cef-curs5

2.6 Clase de funcionare Pentru circuitele prezentate n acest capitol, s-a presupus c dispozitivele funcioneaz permanent n regiunea cvasiliniar a caracteristicilor. TB funcioneaz n RAN, iar TEC n regiunea de saturaie a caracteristicilor. Aceast alegere a funcionrii are ca obiectiv obinerea unei comportri liniare, ceea ce este valabil pentru multe categorii de circuite. Totui, exist categorii de circuite n care dorim ca dispozitivele s funcioneaze neliniar: - circuite n care se obine funcionare liniar, dei dispozitivele funcioneaz neliniar; - circuite al crr obiectiv este funcionarea neliniar. Pentru a cunoate felul n care funcionarea liniar sau neliniar a dispozitivelor influeneaz proprietile circuitului, trebuie studiate comparativ toate variantele. n acest scop, se clasific regimurile de funcionare, dup durata conduciei n regiunea liniar. Se noteaz cu T perioada semnalului, cu Tc durata conduciei pe o perioad i se definete unghiul de conducie, , n fiecare alternan, prin relaia:

TTc= 22 (2.64)

Clasele de funcionare ale dispozitivelor, corespunztoare unghiului de conducie, se definesc astfel: 1) clas A 22 = (semnalul este periodic, de perioad T) 2) clas B =2 3) clas AB >2 4) clas C

Randamentul maxim se obine pentru: 2EUU ceCE == , R

EII cC 2== (neglijm , ) CEsatU BI

Expresiile mrimilor variabile:

tEEtUUtu ceCECE sin22sin)( +=+= t

RE

REtIIti cCC sin22sin)( ==

n regim static ( 0=ceU ): REIUP CCET 4

2== (pe tranzistor)

REIUEP CCER 4

)(2

== (pe rezistor)

REEIP Cabs 2

2== (de la surs)

n regim dinamic: dttIItUU

TP

T

cCceCET +=0

)sin)(sin(1 =+= dttREtETT

)sin1(2

)sin1(2

1

0

= =+=T T

REdtt

RE

Tdtt

RE

T0 0

222

2

8)2cos1(

21

41)sin1(

41

REdttIIE

TP

TcCabs 2

)sin(12

0== R

EPPP TabsR 83 2==

Dar: PR = puterea n c.c. + puterea de semnal = RE

RE

84

22+

%25

2

82

2

max ===R

ER

E

PP

abs

semnal (2.64)

Observaii - n clas A, puterea absorbit de la surs nu variaz n funcie de amplitudinea semnalului. Odat

cu creterea semnalului, scade puterea disipat pe tranzistor, n favoarea celei disipate pe rezistena de sarcin.

- Funcionarea este cvasiliniar, potrivit cu alura caracteristicilor dispozitivului. - Randamentul (valoarea maxim) este modest. 2. Clas A pe sarcin rezistiv cuplat prin transformator n acest exemplu de tranzistor funcionnd n clas A, s-a presupus c etajul suport cuplarea prin transformator. Avantajul este c rezistorul de sarcin nu mai este parcurs de curentul de colector din regimul static. n consecin, dispare puterea consumat n c.c. pe rezistorul de sarcin. Se presupun rezistenele ohmice ale primarului i secundarului neglijabile. Se neglijeaz , . . Se alege CEsatU BI EUCE = EUce = pentru randament maxim.

