curs 9 amplificatoare

8/2/2019 Curs 9 Amplificatoare

1/7

9. AMPLIFICATOAREAmplificatorul este un circuit (bloc funcional) care realizeaz creterea puterii semnalului,

pstrnd informaia din semnalul original. Creterea puterii semnalului se face pe seama energieiabsorbite de la sursa de alimentare. n general, la amplificarea unui semnal se dorete ca acesta s

nu se modifice ca i form, de unde rezult c amplificatorul trebuie s lucreze liniar. Exist totuisituaii n care amplificatorul lucreaz liniar, dar forma semnalului este afectat de distorsiunile deamplitudine sau de faz. Un caz de acest gen se ntlnete n domeniul circuitelor de impulsuri,unde forma semnalului poate fi uor afectat, fr a se pierde informaia.

Cea mai simpl relaie care poate caracteriza un amplificator este urmtoarea:( ) ( )x t A y t=

unde:x(t) este vectorul mrimilor de intrare;y(t) vectorul mrimilor de ieire;A amplificarea.

Amplificatorul este prezent n majoritatea circuitelor care realizeaz alte funcii deprelucrare a semnalului (oscilatoare, stabilizatoare, modulatoare, demodulatoare, convertoare).Clasificri ale amplificatoarelor:

dup transmiterea componentei continue: amplificatoare de c.c. amplificatoare de c.a.

dup gama de frecvene: amplificatoare de audiofrecven 20Hz-20kHz amplificatoare de videofrecven 100kHz amplificatoare de radiofrecven 700MHz amplificatoare de microunde 70GHz amplificatoare selective (amplific semnalele dintr-o band ngust);

dup puterea transmis sarcinii: amplificatoare de mic putere amplificatoare de putere mare

9.1. Parametrii amplificatoarelor.

9.1.1. Factori de amplificare.

Pentru c un amplificator poate crete amplitudinea tensiunii sau curentului de la ieire fade intrare se definesc diferii factori de amplificare, i anume:

i

V

V

VA 0= factorul de amplificare n tensiune;

ii

I

IA 0= factorul de amplificare n curent;

iP

P

PA 0= factorul de amplificare n putere;


2/7

iZ

I

VA 0= factorul de transfer, numit transimpedan, cu dimensiunea ;

iY

V

IA 0= factorul de transfer numit transadmitan, cu dimensiunea -1.

Factorii de amplificare adimensionali se pot exprima i n decibeli (dB):[ ]dB

P

PA

i

P

= 0lg10 [ ]dB

V

VA

i

V

= 0lg20

Spre exemplu o amplificare n tensiune de 60dB nseamn c raportul dintre tensiunea deieire i tensiunea de la intrare este de 103.Amplificatoarele mai pot fi clasificate n funcie de sarcin astfel:amplificatoare de tensiune, cnd sarcina are impedan mare i amplificatorul are 1iA ;

amplificatoare de curent, cnd sarcina are impedan mic i amplificatorul are 1vA ;amplificatoare n putere, cnd sarcina primete putere de la amplificator i amplificatorul are 1vA

, 1iA .

9.1.2. Impedanele de intrare i ieire

n general, amplificatorul este conectat ntre un generator de semnal i o sarcin. Transferulsemnalului ntre generator i amplificator, ca i cel ntre amplificator i sarcin, se face cu unanumit consum de energie. Acest fenomen este modelat prin impedanele generatorului,amplificatorului i sarcinii.

Un model din care s reias comportarea real a amplificatorului este cel prezentat nFig.9.1.

a) Amplificator de tensiune b) Amplificator de curent

c) Amplificator transimpedan d) Amplificator transadmitanFig.9.1. Variante de amplificatoare funcie de mrimea amplificat.

n funcie de natura mrimilor considerate ca intrare i ieire, exist patru variante dereprezentare. Ele corespund unui amplificator de tensiune, amplificator de curent, amplificatortransimpedan i amplificator transadmitan.

Dac se ia in considerare amplificatorul de tensiune putem determina relaia dintretensiunile de intrare i ieire astfel:


3/7

0 0

S i SS u i u g

S i g S

R Z RU a U a E

Z R Z R Z R= =

+ + +De menionat c, n model, valoarea amplificrii este calculat considernd amplificatorul

fr sarcin. Aceasta nseamn: pentru semnal de ieire n tensiune, se consider rezistena de sarcin foarte mare;

pentru semnal de ieire n curent, se consider rezistena de sarcin foarte mic.

9.2. Amplificatorul ideal.Dac se analizeaz modul de realizare a unor circuite realizate cu amplificatoare, folosite

pentru msurare sau pentru reglare automat se constat c cel mai important lucru este ca valoareacu care se amplific semnalul trebuie s fie fix i foarte bine cunoscut. n astfel de cazuri, ovaloare incert a amplificrii nu este acceptabil. Pe de alt parte, se tie c este foarte dificil s sedetermine valoarea impedanelor sursei de semnal i a sarcinii. Din acest motiv trebuie folosit unamplificator care s nu i modifice parametrii n urma variaiilor aprute la impedana sursei desemnal i la impedana sarcinii.

