Říká se jim elky, lampy, baňky... topily v pokojích po mnoho generací. Díky nim přišla elektrotechnická revoluce, vysílání rozhlasu a televize, kamerové systémy. Celá televizní a rozhlasová síť ruské federace využívá československých prvků, mezi hlavní patří elektronky. I naše vysílače stále užívají tuto součástku. A pokud si právě čtete tento článek na klasickém monitoru, veřte nebo ne, jen pár desítek centimetrů od vás to taky topí a žhaví. Tak pojďme si o ních něco říci.

Střídavé zesilovače napětí slouží k zesilování střídavých kmitočtů v určitých rozsazích:

• Nízkofrekvenční zesilovače – bývají nejčastěji určeny pro kmitočet od 15Hz do 20kHz

• Vysokofrekvenční zesilovače - od 20kHz výše.

   

Vysokofrekvenční zesilovače mohou být laděné (pro poměrně úzké pásmo kmitočtů) nebo aperiodické (pro široké pásmo kmitočtů). Nízkofrekvenční zesilovače bývají jen zřídka laděné pro určitý rozsah kmitočtů (selektivní zesilovače). Vazba mezi jednotlivými stupni několikastupňového střídavého zesilovače, je snadnější než u stejnosměrných zesilovačů. Lze použít vazebních prvků které propustí střídavý signál (kondensátory, transformátory), ale nepropustí stejnosměrné anodové napětí předcházejícího stupně na mřížku následujícího stupně. Používá se těchto druhů vazby:

Odporový zesilovač s kapacitní vazbou

U několika stupňového zesilovače pro střídavé napětí lze použít kapacitní vazbu . na obrázku je znázorněn dvoustupňový zesilovač pro kmitočty od několika Hz až do 100kHz. Na anodovém zatěžovacím odporu  prvního stupně vzniká úbytek napětí daný stejnosměrnou i střídavou složkou anodového proudu první elektronky. Vazební kondensátor  přenáší jen střídavou složku napětí na mřížku další elektronky, takže stejnosměrná složka anodového napětí první elektronky nemá vliv na předpětí mřížky druhé elektronky. Kapacita kondensátoru  musí být tak velká, aby kapacitní reaktance  byla malá proti odporu  pro nejnižší přenášený kmitočet . Při vyšších kapacitách  vazebního kondensátoru může dojít k rušivým jevům zaviněným periodickým nabíjením a vybíjením přes mřížkový nebo anodový odpor.

Stejnosměrné mřížkové předpětí elektronek se obvykle získává úbytkem napětí na katodových  odporech   a  , blokovacích paralelními kondensátory  a (elektrolytické  kondensátory s velkou kapacitou), aby na nich nevznikalo též střídavé napětí střídavou složkou anodového proudu. Mřížky jsou spojeny se záporným uzemněným pólem zdroje mřížkovými odpory  a  (značně velkými, aby nezpůsobily podstatné zeslabení střídavého signálu na mřížce), takže mají záporné předpětí proti katodě, dané úbytkem na  a

Tlumivkový  zesilovač s kapacitní vazbou

Zesilovače s transformátorovou vazbou

Transformátorová vazba se používá u zesilovačů jak pro nízké tak pro vysoké kmitočty. Zesilovače s transformátorovou vazbou mají velké zesílení. Transformátorů se železnými plechy se používá do kmitočtů 30kHz . K zesílení vyšších kmitočtů se používají transformátory s feritovým jádrem nebo vzduchových transformátorů bez jádra. Transformátor stejně jako kondensátor odděluje stejnosměrné anodové napětí od s střídavého mřížkového napětí následující elektronky.

Souměrné zesilovače s transformátorovou vazbou

Souměrné nebo též dvojčinné zapojení je dokonalejší zapojení které se používá zvláště u výkonových zesilovačů.

Principiálně zapojení: anody elektronek jsou připojeny k primárnímu    

vinutí výstupního transformátoru Tr2. mezi střed výstupního transformátoru a katody elektronek je zapojen zdroj anodového napětí. Zátěž se připojuje k sekundárnímu vinutí tohoto transformátoru. Mřížky elektronek jsou připojeny na sekundární vinutí tohoto transformátoru Tr1, mezi jehož střed a katody je vložen zdroj mřížkového předpětí.

Dvojčinné zapojení má oproti jednoduchému zapojení několik předností, například to že jádro výstupního transformátoru není stejnosměrně magnetováno anodovým proudem (stejnosměrné složky anodového proudu obou elektronek působí v obou částech primárního vinutí proti sobě, kdežto střídavé složky působí souhlasně).

Souměrný dvojčinný zesilovač má malé zkreslení i tehdy, když elektronky pracují v třídě B. Střídavá mřížková napětí obou elektronek mají opačné fáze; je-li jedna elektronka uzavřená zápornou půlvlnou napětí na mřížce, pracuje druhá elektronka při kladné půlvlně. Lze tedy zvětšit účinnost zesilovače a využít ve větším rozsahu charakteristiky elektronky. Použitá dvojce elektronek musí mít pokud možno co nejshodnější charakteristiky.

