proiect amplificator de tensiune cu reactie negativa std cap muja robert .pdf

ACADEMIA TEHNIC MILITAR

1


AMPLIFICATOR DE TENSIUNE CU REACIE NEGATIV

Proiect de curs la disciplina

DISPOZITIVE I CIRCUITE ELECTRONICE

Proiectant : Std. cap. Muja Robert

Gr E 122

ndrumtor proiect : Col. (r) dr.ing. Aurelian NICULA

Bucureti

2010


2

CUPRINS

1.INTRODUCERE ................................. ..6

1.1 Generaliti ........................................................................................................................ 6

1.2 Clasificarea amplificatoarelor ............................................................................................ 6

1.3 Parametrii amplificatoarelor............................................................................................... 7

1.3.1 Coeficientul de amplificare (amplificarea) ............................................................................... 7

1.3.2 Distorsiunile.....8

1.3.3 Caracteristica amplitudine frecven .................................................................................... 9

1.3.4 Raportul semnal / zgomot.9

1.3.5 Gama dinamica 10

1.3.6 Sensibilitatea 10

2.AMPLIFICATOR CU REACIE NEGATIV......................... 11

2.1 Schema bloc a amplificatorului cu reacie negativ .......................................................... 11

2.2 Efectul reaciei negative asupra distorsiunilor de neliniaritate .......................................... 13

2.3 Efectul reaiei negative asupra benzii de frecvene ........................................................... 14

2.4 Influena reaciei negative de tensiune asupra impedanelor de intrare i ieire ................. 15

3.PROIECTAREA AMPLIFICATORULUI ................................ 18

3.1 Alegerea schemei pentru amplificator .............................................................................. 18

3.2 Calcule efective ............................................................................................................... 19

3.3 Schema de lucru n SCHEMATICS ................................................................................. 25

3.4 Schema n CAPTURE ..................................................................................................... 28

3.5 Realizarea cablajului n LAYOUT ................................................................................... 28

3.6 Implementarea circuitului ................................................................................................ 29

3.7 Aparate utilizate.............................................................................................................. 32


3

3.8 Rezultate obinute n laborator ......................................................................................... 33

3.9 Concluzii ......................................................................................................................... 34

ANEXE............................................................ ................................. 35

Anexa 1. ................................................................................................................................ 35

Foaia de catalog a tranzistorului bipolar BC107A .................................................................. 35

BIBLIOGRAFIE.............................................. ................................ 38


4

ACADEMIA TEHNIC MILITAR FACULTATEA SISTEME ELECTRONICE

I INFORMATICE MILITARE

Disciplina: CIRCUITE ELECTRONICE

APROB

eful catedrei de Comunicaii i Sisteme Electronice Militare

Lt.col.dr.ing.

Adrian Ionu RADU

PROIECT DE CURS

TEMA NR. _____

S se proiecteze: amplificator de tensiune cu reacie negativ realizat cu tranzistoare

1. PARAMETRII DE PROIECTARE:

- amplificarea n tensiune: 40VA (cu o precizie de 10% );

- banda amplificatorului: min

20 Hzf , max

20 kHzf

- rezistena de intrare k10i

R , rezistena de ieire 0

100R ;

- amplitudinea maxim a tensiunii de ieire 0 max

V1U ;

- tensiunea de alimentare V10cc

V ;

- amplificatorul poate funciona n gol sau cu rezistena de sarcin 0s

R R .

2. CONINUTUL MEMORIULUI TEHNIC: - descrierea tehnicilor de amplificare n tensiune cu reacie; - descrierea schemei bloc i justificarea soluiei tehnice propuse; - proiectarea schemei electrice de principiu; - rezultatele simulrii schemei electrice de principiu; - proiectarea cablajului cu ajutorul unui soft dedicat; - rezultate obinute practic; - concluzii; - anexe: deviz de materiale, etc.

3. REALIZARE PRACTIC: - Amplificator de tensiune cu reacie negativ - realizare integral.

4. BIBILOGRAFIE:


5

[1] Dasclu D., Dispozitive si circuite electronice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982; [2] Ciugudean M., Proiectarea unor circuite electronice, Editura Facla, 1983;

5. TERMENE DE LUCRU: Data predrii memoriului tehnic: 4 iunie 2010; Data limit a realizrii practice: 11 iunie 2010; Data limit a susinerii proiectului: 18 iunie 2010.

ndrumtor proiect Col. (r) dr.ing.

Aurelian NICULA


6

1.Introducere

1.1 Generaliti

Prin amplificare ntelegem procesul de marire a valorilor instantanee ale unei puteri sau ale altei marimi, fara a modifica modul de variatie a marimii n timp si folosind energia unor surse de alimentare.

