Lineáris adóvégfokozatok
Egyoldalsávos jelek erősítése
Az egyoldalsávos jelek előállítása után, azok szintjét néhány watt és néhányszor száz watt közötti teljesítményre kell emelni. A jelek torzításmentes erősítésére szolgálnak a lineáris erősítők. Az ilyen erősítők kimenőfeszültsége arányos a bemenetükre adott feszültséggel. A szükséges erősítés eléréséhez többnyire két-három fokozat szükséges. Ezek mindegyikére teljesülni kell a linearitás feltételének. A jó linearitás és a jó hatásfok egymással ellentétes feltételek, így az erősítő tervezése során az ésszerű kompromisszumok megkeresése a feladat. Az erősítőket üzemi beállításaik alapján osztályokba szokás sorolni. (A,B,C,AB stb) Az üzemi beállítások főként a vezérlőrács negatív előfeszültségével és az arra adott meghajtó feszültséggel jellemezhetők. Az alacsony szintű ssb jeleket A osztályú erősítővel szokás erősíteni. Az ilyen beállítású erősítők linearitása jó, de hatásfokuk alacsony. A hatásfok elméletileg 0.5, de a gyakorlatban 0.3-0.25 értékekre lehet számítani. Az anódáram formája ezekben az erősítőkben követi a vezérlőfeszültség formáját. Az anódkörbe iktatott árammérő konstans értéket mutat, a bemenőjel értékétől függetlenül. Ez azt jelenti, hogy a fokozatból kivehető teljesítmény nem haladhatja meg a csőre maximálisan megengedett anóddisszipációt. A vezérlőrácson a meghajtás során nem alakulhat ki a katódhoz képest pozitiv feszültség, igy rácsáram sem folyhat. A hatásfok és a teljesítmény között az alábbi összefüggés áll fenn:
[math] P={P_a}{\eta\over{1-\eta}}[/math]
Ahol P a leadott teljesítmény, Pa a csőre megengedhető anódteljesítmény, η a hatásfok. Például ha Pa= 40 W ( GU50 ) és a hatásfok 0.25, akkor az erősítő által leadott teljesítmény : P=400.25/(1-0.25)= 13.3W Ha a hatásfok 0.75 ( B osztályú erősítő ) akkor a leadott teljesítmény P=400.75/(1-0.75)=120W Az anódon fellépő teljesítmény mindkét esetben 40 W, vagyis ha a hatásfok háromszorosára növelhető, akkor a kivehető teljesitmény majdnem megtízszereződik. Ezért a lineáris teljesítményerősítők nem A osztályú beállításban dolgoznak. Az AB1 beállításban kevesebb a rács negatív előfeszítése, igy a hatásfok kb 55%-ra javul, de a linearitás kissé romlik. Rácsáram ebben a beállításban sem folyhat. Az AB2 beállítás az AB1 és B osztályú beállítás közé esik. Az ilyen erősítőkben a vezérlőjel pozitív csúcsai környékén rácsáram is megjelenhet. Az anódáram mérő műszer kivezérlés nélkül sokkal kevesebbet mutat mint vezérlés esetén. A B osztályú beállítás esetén a nyugalmi anódáram nulla. A kivezérlés során az anódáram megszakad a vezérlőjel negatív félperiódusaiban, és csak a pozitiv félperiódus alatt folyik. Az anódáram folyási szöge θ=90 %. Az ilyen erősítő elméleti hatásfoka η=π/4 vagyis 78.5 %. Gyakorlatban 60-70 % hatásfok érhető el. A C osztályú beállítás a táviró üzemmódra kedvező, megfelelő linearitás ilyen beállításban nem érhető el.
A lineáris erősítő torzításának hatása.
A torzítások hatása egy példán keresztül érzékelhető. Ha az egyoldalsávos jelet egy 7000-7003 kHz áteresztőtartományú szűrővel állítottuk elő, és két jellel, 1 illetve 2 kHz-el moduláljuk, akkor a szűrő kimenetén megjelenik 7001 és 7002 kHz-es jel. Az erősítő anódáramának lefolyása egy szinuszjel pozitív félperiódusához hasonló, míg a vezérlés negatív félperiódusa alatt nincs anódáram. Az anódáram nem szinuszos, tehát harmonikusokat tartalmaz. A harmonikusok frekvenciája 14002, 14004, 21003, 21006 stb kHz. Ezeket a harmonikusokat az anodköri 7 MHz-re hangolt rezgőkör hatásosan csillapitja. A nem lineáris karakterisztika miatt, a harmonikusok keresztmodulációja során azonban más frekvenciájú jelek is keletkeznek, de vizsgáljunk csak a második és harmadik harmonikusok hatásából néhányat:
14002-7002=7000 kHz –ez az ssb szűrő és a modulátor által elnyomott frekvencia, amit nem állt szándékunkban kisugározni, de az anódköri rezgőkőr nem csillapítja.
21003-14004=6999kHz –ez az elnyomott oldalsávba eső frekvencia, és az anódköri rezgőkőr ezt sem csillapítja.
