1. generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf ·...

35
DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 1 Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare 1. Generalităţi * reacţia = procedeu folosit în circuitele electronice pentru a controla performanţele (şi funcţiile) acestora; (amplificatoare, oscilatoare, etc.) * reacţia: aplicarea la intrarea amplificatorului a unei tensiuni sau curent proporţional cu unul dintre parametrii semnalului de la ieşire, tensiune sau curent; semnalul de reacţie se aplică peste semnalul se amplificat; * cum apare: - reacţie neintenţionată: - introdusă de elemente parazite (ex. ); µ C - c a efect secundar (ex. pentru polarizarea TBIP în conexiune EC); e R - reacţia intenţionată – cănd este introdusă prin circuite adecvate în scopul modificării performanţelor amplificatorului. * după modul cum se combină semnalul de reacţie cu semnalul de amplificat: - reacţie pozitivă – când cele două semnale sunt în fază (modulul amplificării de tensiune creşte); - reacţie negativă – când cele două semnale sunt în antifază (modulul amplificării de tensiune scade); - ambele tipuri de reacţie au aplicaţii. * schema de principiu: - presupuneri (aproximaţii): - transferul direct se face numai prin amplificatorul de bază; - transferul invers (reacţia) se face numai prin circuitul de reacţie. * relaţii: - amplificatorul de bază ( A ): ia o Av v = ; - circuitul de reacţie ( r β ): o r r v v β = ; - circuitul de comparare (sau de diferenţă) ( C ): r i ia v v v = ;

Upload: others

Post on 23-Sep-2019

24 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 1

Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare 1. Generalităţi * reacţia = procedeu folosit în circuitele electronice pentru a controla performanţele (şi funcţiile) acestora; (amplificatoare, oscilatoare, etc.) * reacţia: aplicarea la intrarea amplificatorului a unei tensiuni sau curent proporţional cu unul dintre parametrii semnalului de la ieşire, tensiune sau curent; semnalul de reacţie se aplică peste semnalul se amplificat; * cum apare: - reacţie neintenţionată: - introdusă de elemente parazite (ex. ); µC - c a efect secundar (ex. pentru polarizarea TBIP în conexiune EC);

eR

- reacţia intenţionată – cănd este introdusă prin circuite adecvate în scopul modificării performanţelor amplificatorului. * după modul cum se combină semnalul de reacţie cu semnalul de amplificat: - reacţie pozitivă – când cele două semnale sunt în fază (modulul amplificării de tensiune creşte); - reacţie negativă – când cele două semnale sunt în antifază (modulul amplificării de tensiune scade); - ambele tipuri de reacţie au aplicaţii. * schema de principiu: - presupuneri (aproximaţii): - transferul direct se face numai prin amplificatorul de bază; - transferul invers (reacţia) se face numai prin circuitul de reacţie. * relaţii: - amplificatorul de bază ( A): iao Avv = ;

- circuitul de reacţie ( rβ ): orr vv β= ;

- circuitul de comparare (sau de diferenţă) (C ): riia vvv −= ;

Page 2: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 2

- rezultă: ( o )rio vvAv β−= , de unde:

ir

o vA

Avβ+

=1

- amplificarea cu reacţie:

A

AArβ+

=1

' (diferenţa de întoarcere AF rβ+=1 )

11 >+ Arβ reacţie negativă;

11 <+ Arβ reacţie pozitivă;

11 =+ Arβ oscilator ( 0≠ov chiar dacă 0=iv ). - toate cele trei cazuri au aplicaţii în circuitele electronice * cei doi cuadripoli - A şi rβ pot fi cuplaţi în mai multe moduri şi rezultă patru tipuri fundamentale de reacţie: - la intrare se compară tensiunile (reacţie serie sau de tensiune) sau curenţii (reacţie paralel sau de curent); - la ieşire se eşantionează tensiunea (reacţie paralel sau de tensiune) sau curentul de ieşire (reacţie serie sau de curent); - modul de realizare a comparării este independent de modul de realizare a eşantionării: - reacţie serie de curent (reacţie serie-serie); - reacţie serie de tensiune (reacţie serie-paralel); - reacţie paralel de curent (reacţie paralel-serie); - reacţie paralel de tensiune (reacţie paralel-paralel); - toate sunt utilizate. * analiza circuitelor cu reacţie: a) prin cuadripoli: se determină parametrii de cuadripol ai circuitului cu reacţie în funcţie de parametrii de cuadripol adecvaţi ai amplificatorului de bază şi ai circuitului de reacţie şi apoi se determină performanţele amplificatorului cu reacţie ca un circuit caracterizat prin parametrii de cuadripol; - ex. amplificator cu reacţie serie de curent:

Page 3: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 3

[ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎤⎢⎣

oa

iaa

oa

ia

ii

Zvv [ ] ⎥

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎤⎢⎣

ir

iar

or

ir

ii

Zvv

oroao

iriai

vvvvvv+=+=

oroao

iriai

iiiiii====

[ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎤⎢⎣

o

i

o

i

ii

Zvv [ ] [ ] [ ]ra ZZZ +=

- se calculează apoi mărimile caracteristice: iesiu ZZAA ,,, int ; - dezavantaje: nu se pot pune în evidenţă explicit cei doi cuadripoli (cu excepţia configuraţiei paralel de tensiune); pentru fiecare mărime este necesar un calcul separat; nu se poate pune în evidenţă efectul global al reacţiei; b) prin triporţi: - avantaj: se poate justifica foarte uşor desfacerea buclei de reacţie pentru calculul performanţelor amplificatoarelor; c) prin analiza simplificată a celor patru tipuri de reacţie.

Page 4: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 4

2. Influenţa reacţiei negative serie de tensiune asupra performanţelor unui amplificator * schema de principiu: - amplificatorul de bază caracterizat prin: oaia ZZA ,,∞ (se neglijează transferul invers prin amplificator); - circuitul de reacţie caracterizat prin: orirr ZZ ,,β (se neglijează transferul direct prin circuitul de reacţie); - în mod obişnuit: oroairia ZZZZ <<>> ; (circuitul de reacţie trebuie să influenţeze cât mai puţin amplificatorul de bază). a) amplificarea cu reacţie:

i

o

vvA ='

Dar:

( ) iaorsorsoa

orsiao vZZA

ZZZZZ

vAv ,=+

= ∞

( o )rs ZZA , - amplificarea amplificatorului de bază ţinând seama de impedanţa de sarcină şi de încărcarea pe care o produce circuitul de reacţie; La intrare:

( )oriiria

iaia vv

ZZZv β−+

= (prin divizor);

Page 5: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 5

Deci:

( ) ( )oriiria

iaorso vv

ZZZZZAv β−+

= , ;

Se notează:

( ) ( )iria

iaorsirors ZZ

ZZZAZZZA+

= ,,,

(amplificarea amplificatorului de bază cu încărcările pe care le produce circuitul de reacţie şi sarcina); Rezultă:

( )

( )irorsr

irors

i

o

ZZZAZZZA

vvA

,,1,,'

β+==

Dacă:

soa

iria

oroa

ZZZZZZ

<<>><<

( ) ( ) ∞→→ AZAZZZA sirors ,,

Observaţii:

1. pentru ca reacţia să fie negativă este necesar ca:

( ) 1,,1 >+ irorsr ZZZAβ dacă 0>rβ (factorul de reacţie se obţine, de obicei, prin rapoarte de rezistenţe), este necesar ca 0>A , deci amplificator neinversor;

2. modulul amplificării de tensiune scade; 3. stabilitatea amplificatorului cu reacţie este mai bună decât cea a

amplificatorului fără reacţie (dependentă de condiţiile reale de funcţionare – parametrii tranzistoarelor, PSF, componente pasive, sarcină, temperatură);

AA

dAA

dAA

dAA

dArr

r

βββ

+=

+−=

11

1''

- dacă reacţia este puternică, adică dacă: 1>>Arβ rezultă:

Page 6: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 6

r

Aβ1'≅

b) impedanţa de intrare: - curentul de intrare este acelaşi prin iaZ şi irZ (greu de realizat în practică);

( ) iaors

o

ia

iai ZZZA

vZvi 1

,==

( ) === iaorso

i

i

i ZZZAvv

ivZ ,int

( )

( )( )[ ] =+= iaiaorsr

irors

ors ZZZZAZZZA

ZZA ,,1,,

, β

( )[ ] =++

= iaiaorsria

iria ZZZZAZ

ZZ ,,1 β

( )( ) =+++= iriaiaorsriria ZZZZZAZZ ,,β

( ) =++= iaorsriria ZZZAZZ ,β

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++=

ia

irorsria Z

ZZZAZ ,1 β interpretare

Dacă: iria ZZ >> → ( )AZZ ria β+≅ 1int . Concluzie: impedanţa de intrare este mărită substanţial. c) impedanţa de ieşire Se pasivizează tensiunea de intrare iar impedanţa generatorului de semnal rămâne în serie cu impedanţa de intrare a amplificatorului de bază.

or

o

oa

iaoo Z

vZ

vAvi +−

= ∞

Dar, din circuit, pentru : 0=iv

oiria

iaria v

ZZZv+

−= β (divizor de tensiune);

Deci:

Page 7: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 7

( )

or

o

oa

iria

iaoro

o Zv

ZZZ

ZvAvi +

+−−

=∞ β

Rezultă:

( )girr

oaor

iria

iar

oaories ZZA

ZZ

ZZZA

ZZZ,11 ββ +

=

++

=∞

Dacă: iair ZZ << → ∞+

≅A

ZZZr

oaories β1

.