Amplificatorul este un circuit (bloc funcional) care realizeaz creterea puterii semnalului, pstrnd informaia din semnalul original. Creterea puterii semnalului se face pe seama energiei absorbite 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. Semnalele de intrare i de ieire pot fi cureni sau tensiuni n functie de intrarea i de ieirea circuitului. Un amplificator poate fi format din unul sau mai multe etaje de amplificare conectate n serie, astfel nct amplificarea totala este, n general, produsul amplificrilor fiecrui etaj.

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.

1.2 Clasificarea amplificatoarelor

Un amplificator const din unul sau mai multe etaje de amplificare. Ele se pot clasifica dup urmatoarele criterii:

Dupa natura semnalului ce preponderenta amplificat, se ntlnesc: - amplificatoare de tensiune

- amplificatoare de curent

- amplificatoare de putere

Primele dou categorii au la intrare semnale electrice de amplitudini relativ mici, fiind numite de semnal mic. Cea de-a treia categorie de amplificatoare trebuie s furnizeze la ieire puteri mari (cel puin de ordinul wailor), cu un randament acceptabil; ele lucreaz aproape de posibilitile lor maxime n privina puterii disipate, a curenilor i a tensiunilor de aceea se numesc amplificatoare de semnal mare.

Dup tipul elementelor active folosite se ntlnesc: - amplificatoare cu tuburi electronice

- amplificatoare cu semiconductoare

- amplificatoare cu circuite integrate (operaionale)


7

- amplificatoare magnetice

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 limea benzii de frecven amplificat, se ntalnesc: - amplificatoare de banda ngust (920 kHz) - amplificatoare de band larg (amplificatoare de videofrecven), avnd o gam de frecvene amplificate cuprinse ntre civa hertzi (teoretic 0 Hz) si 5 MHz (teoretic 6 MHz).

Dup tipul cuplajului folosit ntre etaje, se pot ntlni: - amplificatoare cu cuplaj RC;

- amplificatoare cu circuite acordate

- amplificatoare cu cuplaj prin transformator

- amplificatoare cu cuplaj rezistiv (numite si amplificatoare cu cuplaj galvanic sau de curent

continuu).

1.3 Parametrii amplificatoarelor

Performanele amplificatoarelor se exprim prin anumite caracteristici sau parametrii. Mrimile fundamentale caracteristice pentru funcionarea unu amplificator sunt: - coeficientul de amplificare (amplificarea, catigul) - distorsiunile

- caracteristicile amplitudine-frecven i faz-frecven; -raportul semnnal/zgomot

- gama dinamic - sensibilitatea

1.3.1 Coeficientul de amplificare (amplificarea)

Amplificarea este cea mai important mrime caracteristic a unui amplificator. Ea reprezint raportul dintre o mrime electric de la ieirea amplificatorului i mrimea corespunztoare de la intrare. n funcie de natura acestei mrimi electrice, se pot defini:

- amplificarea n tensiune:

in

iesu

U

UA (1.1)

- amplificarea n curent:


8

in

iesi

I

IA (1.2)

- amplificarea n putere:

in

iesp

P

PA (1.3)

La un amplificator cu mai multe etaje, amplificarea total este egal cu produsul amplificrilor fiecrui etaj. n adevr, se observ usor ca (de exemplu, amplificator cu dou etaje):

(1.4)

n electronica i telecomunicaii, pentru exprimarea valorii amplificrii se folosesc unitile logaritmice. Unitatea bazat pe logaritmii zecimali se numete decibel (dB), iar cea bazat pe logaritmii naturali se numete neper (Np).

Introducerea lor se bazeaz pe necesitatea de a trasa grafice ntr-un domeniu mare de variaie a amplitudinilor semnalelor precum i ntr-un domeniu mare de frecven. Exprimrile amplificrilor, n aceste condiii, sunt:

in

iesu

in

iesu

U

UNpA

U

UdBA ln][;log20][ (1.5)

in

iesi

in

iesi

I

INpA

I

IdBA ln][;log20][ (1.6)

in

iesp

in

iesp

P

PNpA

P

PdBA ln

2

1][;log20][ (1.7)

n care: 1Np = 8.686 dB (1.8)

1.3.2 Distorsiunile

Reproducerea inexact a semnalului de ieire dat de cel de intrare, datorit fie variaiei amplitudinii cu frecvena, fie a unor frecvene noi introduse, poart numele de distorsiuni. Dup tipul lor, ele pot fi:

- distorsiuni ale amplitudinii n funcie de frecven; - distorsiuni ale fazei n funcie de frecven; - distorsiuni armonice; - distorsiuni de intermodulaie;

21

2

2uu

ies

inin

iesu AA

U

U

U

U

U

UA


9

Primele dou categorii se numesc distorsiuni de frecven sau liniare, iar ultimele dou categorii se numesc distorsiuni neliniare.