Din cele precizate mai sus putem spune c un amplificator idealeste un amplificator alcrui amplificare nu depinde de impedana sursei de semnal i nici de impedana sarcinii conectatela ieire.

n urma analizei Fig.9.1.a) i a relaiei intrare-ieire determinate ulterior putem observa cacel amplificator devine ideal dac se respect urmtoarele inegaliti:

i gZ R>> i 0 SZ R> intrarea este ideal n tensiune i dac 0 SZ R

Se poate spune c dac i gZ R> ieirea esteideal n curent.

Pornind de la acest exemplu i lund n considerare Fig.9.1 se poate spune c exist patrutipuri de amplificatoare ideale:

- amplificatoare ideale de tensiune: i gZ R>> i 0 SZ R- amplificatoare transadmitan: i gZ R>> i 0 SZ R>>

- amplificatoare transimpedan: i gZ R


4/7

Limitarea curentului apare n general datorit modului de polarizare a circuitelor din amplificator.O limitare a tensiunii i a curentului pot aprea i datorit dispozitivelor electronice utilizate nrealizarea amplificatorului.

Spre exemplu dac considerm un tranzistor bipolar limitele n tensiune sunt date la uncapt intrarea n zona de blocare i la cellalt capt intrarea n zona de saturaie.

n cele din urm limitarea puterii este dat de tipul sarcinii pe care o alimenteaz. n generalproductorul indic valoarea maxim a rezistenei de sarcin i a puterii maxime pe sarcinarespectiv.

9.4. Distorsiunile i zgomotul amplificatorului.Mai sus s-a precizat c principala caracteristic a unui amplificator este liniaritatea. n

realitate liniaritatea unui amplificator depinde i de sursa de alimentare i de tipul sarciniialimentate.

Cel mai des neliniaritatea amplificatorului apare datorit mrimii semnalului de intrare.Astfel dac semnalul are o valoarea prea mare poate duce la limitarea n funcionare a unordispozitive electronice.

O alt situaie de neliniaritate se obine dac puterea cerut de sarcin este prea mare, ceeace poate conduce la modificarea proprietilor dispozitivelor electronice care formeazamplificatorul.

Tot o neliniaritate a circuitului se obine dac amplificatorul funcioneaz la o frecvenneadecvat pentru dispozitivele electronice pe care le are n componen.

Pentru exemplificare se observ semnalul de ieire pentru un amplificator cu tranzistorbipolar n conexiune emitor comun, la care semnalul de intrare nu respect valorile proiectate(Fig.9.2). Din Fig.9.2 se poate observa c dac semnalul este prea mare tranzistorul intr n zona desaturaie, iar semnalul este trunchiat superior (a); dac semnalul este prea mic, tranzistorul intr nzona de blocare i semnalul este trunchiat inferior. Pentru toate cazurile din Fig.9.2 semnalul deintrare se consider sinusoidal.

a) datorit saturaiei b) datorit blocrii c) datorit saturaiei i blocriiFig.9.2. Limitarea tensiunii de ieire.

Toate analizele fcute pn acum au pornit de la premiza c sistemul este cunoscut, dinpunct de vedere al semnalului de intrare dar i din punct de vedere a componenei amplificatorului.Prin urmare se putea calcula cu exactitate semnalul de ieire. n realitate att semnalul de intrare cti comportarea amplificatorului pot fi influenai de diferii factori interni sau externi.

Factorii principali care pot influena semnalul de ieire sunt: calitatea semnalului de intrare,modificarea temperaturii (a se vedea influena temperaturii asupra tranzistoarelor), surse de cmpelectromagnetic apropiate etc. Toate acestea introduc anumite perturbaii care n continuare le vomnumiizgomote, i care influeneaz valoarea i forma semnalului de ieire.

9.5. Rspunsul n frecven.Una dintre caracteristicile sursei de semnal aplicate la intrarea unui amplificator este

frecvena. Pentru a cunoate funcionarea amplificatorului este necesar i cunoaterea efectului pe


5/7


6/7

Fig.9.4. Circuit cu reacie negativ.

Din Fig.9.4 se pot deduce urmtoarele relaii:

2

3

x

xa =

3

4

x

xf = 412 xxx =

De unde rezult c:

)( 313 fxxax =af

a

x

xA

+==

11

3

Unde:A este amplificarea real a sistemului.

Prin definiie:- dac 0>af , atunci reacia este negativ- dac 0> factorul de amplificare devine 1A f= .

Topologia circuitelor cu reacie

Pentru a determina ce topologii de reacii se pot folosi trebuie analizat cum se conecteazreacia la intrarea amplificatorului, respectiv la ieirea acestuia.

Efectul reaciei la intrare este de comparare a semnalului de intrare cu semnalul de reaciedup cum urmeaz:- compararea curenilor conectare n paralel (Fig.9.5.a)- compararea tensiunilor conectare n serie (Fig.9.5.b)

a) conectare paralel la intrare b) conectare serie la intrare

c) conectare serie la ieire d) conectare paralel la ieireFig.9.5. Conectarea reaciei negative la amplificator.

La ieire circuitul de reacie face o eantionare a semnalului de ieire dup cum urmeaz:- eantionarea curenilor conectare n serie (Fig.9.5.c)- eantionarea tensiunilor conectare n paralel (Fig.9.5.d)Rezult patru topologii posibile:

- reacie de curent cu eantionare paralel


7/7

- reacie de curent cu eantionare serie- reacie de tensiune cu eantionare paralel- reacie de tensiune cu eantionare serie

curs 9 amplificatoare

Documents