 Zpětná vazba

Přivedeme-li část výstupního napětí zesilovače zpět na jeho vstup, vzniká zpětná vazba. Podle toho, zda přiváděné napětí zvětšuje napětí na vstupu (je ve stejné fázi), nebo vstupní napětí zmenšuje (je v opačné fázi), rozeznáváme vazbu kladnou nebo zápornou. Zpětná vazba má vliv nejen na zesílení, ale i na vstupní a výstupní impedanci, zkreslení a jiné vlastnosti zesilovače.

 Kladná zpětná vazba:

Chceme-li určit početně vliv kladné zpětné vazby, určíme především tzv. součinitele zpětné vazby , který je dán výrazem:

Kde k je číslo, udávající jaká část výstupního napětí se přičítá ke vstupnímu napětí . A  zesílení zesilovače bez zpětné vazby. Zesílení A´ s kladnou zpětnou vazbou je větší než původní zesílení A, neboť vždy je <1.

V případě že  a   nabývá zlomek nekonečně velké hodnoty a zesílení by mělo růst nad všechny meze. Ve skutečnosti se však zesilovač mění na generátor kmitů (oscilátor), který kmitá s amplitudou omezenou křivostí charakteristiky (dolní a horní ohyb).

Pro vznik oscilací tedy platí podmínka:    
Kladná napěťová zpětná vazba zvyšuje vstupní impedanci Z´  
Kde: Z - je výstupní impedance zesilovačů bez zpětné vazby.

Zkreslení při stejném vstupním signálu je vlivem kladné zpětné vazby větší a dá  se podobně vyjádřit.

Záporná zpětná vazba

Přivedeme-li na vstup zesilovače část napětí v opačné fázi, vzniká záporná zpětná vazba. Činitel záporné zpětné vazby je

 Činitel  se liší od činitele  znaménkem v součtu. Ostatní znaky mají stejný význam. Zesílení A´  při zavedení záporné zpětné vazby je menší než původní zesílení A, neboť vždy je:                                               

Výstupní impedance Z´se zápornou zpětnou vazbou zmenšuje proti původní výstupní impedanci Z

Záporná napěťová zpětná vazba zmenšuje tedy nejen zesílení ,nýbrž i výstupní impedanci (odpor) zesilovače, tj. snaží se udržet stále výstupní napětí (při stálém vstupním napětí) nezávisle na změnách zatížení  (na odběru proudu ze zesilovače)

Kromě napěťové záporné zpětné vazby můžeme zavádět i zápornou proudovou zpětnou vazbu, odečteme-li od vstupního napětí úbytek napětí na rezistoru jimž prochází výstupní proud. Proudová záporná zpětná vazba se snaží udržet stejný výstupní proud nezávisle na zatěžovací impedanci, tj. zvětšuje výstupní impedanci (odpor) zesilovače.

Záporná zpětná vazba dále zmenšuje zkreslení zesilovače, zlepšuje stálost zesílení (potlačuje např.změny zesílení následkem stárnutí elektronek a změnou napájecího napětí) a zmenšuje rušivé signály vznikající v zesilovači (s výjimkou rušivých signálů vznikajících v mřížkovém obvodu prvního stupně). To je často důležité v průmyslových elektronkových zařízeních, kde na stálosti velmi záleží.

Při použití záporné zpětné vazby je třeba dát pozor zvlážť na to, že činitel  a k je ve skutečnosti závislý na kmitočtu ( podobně jako zesílení A vlivem vazebních kapacit a indukčnosti, vlivem vnitřních kapacit elektronek atd.). Pro některý kmitočet (jenž může ležet i mimo pracovní kmitočet pásmo zesilovače) může záporná zpětná vazba přejít v kladnou a může dojít ke vzniku oscilací, tj. k nestabilitě zesilovače.

Katodový sledovač

Příkladem zesilovače s napěťovou zápornou zpětnou vazbou je tzv. katodový sledovač. Zatěžovací odpor Rk, něhož se odebírá výstupní napětí, je zde zařazen v katodovém obvodu (a není blokován kondensátorem). Celé výstupní napětí u2 se odečte od vstupního napětí u1 (napětí mezi řídící mřížkou a katodou je dáno rozdílem u1-u2), tak�e je k=1. Je-li zesílení elektronky  bez zpětné vazby A značně velké, platí přibližně 1+kA=kA a výsledné zesílení katodového sledovač bude A´=A(1+kA)=1/k=1. Výstupní napětí na katodovém odporu je pak přibližně rovné vstupnímu napětí ( sleduje změny vstupního napětí – odtud název katodový sledovač). Na rozdíl Od jiných zesilovačů neobrací katodový sledovač fázi; výstupní napětí má stejnou fázi jako vstupní napětí.