Distorsiunile de frecven sunt foarte importante n etajele de semnal mic.

1.3.3 Caracteristica amplitudine frecven

n cazul unui amplificator ideal, un semnal de amplitudine constant i de diferite frecvene, aplicat la intrare, este redat la ieire tot cu amplitudine constant (marit ca valore), aceeai pentru toate frecvenele. n cazul amplificatoarelor reale, amplitudinea semnalelor de diferite frecvene de la ieire nu mai este constant, fiind mai mic spre capetele benzii (la frecvene inferioare i la cele superioare), datorit urmtoarelor cauze: - elementele reactive din circuit (condensatoare, bobine) prezint reactane ce variaz cu frecvena; - factorii de amplificare (, ), ai tranzistoarelor depind de frecven (peste o anumit valoare a frecvenei); - dependena amplificrii de frecven este caracterizat prin curbele de variaie cu frecvena modulului i, respectiv a fazei amplificrii, deoarece amplificarea este un numr complex.

Caracteristica de frecven a amplificatorului.

1.3.4 Raportul semnal/zgomot

Reprezint raportul ntre tensiunea de ieire produs de semnalul amplificat i tensiunea de zgomot propriu. Tensiunea de zgomot a unui amplificator este semnalul aleator (cu variaia haotic n timp) produs de elementele componente ale amplificatorului: rezistoare, tranzistoare, datorit structurii discontinue a curentului electric. Ea se masoar la ieirea amplificatorului, scurcircuitnd bornele sale de la intrarea amplificatorului. Acesta reprezint valoarea tensiunii de intrare care ar crea la ieire tensiunea proprie de zgomot. Pentru ca semnalul de intrare s nu fie perturbat n mod suprator este necesar ca ele s depaeasc de un numr de ori nivelul zgomotului, deci s se realizeze un anumit raport semnal/zgomot.

La un amplificator cu mai multe etaje zgomotul provine mai ales, din circuitul de intrare

i din primul etaj. Zgomotele provin din rezistoare, din elemente active i se pot datora i unor


10

cauze constructive: filtrarea insuficient a tensiunii de alimentare, ecranare necorespunztoare a circuitelor etc.

Valoarea raportului semnal/zgomot se red sub forma:

raport semnal/zgomot = 20 logzies

sies

U

U (1.9)

1.3.5 Gama dinamic

Reprezint raportul ntre semnalul de putere maxim i cel de putere minim pe care le poate reda amplificatorul. Nivelul semnalului amplificat este limitat superior de ctre puterea etajului final i inferior de raportul semnal/zgomot al amplificatorului. De reinut c amplificatoarele la care nu se iau precauii speciale pot reduce gama dinamic a unui program.

1.3.6 Sensibilitatea

Sensibilitatea unui amplificator reprezint tensiunea necesar la intrarea acestuia pentru a obine la ieire tensiune sau putere nominal. Cunoscnd amplificarea i puterea nominal se poate calcula sensibilitatea. Ea caracterizeaz mai ales etajele amplificatoare de putere i se exprim n uniti de tensiune (V, mV, V).


11

2.Amplificator cu reacie negativ 2.1 Schema bloc a amplificatorului cu reacie negativ

n electronic, prin reacie se nelege aducerea unei fraciuni din semnalul de ieire (Xies) la intrarea amplificatorului. Aceast fraciune, care se numete semnal de reacie (Xr), se nsumeaz (vectorial sau fazorial) cu semnalul furnizat de sursa de semnal (Xs), iar rezultanta lor va constitui semnalul de intrare n amplificator (Xin). Pentru a obine semnalul de reacie, semnalul de ieire se aplic la intrarea unui circuit alctuit din elemente de circuit pasive (rezistori, condensatori, bobine), circuit care se numete reea de reacie. Reeaua de reacie pe de o parte divizeaz semnalul de ieire i, pe de alta, introduce un defazaj al semnalului de reacie fa de semnalul de ieire. Sublinierea semnalelor ne arat c acestea sunt mrimi complexe, caracterizate prin amplitudine, frecven i faz. Schema bloc a unui amplificator cu reacie este prezentat n fig.2.1. n ea am notat cu A i modulul factorului de amplificare al amplificatorului fr reacie, respectiv modulul factorului de transfer al reelei de reacie iar cu A i B defazajul introdus de amplificator, respectiv defazajul introdus de reeaua de reacie.