Laureniu Frangu, Circuite Electronice Fundamentale 2008 56

Figura 2.73: Etaj cu TB n clas A, sarcin rezistiv cuplat prin transformator Expresiile mrimilor variabile:

)sin1()( tEtuCE += )sin1()( tIti CC =

n regim static: 0=RP CT IEP = Cabs EIP = n regim dinamic: =+=

TC

CTEI

dttItET

P0 2

)sin1()sin1(1

2)sin1(1

0

CTabs

TRCCabs

EIPPPEIdttIE

TP ====

%502max ====C

C

abs

R

abs

semnalEI

EI

PP

PP (2.65)

Observaii - Pabs nu variaz n funcie de amplitudinea semnalului. Puterea pe tranzistor scade pe msur ce

crete puterea semnalului pe sarcin. - Randamentul este de dou ori mai mare dect n cazul precedent. - Funcionarea etajului este limitat la intervalul de frecvene admis de transformator, nu lucreaz

n c.c. i la frecvene joase. Preul transformatorului poate fi important. 3. Clas B n etaj cu tranzistoare complementare Acest regim presupune ca fiecare tranzistor s funcioneze doar jumtate din perioad. Totui, scopul etajului este s reproduc pe sarcin forma semnalului de intrare, deci s aib funcionare cvasiliniar. n acest scop, snt folosite dou tranzistoare, fiecare asigurnd conducia prin sarcin pe aproximativ jumtate din perioad. n fiecare alternan, curentul de colector al tranzistorului este chiar curentul prin sarcin. ntruct tranzistoarele nu au curent de polarizare n regim static, dispare disipaia de putere inutil din acest regim. A fost ales o schem cu dou surse de alimentare cea mai simpl schem care asigur funcionarea n c.c.. Se neglijeaz , . . Se alege CEsatU BI EUCE = EUce = pentru randament maxim.


Figura 2.74: Etaj cu 2 TB n clas B, sarcin rezistiv Expresiile mrimilor variabile:

)sin1(sin1 tEtEEUEUEU isCE === )sin1(2 tEUEUEU isEC +=++=

=0

sin)(1t

RE

tiC pentru

],2

[

]2

,0[

TTt

Tt

= tREtiC sin

0)(1 pentru

],2

[

]2

,0[

TTt

Tt

tREtI s sin)( =

n regim static 021 ==== absRTT PPPP . n regim dinamic

== 20

21 )2

2(2

sin)sin1(1

T

T REtdt

REtE

TP 21 TT PP =

=+= 20

2

22)sin(1sin1

TT

Tabs R

EdttREE

Ttdt

REE

TP

===T

Rsemnal REtdt

REtE

TPP

0

2

2sinsin1

Rezult %5,7842

22

2

max ====

RER

E

PP

abs

R (2.66)

%111 semnal

TPP (2.67)

Observaii: - circuitul nu consum putere n repaus - funcioneaz i n c.c. - randamentul e mai bun dect n cazurile precedente


- puterea disipat pe frecare tranzistor este sub 11% din cea care trebuie transmis sarcinii - semnalul pe sarcin e distorsionat distorsiune de neracordare, exist un interval n care ambele

tranzistoare snt blocate, vezi figura 2.75. Acest fenomen este creat de faptul c o parte din semnalul de intrare (valorile mici, n jurul lui 0) este folosit pentru deschiderea tranzistorului care va conduce, nu pentru crearea de semnal n sarcin.

Figura 2.75: Apariia distorsiunii de neracordare, la trecerea prin 0 4. Clas AB Neajunsul important al schemei precedente este funcionarea neliniar, n jurul trecerii prin 0. Pentru a l elimina, a fost fcut un compromis: ambele tranzistoare snt pstrate uor deschise, n repaus (n absena semnalului), n sensul c ambele jonciuni baz-emitor snt direct polarizate. n acest fel, nu se mai folosete semnalul de intrare pentru polarizarea tranzistoarelor, iar caracteristica intrare-ieire va fi mai aproape de liniaritate. Preul pltit pentru aceast ameliorare este consumul suplimentar de putere, chiar i n repaus, deci un randament mai mic. Polarizarea tranzistoarelor este asigurat de un circuit plasat ntre bazele lor. ntruct dorim ca semnalul de la etajul precedent s se transmit ct mai uniform spre ambele baze de tranzistoare, este ideal s folosim pentru polarizare o surs de tensiune constant (semnalul de tensiune va fi acelai pe ambele baze).

