O koncovém stupni

Účelem článku je poskytnout základní přehled o vlastnostech různých koncových stupňů a o volbě zatěžovacího odporu elektronky. Za nejvýhodnější přitom považujeme takový odpor, při kterém je střídavý výkon dodaný elektronkou největší. Pro zjednodušení předpokládáme lineární charakteristiky. Mimo to předpokládáme, že se mřížkový proud vyskytne teprve tehdy, dostane-li řídicí mřížka kladné napětí a že vnitřní odpor pentod je nekonečný.

Koncové stupně můžeme rozdělit následovně:

1. Jednočinný stupeň ve třídě A
2. Dvojčinný stupeň ve třídě A
3. Dvojčinný stupeň ve třídě B1 (bez mřížkového proudu)
4. Dvojčinný stupeň ve třídě B2 (s mřížkovým proudem)

V každé skupině budeme uvažovat osazení triodou či pentodou.

Jednočinný stupeň s triodou

U jednočinného stupně s triodou je-jak známo- nejvýhodnější zatěžovací odpor R_a=2R_i (vnitřní odpor elektronky). Pracovní bod zvolíme tak, aby klidový anodový proud byl roven jedné čtvrtině největšího anodového proudu I_amax (při U_g=0V). Přitom nesmí být součin U_a0I_a0 větší, než dovolená anodová ztráta dotyčné elektronky. Pak je dosažitelný výstupní výkon roven P_o=U_a0I_a0/4, to jest čtvrtině anodové ztráty. Účinnost stupně je η=25%. V praxi se volí anodový odpor R_a = (2÷5)R_i. Volbou vyššího R_a klesne výstupní výkon jen málo a zvýší se účinnost. Citlivost se poněkud zhorší, ale především se zmenší zkreslení a také potřebná střídavá složka anodového proudu, která je omezena emisní schopností katody použité triody. Hlavní složkou zkreslení u triodového zesilovače je druhá harmonická.

Chceme-li dosáhnout co nejvyšší účinnosti bez ohledu na buzení, volíme podobně jako u pentody (viz dále) R_a=U_a0/I_a0. Výstupní výkon je P_o=U_a0I_a0/2 a účinnost η=50%.

Jednočinný stupeň s pentodou  

U pentody je nejvýhodnější zvolit pracovní odpor tak, aby klidový proud I_a0 byl roven jedné polovině I_amax, nejvýhodnější anodový odpor R_a=U_a0/I_a0. Pak se výstupní výkon rovná P_o=U_a0I_a0/2 a účinnost  η=50%. Reálná účinnost bývá do 45%, ale takový zesilovač zpravidla již nevyhovuje zkreslením. Pentody jsou v zesilovači třídy A vhodnější než triody, pokud není prvním požadavkem harmonické zkreslení. To je u pentodového zesilovače tvořeno převážně třetí harmonickou.

Dvojčinný stupeň ve třídě A

V tomto případě je klidový pracovní nastaven tak, jako v předešlých odstavcích, účinnost je také stejná. Zkreslení bývá nižší, protože se -za předpokladu shodných charakteristik- na výstupu zesilovače ruší sudé harmonické. Hlavní výhodou zapojení je, že jádro transformátoru není magnetováno stejnosměrnou složkou anodového proudu. Proto může být transformátor navržen menší. Pro dvojčinný stupeň ve třídě A platí, že R_aa=2R_a.

Dvojčinný stupeň ve třídě B1, osazený triodami

Pracovní bod se principielně volí tak, že proud I_a0=0 (definice třídy B). Elektronky tedy pracují střídavě. Na každou mřížku je dovolena maximální amplituda U_g0, nechceme-li připustit mřížkový proud. Je známo, že při omezené amplitudě na mřížce elektronky dosáhneme největšího výkonu, je-li R_a=R_i. Tak je dynamická strmost elektronky rovna poloviční strmosti statické charakteristiky. Potom je amplituda anodového proudu I_a=I_amax/2=U_a0/2R_i. Větve dvojčinného zesilovače pracují střídavě na odporu R_a celkovým střídavým proudem I_a. Je tedy výstupní výkon takového zesilovače P_o=I_a²R_a/2=U_a0²/8R_i=U_a0I_amax/8

Jelikož střední hodnota anodového proudu je 2I_a/π=I_amax/π, je příkon P=U_a0I_amax/π. Z toho plyne, že účinnost η=π/8=39,3%. Zatěžovací odpor mezi anodami R_aa je roven 4R_a.

Dvojčinný stupeň ve třídě B1, osazený pentodami

Základní podmínky jsou stejné jako v předchozím případě. Využijeme-li plně dovolené amplitudy mřížkového napětí, je amplituda anodového proudu I_amax nezávislá na anodovém odporu R_a. Amplituda napětí na R_a je omezena tím, že anoda nesmí být nikdy negativní (amplituda bude tedy U_a0). Výstupní výkon je P_o=I_amaxU_a0/2 , volíme-li R_a=U_a0/I_amax. Podrobnějším rozborem můžeme zjistit, že při dané anodové ztrátě elektronky nesmí být odpor R_a menší než 0,102U_a0²/P_a. Poněvadž střední hodnota anodového proudu je I_a=2I_amax/π, je příkon P=2I_amaxU_a0/π a účinnost je π/4 (78,5%). Zatěžovací odpor mezi anodami je opět R_aa=4R_a.

Dvojčinný stupeň ve třídě B2, osazený triodami nebo pentodami

Mřížkový proud připouštíme, dodává-li budicí stupeň dostatečný výkon k jeho krytí. Často se používá triod s velkým zesilovacím činitelem, které pracují bez mřížkového předpětí. Při normální strmosti mají tyto elektronky velký vnitřní odpor a jejich anodová charakteristika se podobá charakteristice pentod. Z toho je zjevné, že anodový proud nesmí překročit určitou hodnotu I_amax, neboť pak by již nebyla zachována úměrnost mezi I_a a U_g (vliv nasycení). 

Amplitudu anodového proudu zvolíme tedy I_amax a odpor R_a takový, aby amplituda napětí byla teoreticky rovna U_ao. Prakticky se volí menší, vzhledem k zakřivení charakteristiky. Anodový odpor je opět R_a=U_a0/I_amax. Poměry jsou tedy obdobné jako ve třídě B1 (P_o=I_amaxU_ao/2, η=78,5%, R_aa=4R_a).