- impedanţă de ieşire foarte mică, amplificatorul se comportă ca un generator de tensiune la ieşire. Altfel:

=

++

+=

+=

∞)(1

)(1)(1

irr

oaor

irr

oaor

irr

oaories

ZAZZ

ZAZZ

ZAZZZ

β

ββ

oaor

orirr

oaor

oaor

orirroaor

oaor

ZZZZA

ZZZZ

ZZAZZZZ

++

+=

++=

∞∞ )(1)( ββ

),(1 irorr

oaories ZZA

ZZZ

∞+=

β

(impedanţa de ieşire fără reacţie, cu influenţa circuitului de reacţie micşorată cu diferenţa de întoarcere).

Page 8: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 8

3. Influenţa reacţiei negative paralel de tensiune asupra performanţelor unui amplificator * schema de principiu: - reacţia paralel presupune o impedanţă a generatorului de semnal diferită de zero, altfel reacţia dispare. * cazul cel mai des întâlnit, reacţia printr-o impedanţă cuplată între intrare şi ieşire: Se echivalează circuitul de ieşire pentru a lua în considerare efectul impedanţei de sarcină:

Page 9: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 9

a) impedanţa de intrare:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+=

=−

+=

−+

=+

=

ia

o

ia

ia

oia

ia

ia

ia

oiaia

ia

iria

vv

ZZ

vvv

Zvi

vZ

vvi

vii

Z

111

11

2

2

2

int

Dar:

( )

( ) ( ) iaorssoaor

orias

soaia

soa

ia

iai

soaia

iaiaso

vZZAZZZ

ZvZA

ZZZZZZZ

ZZZv

ZZZZZZZZ

vZAv

,

121

12

12

=+

≅+++

+

+++

+=

(al doilea termen este neglijabil, el reprezintă transferul direct prin circuitul de reacţie care se neglijează);

Page 10: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 10

( ) ( )

orsor

ors

soaor

or

oas

s

soaor

orsors

ZZZZZ

AZZZ

ZZZ

ZA

ZZZZZAZZA

+=

++=

=+

=

∞∞

,

- influenţa sarcinii; - influenţa încărcării circuitului de reacţie. Rezultă:

( )orsia ZZA

ZZZ,1

2int −=

- amplificarea de tensiune este negativă; - importanţa esenţială a celui de al doilea termen; - impedanţă de intrare foarte mică. b) amplificarea de tensiune

- echivalare: - tensiunea de le intrarea amplificatorului:

ia

iaii ZZ

Zvv+

=1

' ; ia

iar ZZZ

ZZ

12

1

+=β

( ) '111

'

12

12iror

ia

ia

io

ia vv

ZZZ

ZZv

Zv

v ββ −+=+

+=

Page 11: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 11

( )

( ) ( ) iaorssoaor

orias

soaor

soai

soaor

oriaso

vZZAZZZ

ZvZA

ZZZZZ

vZZZ

ZvZAv

,

'

=+

++

+=

(al doilea termen se neglijează fiind transferul direct prin circuitul de reacţie) ( ) ( )[ ]'1, irororso vvZZAv ββ −+= Rezultă:

( )( )( )

( )( )

( )( ) i

orsr

ors

iia

ia

soaorsr

ors

irorsr

orso

vZZ

ZZAZZA

vZZ

ZZZ

ZZZZ

ZZAZZA

vZZA

ZZAv

1

2

1

1

12

2

,1,

,1,

'1,1

,

β

β

ββ

−=

=++−

=

=−−

=

Deci:

( )( )

2

1

,'

1 ,r s or

r s or

A Z ZZAZ A Z Z

ββ

=−

- dacă: 1),( >>orsr ZZAβ , 1

2'ZZA −≅

- amplificator inversor; pentru ca reacţia să fie negativă este necesar ca 0<A ; - stabilitatea amplificării cu reacţie;

c) impedanţa de ieşire: - circuitul echivalent:

Page 12: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 12

ivZies =

v

ZvAv

ZZZv

vi

Zoa

r

ia

ies

β∞−+

+== 121

oa

r

ories ZA

ZZ∞−

+=β111

; ∞−

=A

ZZZr

oaories β1

- impedanţa de ieşire este foarte mică;

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+

=−+

= ∞∞

oaor

orr

oaor

oroa

oaor

orroroa

ies ZZZA

ZZZZ

ZZZAZZ

Zββ 11

[ ])(111orr

oroaiesZA

ZZZβ−= sau:

( )orr

oroaies ZA

ZZZ

β−=

1 ( oroa ZZ este impedanţa de ieşire fără reacţie)

comentariu.

