Potlačení transistorového zvuku.
- Jako poslední bod, který je důležitý hlavně pro zesilovače výkonové, je potlačení tranzistorového zvuku. Jen připomenu co je tranzistorový zvuk a proč vzniká. Je to vlastnost zesilovače s velkým zesílením v otevřené smyčce a značným počtem aktivních prvků, přes které je silá záporná zpětná vazba.
- Typický případ tranzistorového zvuku je většina tranzistorových zapojení, odtud tranzistorový zvuk. U zapojení elektronkových se většinou nevyskytuje právě proto, že elektronky nebyly zapojovány se zpětnou vazbou přes mnoho prvků a navíc nemívaly natolik velké zesílení v otevřené smyčce.
- Tranzistorový zvuk lze jednoduše popsat, či změřit na zesilovači kde přivedeme velký pomalý obdélníkový kmitočet a současně s ním velmi vysokou frekvenci s malou amplitudou. Elektronka nám nepřenese příliš věrně obdélník, ale neztratí po čas celého průběhu vysoké frekvence.
- Většina tranzistorových zesilovačů má mnohem strmější hranu pomalého obdélníku, ale vlivem velkého zesílení a velké zpětné vazby dojde po čas přeběhu k přebuzení, zahlcení jednotlivých stupňů a než dojde k jejich ustálení je vysoká frekvence potlačena.
- V praxi to vypadá tak, že obdélník je téměř věrný a malá vf amplituda, vždy po přeběhu, změně úrovně, jistý čas chybí. Rovněž se nepříjemně projevuje i ostré ořezání signálu u tranzistorových zesilovačů při limitaci.
- Lze říci že „zapojení Federmann“ není těmito problémy příliš postiženo. Malý počet prvků neumožňuje zahlcení zpětné vazby, rovněž tomu napomáhá značně široká frekvenční charakteristika. Co se týče vlastní limitace lze ji dosáhnout blízkou napájecímu napětí a tím je zaručeno, že již není čím budit výstupní transistory, pak dochází k nepatrnému zaoblení hran před vlastní limitaci.
- Obecně lze říci, že zapojení slučuje výhody transistorů i elektronek. Přičemž si sebou nenese jejich nevýhody. Srovnání s elektronkou je na místě, neboť v běžném stupni je většinou taky pouze jeden zesilovací prvek s elektronkou, obdobně jako je v uvedeném zapojení dosahováno hlavní zesílení pouze na jednom prvku.
- Rovněž lze sledovat i dobu odezvy změny vstupního napětí na výstupu. Tato odezva je někde kolem 3ns!!! Graf je použit jako detail s grafu použitého pro měření symetrie. Po uvedeném čase 3ns je pak tvar výstupního napětí do značné míry podmíněn kapacitami použitých prvků a velikostí proudů, kterými se kapacity nabíjí. Symetrie je pak dána symetrií nabíjecích a vybíjecích proudů!!!
Závěr
Zapojení je rovnocenné s OZ, kde jediným rozdílem je mnohem větší rozsah napájecího napětí a tím možnost dosáhnout značné dynamiky výstupního napětí, jak již bylo popsáno.
Nelze opomenout ani vynikající vlastnosti frekvenční a šumové. Na obrázcích jsou znázorněny jak frekvenční charakteristiky tak je zde znázorněna i rychlost přeběhu, pokud si uvědomíme, že jde jen o Nf zesilovač, obdélníkový průběh s opakovací frekvenci 1MHz, a výstupním napětím Ušš=100V , pak již není k tvaru ani přeběhu asi co dodat, snad jen že rychlost přeběhu je cca 1,1kV/µs !!!???
Zde je ještě prostor! Pro to abych chtěl říci, že rychlost přeběhu jako taková není rozhodující parametr a mohl by se navíc stát jako parametr zavádějící.
Uvedené „zapojení Federmann“ nebylo konstruováno s ohledem na rychlost přeběhu, tato rychlost přeběhu vyšla jako důsledek ostatních kriterií.
Proč nepovažuji rychlost přeběhu jako směrodatný parametr?
Důvod je zcela prostý. Samotnou rychlost přeběhu je nutné doplnit o měření doby odezvy, kterou jsem již zmínil.
Proč právě měření doby odezvy?
Celý problém bych přirovnal k dominu. U mnoho tranzistorových zapojení se může stát, že dosahuje značné rychlosti přeběhu, ale doba odezvy je pomalá. Proč právě domino? Velká změna napětí na vstupu se dále zesiluje a pokračuje k dalšímu a dalšímu stupni zpětná vazba zatím nezaregistrovala změnu výstupního napětí, proto se jednotlivé stupně překlápí jako padající domino. Při velké změně vstupního signálu opačným směrem se vše po jistém čase, čase odezvy, opakuje naopak, poté teprve dojde k ustálení stavu na správné úrovni.Takto se dá, dosáhnou na výstupu velmi rychlé změny, ale po značné době odezvy, než signál projde celým zapojením. Dalo by se říci, že některé stupně mají tendenci kolem hodnoty zakmitat.Uváděný model zapojení je postaven na zesílení jednoho tranzistoru, přičemž vstupní tranzistor zajišťuje pouze napěťové a proudové přizpůsobení. Jak je zřejmé ze simulovaných, ale i naměřených hodnot je doba odezvy minimálně o řád či několik řádů kratší, nežli je rychlost přeběhu, což u většiny jiných zapojení není splněno.
Jako směrodatné pak považuji měření, kde změna vstupního signálu nastane dříve, nežli výstupní signál přeběhne do ustálené hodnoty, lze tedy mluvit o něčem jako reverzní režim.
S přiložených grafů je pak zřejmé, že doba odezvy s ustáleného stavu byla cca 3ns, ale doba odezvy s přebíhajícího stavu je 6ns, tudíž čas dvojnásobný. Vlivem značné symetrie ve své funkčnosti je tato hodnota obdobná i pro obrácenou polaritu.
Měřený čas považuji za dobu nutnou od provedené změny na vstupu, po dobu odezvy na výstupu, kdy její reakce odpovídá změně, která ji vyvolala. Jednoduše řečeno, kdy se začne výstup skutečně chovat tak jak se chovat má, jak se od něj očekává. Zde je vidět, že doba odezvy není větší než 6ns, při celkové době přeběhu u velkých signálů cca 60-100ns.
V přiměřené míře zde popsané vlastnosti a principy na modelu platí i pro konkrétní zapojení jednotlivých obvodů, koncového stupně a různých zapojení předzesilovačů.