Amplificator Emitor Comun [PDF]

Zitiervorschau

1

Contents Argument ..................................................................................................................................................................3 1.Amplificatoare generalitati ....................................................................................................................................5 1.1 Clasificare .......................................................................................................................................................5 1.2 Parametrii amplificatoarelor ...........................................................................................................................6 CAPITOLUL 2 Amplificator de tensiune in emitor comun .....................................................................................8 2.2 Amplificatoare de tensiune în montaj emitor comun EC ...............................................................................9 2.2 Comportarea amplificatorului de tensiune in functie de frecventa .............................................................. 11

2

Argument

3

4

1.Amplificatoare generalitati Amplificatorul este un circuit (bloc funcţional) care realizează creşterea puterii semnalului, păstrând informaţia din semnalul original. Creşterea puterii semnalului se face pe seama energiei absorbite de la sursa de alimentare. În general, la amplificarea unui semnal se doreşte ca acesta să nu se modifice ca şi formă, de unde rezultă că amplificatorul trebuie să lucreze liniar. Există totuşi situaţii în care amplificatorul lucrează liniar, dar forma semnalului este afectată de distorsiunile de amplitudine sau de fază. Un caz de acest gen se întâlneşte în domeniul circuitelor de impulsuri, unde forma semnalului poate fi uşor afectată, fără a se pierde informaţia. Cea mai simplă relaţie care poate caracteriza un amplificator este următoarea:

x t   A  y t  unde: x(t) este vectorul mărimilor de intrare; y(t) – vectorul mărimilor de ieşire; A – amplificarea. Amplificatorul este prezent în majoritatea circuitelor care realizează alte funcţii de prelucrare a semnalului (oscilatoare, stabilizatoare, modulatoare, demodulatoare, convertoare). 1.1 Clasificare  După natura semnalului preponderent amplificat:  amplificatoare de tensiune  amplificatoare de curent  amplificatoare de putere  După puterea semnalului amplificat:  amplificatoare de semnal mic ( de tensiune , de curent )  amplificatoare de semnal mare ( de putere )  După banda de frecvenţă a semnalului amplificat:  amplificatoare de curent continuu , de la f = 0 Hz  amplificatoare de audiofrecvenţă ( joasă frecvenţă ) , f = 20 Hz – 20 kHz  amplificatoare de radiofrecvenţă ( de înaltă frecvenţă ), f = 20 kHz – 30 MHz  amplificatoare de foarte înalţă frecvenţă, f = 30 MHz – 300 MHz  După lăţimea benzii de frecvenţă a semnalului amplificat:  amplificatoare de bandă îngustă, f = 9 – 30 kHz  amplificatoare de bandă largă ( videofrecvenţă), f până la 6 MHz  După tipul cuplajului folosit între etaje:  cu cuplaj RC  cu circuite acordate 5

 cu cuplaj direct ( galvanic sau de c.c)  cu cuplaj prin transformator 1.2 Parametrii amplificatoarelor a. Amplificarea ( coeficientul de amplificare sau câştigul) – cea mai importantă mărime caracteristică a unui amplificator şi reprezintă raportul dintre o mărime electrică de ieşire şi mărimea corespunzătoare de la intrare. Unitatea de măsură este decibelul dB sau neperul Np. Tipul amplificării Expresia matematică Au- amplificarea în tensiune Uieş / Uint Ai- amplificarea în curent Iieş / Iint Ap- amplificarea în putere Pieş / Pint

Exprimarea în decibeli 20 log Uieş / Uint 20 log Iieş / Iint 10 log Pieş / Pint

Pentru a mări amplificarea, se pot folosi mai multe amplificatoare în cascadă. Semnalul de la ieşirea unui amplificator devine semnal de intrare pentru următorul amplificator. Amplificarea totală este egală cu produsul amplificărilor. Exemplu:

Fig. 1.13 Amplificator mai multe etaje schema bloc AU = Uies / Uin = A1 A2 A3 În decibeli : AU [ dB ] = A1 [ dB ] + A2 [ dB ] + A3 [ dB ] b. Caracteristica amplitudine – frecvenţă Reprezintă curba de variaţie a modulului amplificării în funcţie de frecvenţă. | A | = | A( f ) |

fj - frecvenţa de tăiere la frecvenţe joase fs -frecvenţa de tăiere la frecvenţe înalte Caracteristica amplitudine – frecvenţă a amplificatorului