21006-14002=7004 kHz –ilyen összetevő nem szerepelt a kisugárzott jelben, és az anódköri rezgőkör ezt sem csillapitja.
A példa két szinuszos modulálójel esetét vizsgálja. Ilyen állapotot kéthang generátorral lehet szimulálni. A valóságos helyzet ennél sokkal rosszabb, mivel a beszédhang sokkal több harmonikusból áll. Igy az üzemi csatornában dúsul a spektrum az eredeti hangban nem szereplő spektrális összetevőkkel, de az üzemi csatornán kívüli összetevök is megjelennek, például az elnyomott oldalsávhoz tartozó tartományban. Az ilyen beállítású adóra mondják a hallgatói, hogy fröcsköl. Az adó üzemeltetője meg azt mondja, hogy rossz a vevő állomás szűrője. Könnyű eldönteni melyik állítás igaz. A nonlinearitás főleg két esetben jelentkezik. A csőkarakterisztika nyitó szakaszán, amikor kicsi a kivezérlés, és a túl nagy kivezérlések esetén, amikor a tápfeszültség korlátozza a kimenőjel további növekedését. Az első esetben a munkapont precíz beállítása, a második esetben az ALC helyes beállítása hozhat megoldást. (Vagy a meghajtás más módon történő korlátozása.) Sok amatőr azt gondolja, hogy amikor a meghajtást csökkenti, javul a linearitás. Ennek természetesen az ellenkezője igaz. A linearitás az optimális teljesimény esetén a legjobb.
Lineáris erősítő torzításának vizsgálata
A lineáris erősítő linearitását úgy lehet vizsgálni, hogy a kivezérlést a nulla és maximális érték között ciklikusan kell változtatni, és ennek során az erősítés nem változhat. Az ilyen erősítő torzítatlanul közvetíti a hangot Ezt a vezérlést kéthang generátorral lehet elvégezni. A kéthang generátor két szinuszos lefutású jelet állít elő, melyek pontosan azonos amplitudójúak. Ilyet bárki készíthet, ez két egytranzisztoros oszcillátor, melyek kimeneti feszültsége trimmerpotméterrel azonos amplitudójúra állítható. A két azonos amplitúdójú jel közös ellenálláson összegződik. Ha ezzel a két jellel egyszerre vezéreljük a modulátort, akkor a két hang együttes hatása miatt a végfok kimeneti feszültsége a nulla és maximális teljesitmény között fog változni a két hang lebegése miatt. A kimenőjel burkolójának lefutása pontosan megfelel egy szinuszjelnek, (szemüvegábra) és oszcilloszkópon megfigyelhető. Az emberi szem 1% torzítást még észtevesz egy szinuszjelen, az általánosan használt oszcilloszkópok képernyőjének méretei mellett. A linearitás akkor jó, ha a burkoló nem tér el a szinusztól. Az eltérés két esetben feltűnő. Ha a végfok nyugalmi árama kicsi, akkor ugynevezett keresztezési torzítás figyelhető meg a burkolón. Ekkor az időtengelyen vizszintes csík jelenik meg a nulla körüli feszültségeknél. A nyugalmi áram növelésével ez a vizszintes csík egy ponttá csökkenthető. Egy földelt katódú kapcsolás esetén ez a maximális áram harmadrésze- fele körül alakul ki. Ez meglehetősen rossz hatásfokot jelent. Földelt rácsú kapcsolásoknál a nyugalmi áram akár huszad része is lehet a maximális áramnak, miközben elfogadható a linearitás.
A túlzott meghajtás abból látszik, hogy a burkoló szinusz csúcsai ellaposodnak, legömbölyödnek. Ez csak jól beállított ALC-vel, vagy a meghajtóteljesítmény más módon történő korlátozásával védhető ki. De az anódfesz növelése is segit. ( Átmenetileg HI.)
Ha a burkoló pozitív és negatív oldalának lefutása nem egyezik, akkor a cső nem az optimális terhelésre dolgozik. Ez segédrácsfeszültség vagy anódfeszültség megváltoztatásával korrigálható.
Látható, hogy a vizsgálathoz oszcilloszkóp szükséges. A szemüvegábra gyors elemzésekhez alkalmasabb. De a vizszintes lemezpárra adva a modulálójelet, a függőlegesre pedig az egyenirányított és szűrt burkolót, egy 45 fokos egyenes fog látszani a képernyőn, ha lineáris az erősítő. A görbe, kanyarodó végű ferde vonal azt jelzi, hogy a lineár még nincs kész.
Ha a szkópunk fűggőleges erősítője nem viszi át a vivőt, gondoljunk arra, hogy a vizsgált jel elég nagy ahhoz, hogy közvetlenül a függőleges eltérítő lemezekre is kapcsolhatjuk, esetleg csatolt rezgőkör segitségével. Igy akár 2m-es végfokokat is vizsgálhatunk linearitásra.
Ha a vizsgálatot egy moduláló frekvenciával végezzük, a nagyfrekvenciás jel lefutása mindíg szinuszos, ezért ezzel lineáris torzítás nem kiértékelhető. A riportok alapján megállapított torzításnemtes működés még tájékoztató információnak sem elfogadható.