4. Influenţa reacţiei negative asupra tensiunilor perturbatoare * surse: - zgomote proprii ale componentelor electrice şi electronice; - modificări ale PSF; - variaţia tensiunilor de alimentare, inclusiv zgomote suprapuse peste acestea; - neliniarităţi ale circuitelor. * schema echivalentă la ieşire fără tensiuni perturbatoare şi fără reacţie:

Page 13: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 13

semnal

oas

siao o

vZZ

ZvAv =+

= ∞ (tensiune utilă)

* schema echivalentă la ieşire cu tensiuni perturbatoare şi fără reacţie:

perto

semnalo

oas

sp

oas

siao vv

ZZZe

ZZZvAv +=

++

+= ∞

- se defineşte raportul semnal/perturbaţie: perto

semnalo

sp vvR = .

Observaţie: raportul semnal/perturbaţie se defineşte pentru valoare nominală a semnalului. * schema echivalentă la ieşire cu tensiuni perturbatoare, fără semnal util la intrare şi cu reacţie :

pertreactieoriria vvv β−=−=

Page 14: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 14

pertreactieor

perto

pertreactieorZZ

ZpZZ

Zpertreactieo vAvvAev

oass

oass ββ −=−= ∞++

A

vvr

pertopert

reactieo β+=

1

Se determină raportul semnal/perturbaţie pentru circuitul cu reacţie:

( )AR

Av

vvv

vv

R rsp

r

perto

semnalo

pertreactieo

semnalo

pertreactieo

semnalreactieoreactie

spβ

β

+=

+

=== 1

1

- raportul semnal/perturbaţie se măreşte; - semnalul util este acelaşi la ieşire; la circuitul cu reacţie se va aplica la intrare un semnal util mult mai mare. 5. Influenţa reacţiei negative asupra benzii de trecere * elemente care afectează caracteristica de frecvenţă a unui amplificator: - la frecvenţe mari: capacităţile TBIP, capacităţile parazite, capacitatea de intrare a sarcinii, dependenţa factorului de amplificare în curent de frecvenţă, capacităţi de compensare; - la frecvenţe joase: capacităţile de cuplare şi de decuplare, capacităţi de compensare. * dependenţa )( fA (numai pentru frecvenţe înalte):

Page 15: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 15

- se presupune o dependenţă cu un singur pol:

( )

s

o

ffj

AfA+

=1

- oA - amplificarea de tensiune la frecvenţe joase fără reacţie;

- sf - frecvenţa de tăiere la frecvenţe înalte fără reacţie; - amplificarea cu reacţie:

ors

o

s

or

s

o

rr

Affj

A

ffj

Affj

A

fAfAfA

βββ ++=

++

+=

+=

11

1

1

)(1)()(

rs

ro

ors

or

o

r

ffj

A

Affj

AA

fA+

=

++

+=

1)1(

1

1)(

β

β

unde:

or

oro A

AAβ+

=1

; )1( orsr

s Aff β+=

Concluzie: banda de trecere a amplificatorului se măreşte. Observaţie: produsul amplificare-bandă este constant indiferent de gradul de reacţie:

comentariu .ctfAfA sor

sro ==

Concluzii la utilizarea reacţiei negative în amplificatoare: - modulul amplificării de tensiune scade; - stabilitatea amplificării de tensiune la diferite variaţii creşte; - se pot controla impedanţele de intrare şi de ieşire; - se reduc tensiunile perturbatoare inclusiv cele introduse de neliniarităţile circuitului; - se măreşte banda de trecere a amplificatorului; - există posibilitatea apariţiei unei instabilităţi dinamice (producere de oscilaţii).

Page 16: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 16

Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare 6. Dubletul serie ** schema de principiu - reacţie - negativă - serie - de tensiune - se calculează amplificarea de tensiune, impedanţa de intrare, impedanţa de ieşire; - parametrii TBIP – se neglijează rh şi pentru ambele tranzistoare; oh a) soluţia 1: ** se determină parametrii hibrizi echivalenţi ai circuitului:

Page 17: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 17

- cu ie irea în scurt circuit: ş( ) 211'' ZZhhH fii ++=

( )

*

1

1

1

1

21

1

'''

'''

'''''1'

ffic

cff

ic

cffff

hhhZ

Zhh

hZZhh

ZZZhH

−=+

−≅

≅+

−+

+−=

(se neglijează transferul direct prin circuitul de reacţie) - cu intrarea în gol:

21

1

ZZZHr +

=

21

1ZZ

Ho +=

[ ]

[ ]1*'

21

1*'

21''

21

1

)1(1

ZhhHZZ

ZhhZZhhZZ

H

ffi

fffi

++

=

=++++

=∆

** amplificarea de tensiune:

( )

=

++

++

=

=+

++

−−=

∆+−=

21

12*

21

2

2*

1*

21

2

2*

'1

'

'

''

ZZZ

HZhh

ZZZ

HZhh

ZhhHZZ

ZH

ZhhHZH

ZHA

i

cffc

i

cff

ffic

i

cff

si

sfu

Page 18: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 18

( )

( )212

*

21

1

212

*

21

1

21

2

2*

21

2

2*

'1

'

1

'1

1

'

ZZZH

hhZZ

Z

ZZZH

hh

ZZZ

ZZZ

ZH

hhZZ

ZZ

Hhh

ci

ff

ci

ff

c

c

i

ff

c

c

i

ff

++

+

+=

++

++

++

=

Ultima relaţie se poate scrie şi sub forma:

ur

uu A

AAβ+

=1

' unde:

( )212

*'ZZZ

Hhh

A ci

ffu += şi

21

1

ZZZ

r +=β

Relaţia finală se poate scrie direct dacă se construiesc cei doi cuadripoli, amplificatorul de bază încărcat cu circuitul de reacţie şi circuitul de reacţie: (fiind reacţie serie, încărcarea la ieşire se obţine lăsând intrarea în gol; fiind reacţie de tensiune, încărcarea la intrare se obţine punând ieşirea în scurt circuit); * pentru amplificatorul de bază se determină amplificarea de tensiune:

Page 19: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 19

( )

( )212

*'

212''

''''

121

''

'

)1(

)"()'(

ZZZHhh

ZZZhh

hZZZhh

h

TATAA

ci

ff

ci

fic

fi

f

uuu

+=

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

++−=

==

iar pentru circuitul de reacţie se determină factorul de reacţie, 21

1

ZZZ

r +=β

* dacă amplificarea pe buclă ( ur Aβ ) este suficient de mare, amplificarea de tensiune cu reacţie devine:

1

2

1

21 11ZZ

ZZZA

ru +=

+=≅

β

** impedanţa de intrare:

int

' *' 1

21 2 2

1 2

' *2 1 21

1 2

' '1 2 int

1 1

1

1 1 1

r sf fi i co s c

cf fi

i

r u r ui f

H H Z h hZZ H H ZZ Z ZH ZZ Z

h h Z Z ZZH Z Z H

h h Z Z A Z Aβ β

⎛ ⎞⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

= − = + ++ + +

+= + =+

= + + + = +

f =

- observaţii: - impedanţa de intrare fără reacţie se poate scrie direct din schema amplificatorului de bază încărcat cu circuitul de reacţie,

21''

int )1( ZZhhZ fi ++= şi apoi se aplică factorul )1( ur Aβ+ deja determinat; - impedanţa de intrare este mărită datorită reacţiei serie.

Page 20: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 20

** impedanţa de ieşire: (fără impedanţa 2cZ care poate fi adăugată în paralel şi fără a lua în considerare

impedanţa generatorului de semnal, care poate fi inclusă în ): gZ 'ih

[ ]

∞++

=

++

+

+=

+

+=

=+

+

=∆

=+∆+

=

ur

i

ff

i

ff

ffi

ii

go

giies

AZZ

ZZZZZ

Hhh

ZZ

ZHhhZZ

ZhhHZZ

HH

HZHH

ZHZ

β111

1

21

21

211

*'21

1

*'21

1*'

21

'

unde:

)()( 21

*'

2 ZZHhh

ZAAi

ffcuu +=∞→=∞

21 ZZZies +=

21

1

ZZZ

r +=β

- observaţii: - aceste mărimi se deduc direct din schema amplificatorului de bază încărcat cu circuitul de reacţie şi din circuitul de reacţie; - impedanţa de ieşire cu reacţie este micşorată mult în comparaţie cu impedanţa de ieşire fără reacţie (este reacţie de tensiune); - impedanţa de ieşire este afectată de 2cZ dacă aceasta face parte din amplificator (mai este şi rezistenţa de sarcină propriu-zisă care apare în paralel cu 2cZ :

Page 21: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 21

( )( )

( )( )

( )ur

c

c

c

i

fr

c

c

cur

c

c

curc

c

urc

urc

urcies

AZZZ

ZZZZ

H

ZZhhZZZ

ZZZZAZZZ

ZZZ

ZAZZZZZZ

AZZZ

AZZZ

AZZZZ

β

ββ

β

ββ

++

=

++

++

+=

=

+++

+++

=++++

=

=

++

+

++

=++

=

∞∞

11

1

1

11

212

212

221*'