Figura 2.76: Etaj cu 2 TB n clas AB, sarcin rezistiv Se pot adopta scheme cu sarcina cuplat n c.c. (figura 2.76a) sau cuplat n c.a. (figura 2.76b), n funcie de tipul de amplificator. Prima schem necesit dou surse de alimentare. Soluia pentru polarizarea tranzistoarelor, n figura 2.76, are dou dezavantaje: tensiunea de polarizare a bazelor este fix, iar curentul de colector al tranzistorului din etajul precedent (se numete pilot) impune prezena unui rezistor. Acest rezistor micoreaz amplificarea de tensiune a etajului pilot. n figura 2.77 este prezentat o schem care nltur dezavantajele menionate. Circuitul plasat ntre bazele tranzistoarelor finale se numete superdiod. Este un dipol cu caracteristic apropiat de a unei diode, dar care se deschide la tensiune mai mare. Tensiunea de deschidere este ajustabil din poteniometru. Pentru a realiza compromisul dorit ntre liniaritate i randament, se ajusteaz aceast


tensiune n timp ce se msoar curentul de mers n gol n unul din colectori. Productorii de circuite aleg un curent de colector n repaus ntre 1% i 5% din valoarea maxim a curentului de sarcin.

Figura 2.77: Etaj cu 2 TB n clas AB, polarizare ajustabil, bootstrap (c.a.) A doua modificare privete impedana vzut n colectorul tranzistorului pilot. Rezistena de polarizare se divide n dou pri, iar punctul dintre ele este nclzit cu semnal provenit de la ieire. n acest fel, impedana vzut spre R2 este foarte mare, deci curentul de ieire din etajul pilot este dirijat numai spre bazele tranzistoarelor finale. Se vede c reacia este pozitiv i c transmisia este subunitar (circuitul nu oscileaz). Tehnica se numete bootstrap, este cea deja prezentat n paragraful 2.2.2. Ea nu funcioneaz dect n c.a., iar condensatorul C1 trebuie dimensionat n concordan cu limita inferioar dorit a benzii.

Figura 2.78: Etaj cu 2 TB n clas AB, tranzistoare compuse Aceast clas se folosete n amplificatoare de putere, n care se cere i liniaritate (audio, video, etc.). Pentru a nu solicita un etaj pilot cu amplificare mare n putere (el funcioneaz n clas A, deci ridic iar problema randamentului), se prefer ca tranzistoarele finale s aib amplificare mare n curent. Acest lucru se obine folosind tranzistoare compuse (2 sau chiar 3 n structur), aa cum este prezentat n figura 2.78. Faptul c tranzistoarele finale necesit trei jonciuni baz-emitor polarizate simultan de ctre superdiod nu este relevant pentru funcionare. 5. Clas C

Clasa C presupune funcionare profund neliniar. Ea se folosete n amplificatoarele de putere de radiofrecven (emitoare radio). Principala particularitate a acestor circuite este c lucreaz n benzi de frecven foarte nguste, asigurate de circuite rezonante cu factor de calitate foarte mare. n


consecin, chiar dac semnalul este distorsionat neliniar (ca n figura 2.79), circuitele acordate pe frecvena de lucru selecteaz numai fundamentala, restaurnd astfel semnalul util. De obicei, curentul este distorsionat, iar circuitul rezonant selecteaz tensiunea sinusoidal, pe frecvena de rezonan. Se demonstreaz c randamentul crete spre 100%, odat cu scderea unghiului de conducie. Nu se folosesc valori foarte mici ale acestui unghi (minim 50-60 grade), pentru c puterea obinut scade, deci ar fi nevoie de dispozitive supradimensionate.

Figura 2.79: Forma curentului i a tensiunii n dispozitivul lucrnd n clas C (sarcin RLC paralel)


cef-curs5

Documents