6

cu –

 Banda de frecvenţe – intervalul de frecvenţe în interiorul căruia amplificarea nu scade sub 3 dB faţă de amplificarea la frecvenţe medii A0.  Amplificarea scade la capetele benzii, datorită elementelor reactive de circuit ( bobine, condensatoare ) a căror reactanţă depinde de frecvenţă şi datorită factorilor de amplificare α şi β care depind de frecvenţă peste o anumită valoare a frecvenţei. c. Impedanţa de intrare Zin – reprezintă raportul dintre amplitudinea tensiunii alternative aplicate la intrarea amplificatorului şi amplitudinea curentului de intrare, cu ieşirea în gol. d. Impedanţa de ieşire Zieş – reprezintă raportul dintre amplitudinea tensiunii alternative la ieşirea amplificatorului şi amplitudinea curentului de ieşire, cu intrarea în gol. e. Factorul de distorsiuni neliniare δ  Distorsiunile neliniare sunt deformări ale semnalului de la ieşirea unui amplificator faţă de cel de la intrare, datorită tranzistoarelor.  Distorsiunile neliniare se manifestă prin apariţia la ieşirea amplificatorului a unor componente având şi alte frecvenţe decât semnalul de la intrare cu frecvenţa f. Aceste componente de frecvenţe 2f, 3f,.... se numesc armonici.  Dacă semnalul de intrare este sinusoidal, la ieşire semnalul conţine şi armonici.

Expresia sa este :

δ=

√𝐔𝟐𝟐 +𝐔𝟑𝟐 +⋯+𝐔𝐧𝟐 𝐔𝟏

U1- amplitudinea fundamentalei de frecvenţă f ca cea de la intrare U2, U3, … Un- amplitudinile armonicelor f. Raportul semnal / zgomot – reprezintă raportul dintre tensiunea de ieşire produsă de semnalul amplificat şi tensiunea de zgomot. Raportul semnal / zgomot = 20 log Uieş / Uzieş  Tensiunea de zgomot este un semnal aleatoriu provocat de componentele amplificatorului, filtrare insuficientă a tensiunii de alimentare, ecranare necorespunzătoare, provenind mai ales din primul etaj.  Tensiunea de zgomot se măsoară la ieşirea amplificatorului, scurtcircuitând bornele de intrare. g. Gama dinamică - reprezintă raportul dintre semnalul de putere maximă şi cel de putere minimă la ieşirea amplificatorului. h. Sensibilitatea – reprezintă tensiunea necesară la intrarea amplificatorului pentru a obţine la ieşire tensiunea sau puterea nominală. Se măsoară în V, mV , μV. 7

CAPITOLUL 2 Amplificator de tensiune in emitor comun Schema de bază Schema uzuală a amplificatorului este prezentată în Figura 1.

Figura 1. Etaj de amplificare elementar în conexiunea Emitor Comun. Mărimile electrice din Figura 1 au următoarele semnificaţii: semnale de intrare:  vI(t) reprezintă tensiunea de intrare în amplificator;  iI(t) reprezintă curentul de intrare în amplificator; semnale de ieşire:  vO(t) reprezintă tensiunea de ieşire din amplificator;  iO(t) reprezintă curentul de ieşire din amplificator. Semnalele de intrare provin de la un circuit sau de la un generator de semnal, care urmează a fi aplicat la bornele de intrare ale amplificatorului. Aceste semnale sunt semnalele de amplificat. Semnalele de ieşire urmează a fi furnizate pe o sarcină, care poate fi sau o simplă rezistenţă, sau un circuit electronic. Semnalele de ieşire reprezintă rezultatul prelucrării de către amplificator a semnalelor de intrare şi sunt semnale amplificate. Sarcina pe care sunt furnizate aceste semnale urmează a fi conectată la bornele de ieşire ale amplificatorului. Pentru acest tip de amplificator, semnalul de intrare se aplică în baza tranzistorului, iar ieşirea se ia din colectorul tranzistorului.

8

Semnalele amintite sunt utilizate pentru reprezentarea informaţiei care urmează a fi prelucrată (prelucrată = amplificată) de către amplificator. Întotdeauna, pentru ca circuitul să fie capabil să prelucreze informaţia respectivă, este necesar să dispună de o sursă de energie. Pentru amplificator, sursa de energie este sursa de alimentare (care este o sursă de tensiune CONTINUĂ), care urmează să fie conectată la bornele de alimentare ale amplificatorului. În Figura 1, cu Ri, respectiv Ro s-au notat rezistenţa de intrare, respectiv de ieşire ale amplificatorului, iar săgeţile care însoţesc aceste rezistenţe indică punctele de calcul, respectiv sensul în care sunt calculate aceste rezistenţe. Rolul componentelor amplificatorului este:  tranzistorul Q = amplifică semnalele de intrare  rezistenţele RB, RE, RC = stabilesc PSF-ul tranzistorului Q.  condensatorul CE = conectează în regim variabil emitorul tranzistorului la masa amplificatorului, în scopul creşterii amplificării în tensiune. Amplificatoarele sunt conectate la diverse circuite externe prin intermediul bornelor de semnal (de intrare şi de ieşire). În general, conectarea circuitelor este realizată prin intermediul unor condensatoare de capacitate mare (C>1F) numite condensatoare de cuplare (de cuplaj). Rolul condensatoarelor de cuplare se va indica în cadrul analizei în regim de curent continuu a amplificatorului. 2.2 Amplificatoare de tensiune în montaj emitor comun EC Definiţie: Sunt amplificatoare care au rolul de a amplifica semnalele de intrare cu distorsiuni în limita celor impuse, până la nivelul cerut, fără a debita practic putere. Etajele sunt echipate cu tranzistoare în montaj EC, cuplajul realizându– se

prin

condensator

sau

prin

transformator. a. Schema amplificatorului cu două etaje de amplificare

9

Fig.2.15 Amplificator de tensiune cu două etaje de amplificare C – Condensator de cuplaj – permite trecerea semnalului alternativ de la primul tranzistor la cel de - al doilea tranzistor, dar blochează trecerea componentei de c.c. b. Funcţionare 

