastavení.

Diskuse

První část

Druhá část

Třetí část