212

212

2

212

212

2212

212

212

212

212

"

- interpretare; b) cu echivalări (pentru a pune rapid în evidenţă comportarea circuitului)

Page 22: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 22

"T aT bT cT T

iH "ih 1

"ci

ai Zhh = a

ibi hh = a

ici hh = ' ih

rH 0 0 0 0 0

fH "fh

*"

1

1"f

ic

cf

af h

hZZhh =+

=

*f

af

bf hhh ==

ZZ

hh

bfc

f21+

=

cff hh'

oH 0

0

2

1c

bo Z

h = 22

1c

co ZZ

h+

= coh

- la superG panta este foarte mare şi: ; 1'1 UU =

- curentul din sarcină se închide, practic, prin al doilea tranzistor:

1

12

1

1

1

'1

ZUI

ZU

ZUI c =⇒==

- tensiunea de ieşire se scrie:

11

122122 )( U

ZZZIZZU c

+=+=

- rezultă amplificarea de tensiune: 1

12

ZZZA aproxu

+≅

- se poate calcula eroarea:

1

1'

''

+

+

= cf

aproxu

cf

aproxuu hA

hAA - concluzii;

- se pot calcula impedanţele de intrare şi de ieşire. ** exemple:

Page 23: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 23

7. Dubletul paralel ** schema de principiu - reacţie negativă paralel de tensiune (curent);

- ieşiri: ; '22 ,UU

- se aplică direct relaţiile de la reacţia paralel de tensiune, considerând ieşirea la emitorul celui de al doilea tranzistor; * amplificarea de tensiune (la ieşirea din emitor):

ur

urru A

AZZUA

ββ−

=1

)(1

2'2

Page 24: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 24

cu: ';12

1iia

ia

iar hZ

ZZZZZ

=+

=β ;

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++

=

'1

2111

1

i

r

hZZ

β

'1

'

'int1

'

'

'''' )"(

1)'(

i

cf

i

cf

i

sfuuu h

Zhh

TZZhh

TZhAAA −≅−=⋅−≅=

- dacă: 1>>ur Aβ , amplificarea devine: 1

2'2 )(

ZZUAr

u −= ;

- amplificarea raportată la ieşirea din colector:

12

22

1

'2

22

222 )(

ZZZZ

UU

IZIZUA

e

c

ee

ccru ≅−≅ (dacă 22 eZZ >> )

(dependentă numai de rapoarte de rezistenţe) * impedanţa de intrare:

u

i AZhZ−

=1

2''int foarte mică;

* impedanţa de ieşire la colector:

22' )( cies ZUZ =

- dacă 2cZ este chiar sarcina, impedanţa de ieşire deja mare (ieşire din colector este mărită datorită reacţiei de curent; circuitul se comportă la această ieşire ca un generator de curent); * impedanţa de ieşire la emitor ( 2eZ este chiar sarcina):

( )ur

f

ci

iies Ah

Zh

hZZUZβ−+

+

+=1

1)(

''2

''

'12

'2

'

- foarte mică; circuitul se comportă la această ieşire ca un generator de tensiune; ** deducerea amplificării de tensiune folosind efectul Miller: (circuitul cu o impedanţă între două puncte se poate echivala cu un circuit cu impedanţe între cele două puncte şi punctul comun de masă);

Page 25: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 25

- amplificarea – raportul dintre tensiunile în cele două puncte – va fi:

'1

''''

i

cf

hZh

AAA −≅=

- tensiunea la ieşirea din emitorul tranzistorului:

i

i

i

o AvZh

AZ

hA

Z

v1

'2

'2

1

1+

−=

=−++

=

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−++

−==

)1(

11

1

'121

'2

'2

2'1

'2

'2

AhZZZhZAhZ

A

AZhZh

AZ

hA

Z

vvA

ii

i

ii

i

i

or

Page 26: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 26

AhZZ

hZ

AhZZ

hZ

ZZ

hZAhZZ

AhZ

ZZ

ZhhZA

ZhhZZ

AZZ

ZhhZ

i

i

i

i

ii

i

i

i

i

ii

i

'12

'1

'12

'1

1

2'

1'

12

'1

1

2

1'

'1

1'

'1

21

1

1'