Semnalul care urmează să fie amplificat este dat de sursa uin şi se aplică pe baza primului tranzistor



Semnalul de la ieşire, amplificat,

se culege în colectorul tranzistorului T2 Dacă aceste

semnale se conectează la cele două canale ale unui osciloscop se vor putea vizualiza. 

Tensiunea de la ieşirea unui amplificator cu un tranzistor este în antifază cu tensiune aplicată la intrare.

10

2.2 Comportarea amplificatorului de tensiune in functie de frecventa Comportarea amplificatorului la frecvenţe medii  La frecvenţe medii, efectele condensatoarelor sunt neglijabile 

Amplificarea este constantă – se vede din caracteristica amplitudine – frecvenţă

Parametrii specifici :  Amplificarea în curent 

Ai = I2 / I1 ≈ h21

este mare

Amplificarea în tensiune AU = U2 / U1 ≈ - SRS este mare

S = h21 / h11 – panta tranzistorului h21 – factor de amplificare în curent alternativ h11 – impedanţă de intrare , în curent alternativ 

Impedanţa de intrare ( pur rezistivă ) Rint = U1 / I1 ≈ h11

este mică



Impedanţa de ieşire ( pur rezistivă )

este mare

Rieş = U2 / I2 ≈ ∞

Comportarea amplificatorului la frecvenţe joase  Este regiunea unde capacitatea de cuplaj C şi cea de emitor CE au efecte importante 

Capacităţile parazite provocate de conexiunile de montaj, de capacităţile dintre terminalele tranzistoarelor sunt neglijabile



Amplificarea scade la 0,707 din amplificarea A0 de la frecvenţe medii ( - 3 dB ).

Comportarea amplificatorului la frecvenţe înalte  Este regiunea unde capacităţile parazite au efecte asupra amplificatorului 

Capacitatea de cuplaj C şi cea din emitor CE au efecte neglijabile



Amplificarea scade la 0,707 din amplificarea A0 de la frecvenţe medii ( - 3 dB ).

Observaţie : Pentru a obţine o amplificare cât mai liniară, cu atenuări cât mai mici se iau următoarele măsuri : - La frecvenţe joase, folosirea de condensatoare electrolitice de capacităţi mari - La frecvenţe înalte, folosirea de tranzistoare cu capacităţi de intrare şi de ieşire cât mai mici, micşorarea capacităţilor de montaj.

11

Bibliografie https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&ved=0ahUKEwjSgoLfmsjLA hVj4XIKHcnOBg8QFggvMAI&url=https%3A%2F%2Fcursurionline.wikispaces.com%2Ffile%2Fview%2FAmplificatoare.doc&usg=AFQjCNHXqAcPk92heeopne1 ArpGKf2Om5Q&sig2=iGDjEczOdm0OoW6fL_XfyA&cad=rja https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0ahUKEwjSgoLfmsjLA hVj4XIKHcnOBg8QFggnMAE&url=http%3A%2F%2Fwww.islavici.ro%2Fcursuriold%2FCurs%252 0DCE%2FCurs%25209%2520Amplificatoare.doc&usg=AFQjCNECvd887UUajW6qrAH18_HU9QW clw&sig2=HbGcmACNQ2Zrg7f6Qd9ptQ&cad=rja https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0ahUKEwiJwbukndLL AhUIqA4KHTpTAHYQFggiMAE&url=http%3A%2F%2Fwww.etti.tuiasi.ro%2Fdce%2Fdata%2Fcurs %252008%2520amplificatoare%2520semnal%2520mic%2520cu%2520TB.doc&usg=AFQjCNHoJ2N -gSrH5SpFukqq_heS_PB_NA&sig2=E2a505wzpsz25tw38pFczA&cad=rja http://www.etc.ugal.ro/lfrangu/CEF-curs2.pdf http://www.bel.utcluj.ro/dce/didactic/cef/04_comportarea_frecventa_ro.pdf https://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0ahU KEwjzwPvpvdLLAhXn8nIKHeb-DwQQFghHMAY&url=https%3A%2F%2Fclasa11auurdarodica.wikispaces.com%2Ffile%2Fview%2FAmplificatoare%2Bde%2Btensiune%2B%25C3%25 AEn%2Bmontaj%2Bemitor%2Bcomun%2BECGR.3.doc&usg=AFQjCNGnuIDhuLQ6FWSRH2rv4e3v6n249w&sig2=yywM4yP87SJ4NKaAzHR2X g

12