'2

1+

+=

−+=

=

+−

++

+=

A

AZZA

r

rru β

β−

=11

2 cu '12

'1

i

ir hZZ

hZ

+=β comentarii

** scheme tipice:

Page 27: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 27

8. Circuite de intrare în amplificatoarele elementare

a) circuitul de intrare al amplificatorului EM - la frecvenţe înalte apar capacităţi parazite care afectează funcţionarea amplif.; - frecvenţe medii: domeniul de frecvenţe în care amplificarea de tensiune nu depinde de frecvenţa semnalului (amplificator aperiodic); - se foloseşte schema echivalentă Giacoletto: - se pune în evidenţă un amplificator cu reacţie paralel de tensiune (prin ); µZ- amplificatorul este caracterizat la intrare prin πZZia = iar circuitul de reacţie prin µZZ =2 . - impedanţa de intrare:

2int

111Z

AZZ ia

−+=

- amplificarea de tensiune: sSZA −= şi rezultă:

µπ ZSZ

ZZs+

+=111

int

** cazul ss RZ = (sarcină pur rezistivă):

( )[ ]µπµπµπ

ω CSRCjrSR

rZSR

ZZ sss +++

++=

++= 111111

int

intintint

11 CjRZ

ω+=

sSR

rrR

+=

1intµ

π ; ( ) µπ CSRCC s++= 1int

Page 28: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 28

- schema echivalentă: - exemplu numeric:

pFCpFCpFCkRVmAS s 112;1;10;1;/100 int ===Ω== µπ * observaţii: - la frecvenţe mari, capacitatea de intrare şuntează rezistenţa de intrare a etajului EM; - nu se poate conecta etaj EM după circuit cu sarcină dinamică; - soluţie: se foloseşte schemă BM sau cascodă pentru etaj de intrare; - se foloseşte repetor pe emitor ca etaj intermediar. ** cazul unei amplificări complexe:

( )θθω sincos00 jAeAA j +−=−=

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++++= µ

µ

θπ

πωω Cj

reACj

rZj 1111

0int

( )µ

µ

µµ

ππ

θθω

θωθω

rjAACj

CAr

ACjrZ

sincos1

sincos111

00

00

int

+++

+−+

++=

( )...........

sin11

cos1

111

00

intω

θωθ µ

µπj

CAArrZ

+−

+

+=

intintint

11 CjRZ

ω+=

Page 29: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 29

)()( intintint −+= RRR

θω µ sin

1)(0

int CAR −=−

- observaţie: pe intrare apare o componentă de rezistenţă negativă în paralel cu componenta pozitivă; la o anumită frecvenţă, rezistenţa de intrare poate deveni negativă ceea ce presupune o instabilitate a circuitului; această comportare poate să apară numai dacă 0>θ , deci pentru sarcină inductivă:

0; >=+=s

ssss R

LarctgLjRZ ωθω ;

- cazuri reale: - circuite cu relee; - circuite cu transformatoare; - remediu: - neutrodinarea (pentru circuite de înaltă frecvenţă); - rezistenţă antioscilantă: - alte variante.

b) circuitul de intrare al amplificatorului cu CM - schema amplificatorului CM:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−++=

−+=

−+= π

πµ

µπµωω Cj

rACj

rZA

ZZA

ZZ ia

111111112int

Page 30: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 30

s

s

SZSZA+

=1

; sSZ

A+

=−1

11

)1(

111

int sSZZZZ ++=

πµ

** cazul unei sarcini rezistive, ss RZ = :

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

+++

+=ss SR

CCjrSRrZ 11

111int

πµ

πµω

( ) πµ rSRrR s+= 1int ( )sf Rhrr += πµ

sSR

CCC+

+=1int

πµ

- capacitatea de intrare este redusă foarte mult iar rezistenţa de intrare creşte

(deci nu şuntează etajul anterior): pFC 1,1101101int ≅+= ...

** cazul unei sarcini capacitive: sss

CjRZ

ω+=11

- se presupune că: 1>>sSZ ;

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+++= π

πµ

µωωω Cj

rCj

RSCj

rZ ss

11111int

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+++−+=

π

πµ

π

πµωω

SrC

SRCCj

SCC

RSrrZs

s

s

s

2

int

111

Page 31: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 31

π

πµ Sr

CSRCCC s

s++=int

- capacitatea de intrare este mică (etaj de cuplare); şi capacitatea de sarcină se reflectă micşorată la intrare;

ππµ ω CC

SRSrrRs

s 2int −=

- rezistenţă de intrare mare; - componentă negativă dependentă de pătratul frecvenţei semnalului devine importantă la frecvenţe relativ mici); - compensarea se poate face cu rezistenţă antioscilantă în serie cu baza: c) circuitul de intrare la amplificatorul cu reacţie serie de curent (amplificator cu sarcină distribuită:

( ) e

c

efi

cf

i

cc SZ

SZZhh

ZhUUA

+−≅

++−==

11

( )( ) e

e

efi

ef

i

ee SZ

SZZhh

ZhUUA

+≅

+++

==11

1

Page 32: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 32

- cazul obişnuit:

eecc RZRZ == ; → e

ee

e

cc SR

SRASR

SRA+

=+

−=1

;1

( )( )

( ) µπππ ZSRRRS

ZSRZA

ZA

Z e

ce

e

ce

+++

++

=−

+−

=1

11

1111int

( )[ ] ( ) µπ rRRS

SRrSRRes

ee ++

++=

111int

( )µπ C

SRRRSC

SRC

e

ce

e +++

++

=1

11

1int

- reacţia serie: - măreşte rezistenţa de intrare; - micşorează efectul capacităţilor parazite;

d) circuitul de intrare la amplificatorul cu reacţie combinată (serie şi paralel) de tensiune şi de curent:

Page 33: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 33

( ) [ ])1(1

)1)(( 2int e

ec

eb SRr

RRSSRrR

RR ++++

= πµ

- rezistenţa se reflectă la intrare micşorată iar rezistenţa se reflectă

mărită (rezistenţa nu este afectată de reacţie); 2R eR

bR- caz particular: , numai reacţie paralel; exemplu numeric: 0=eR Ω= kR 2002 (este folosită pentru polarizare în c.c.); (la un curent de colector de şi pentru o rezistenţă de colector de

200=cSRmA1 Ωk5 )

- rezultă: Ω≅+

kSR

Rc

11

2 (foarte mică şi încarcă puternic etajul

anterior); - capacitatea de intrare se determină ca în cazul anterior. 9. Impedanţe simulate * se simulează electronic impedanţe controlabile (efecte capacitive sau inductive); * amplificatorul cu reacţie paralel de tensiune fără tensiune aplicată la intrare: - impedanţa de ieşire (la bornele AB):

∞−

≅=A

ZZZr

oaiesAB β1' (se neglijează efectul circuitului de reacţie)

- se transformă la ieşire în schemă echivalentă Norton:

Page 34: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 34

- dacă: 1>>∞Arβ :

rAr

oa

r

oaAB SA

ZA

ZZβββ111

=−=−

≅∞∞

- oa

A ZAS ∞−= , panta echivalentă a amplificatorului;

- dacă: : 1ZZia >>

21

1

ZZZ

r +=β şi

1

2

1

21 11ZS

ZSZ

ZZS

ZAAA

AB +=+

=

* exemple: a) circuitul cu amplificator cu tranzistoare: - 1T este repetor pe emitor (pentru impedanţă de intrare mare);

- 2T amplificator cu EM pentru amplificare mare (şi negativă), cu panta

echivalentă ; 2S- între punctele M, N şi P se aplică circuitul de reacţie. b) 1122 ; LjZRZ ω== (convertor inductanţă – capacitate):

AB

ABAB CjR

RLSjSLj

RSS

Zωωω

11111

2

1221

2

22+=+=+=

cu: 2

1S

RAB = şi 2

12

RLSCAB = (reglabilă prin ); 2S

c) 1

1221;Cj

ZRZω

== (convertor capacitate – inductanţă):

ABABAB LjRSRCj

SZ ωω +=+=

2

21

2

1

Page 35: 1. Generalităţi - swarm.cs.pub.roswarm.cs.pub.ro/~ioprea/eea/eea-cursuri/5reactia_negativa.pdf · DCEI Reacţia negativă N.Cupcea 1 notiţe Cap. 5. Reacţia negativă în amplificatoare

DCEI Reacţia negativă N.Cupcea notiţe 35

cu: 2

1S

RAB = şi 2

21

SRCLAB = (reglabilă prin ); 2S

- pentru factor de calitate bun ( ABAB LR ω<< ):

1

2

22

11ZZ

SS<< → 1

1

2 >>ZZ

→ 121

1 <<+

=ZZ

Zrβ

- pentru a realiza condiţia iniţială 1>>∞Arβ , este necesar un amplificator cu mai multe etaje. d) 22 LjZ ω= ; 11 RZ = (multiplicator de inductanţă):

ABABAB LjRR

LjSS

Z ωω+=+=

1

2

22

11

cu: 2

1S

RAB = şi 12

2

RSLLAB = (greu de realizat 112 <RS ).

e) ;12

2 CjZ

ω= 11 RZ = (multiplicator de capacitate)

AB

ABAB CjR

RCjSSZ

ωω111

1222+=+=

cu: 2

1S

RAB = şi 122 RSCCAB = (uşor de realizat )112 >RS

- exemplu: 2C capacitatea de barieră a unei diode (varicap) iar rezistenţa de polarizare în c.c. – multiplicare de capacitate variabilă prin tensiunea continuă de polarizare.

1R