(fig.2.1) Schema bloc a unui amplificator cu reacie negativ

Cu aceste notaii, ntre semnalele din circuit se pot scrie urmtoarele relaii:

ies in X =AX (2.1)

r ies X = X (2.2)


12

in s rX =X +X (2.3)

Cu ajutorul acestor relaii, factorul cu care semnalul furnizat de sursa de semnal este amplificat de ctre amplificatorul cu reacie va fi:

1

ies

r

s

X AA

X A

(2.4)

Produsul complex dintre factorul de amplificare al amplificatorului i factorul de reacie poate fi scris sub forma:

Aj( ) jA Ae A e (cos sin )A j

(2.5)

n care reprezint suma defazajelor introduse de amplificator i reeaua de reacie. Astfel, modulul factorului de amplificare n prezena reaciei va fi:

2 21 2 cosr

AA

A A

(2.6)

Aceast relaie poate fi discutat n funcie de valoarea lui . Vom considera dou cazuri de referin:

dac = (2k+1), cos = -1 i semnalul de reacie este n antifaz cu semnalul furnizat de sursa de semnal. Reacia se numete reacie negativ i factorul de amplificare va avea expresia:

1r

AA

A

(2.7)

Se poate observa c n prezena reaciei negative factorul de amplificare este mai mic dect n absena ei:

Ar < A.

dac = 2k, cos =1 i semnalul de reacie este n faz cu semnalul furnizat de sursa de semnal. Reacia se numete reacie pozitiv i factorul de amplificare va avea expresia:

1r

AA

A

(2.8)

Din aceast relaie rezult c factorul de amplificare n prezena reaciei pozitive este mai mare dect n absena ei:

Ar > A.

Din relaia de mai sus se observ pentru reacie negativ c amplificarea real a amplificatorului scade fa de cea de baz n funcie de factorul de reacie. n cazul extrem cnd

1A factorul de amplificare devine 1A .


13

Aceasta este cea mai importanta ecuaie, ntruct am obinut un amplificator cu o amplificare precis determinat. Atta timp ct amplificarea n bucl deschis Ao este mai mare (ex. de sute de ori mai mare) dect amplificarea n bucl nchis A, aceasta (amplificarea n bucl nchis A) va fi independent de caracteristicile amplificatorului i va depinde doar de "b". Aceast fracie de reacie b (notat i f = factor de reacie; f


14

amplificatorul nu mai lucreaz n regiunea liniar a caracteristicii de transfer) sau "distorsiuni de amplitudine" i pot fi considerate ca o eroare la ieirea amplificatorului. Pentru aceste considerente clare, exemplul din fig.2.2.(c) este numit "distorsiune de trecere" (racordare,

ncruciare) i este un defect comun n amplificatoarele de putere prost proiectate sau reglate. Este foarte clar c dac reacia negativ poate s fac ctigul unui amplificator

independent de variabile cum ar fi: caracteristicile tranzistorului i frecvena semnalului, ar trebui s elimine distorsiunile de neliniaritate fcnd cstigul independent de amplitudinea semnalului. Aceast situaie este desigur adevarat atta timp ct amplificarea n bucl deschis ramne mult mai mare ca amplificarea n bucla nchis.

2.3 Efectul reaiei negative asupra benzii de frecvene

Expresia (2.7) ne spune cum variaz factorii de amplificare n tensiune ai unui amplificator fr reacie la frecvene joase, respectiv nalte. Ele pot fi rescrise n condiiile n care amplificatorul are reacie negativ. Astfel, la frecvene joase factorul de amplificare n prezena reaciei poate fi scris sub forma:

11

111 1

11

j uo

uj uoujr

uo iuj

j o

f Aj

A AfA

A fAj

f f Ajf

(2.9)

sau, mai concentrat:

1

orujr

jr

AA

fjf

(2.10)

unde:

1

j

jr

uo

ff

A

(2.11)

Procednd n mod analog cu factorul de amplificare cu reacie negativ la frecvene nalte:

11

111

(1 )1

uo

uo

ui i uouir

uoui

i o

i

A

Afj

A f AA

A fAj

f f Ajf

(2.12)

obinem:


15

1

oruir

ir

AA

fjf

(2.13)

unde:

(1 )ir i uof f A (2.14)

Se vede clar c fjr

i fir

reprezint acele frecvene la care amplificarea scade cu 3dB fa de

amplificarea la frecvene medii n prezena reaciei negative (Auor

). Aceasta nseamn c reacia

negativ conduce la mrirea benzii de frecvene a amplificatorului.

Astfel, banda de frecvene a amplificatorului cu reacie negativ va fi:

3r dB ir jr irB f f f (2.15)

deoarece, practic fir

>> fjr.

Am vzut pn acum c reacia negativ are dou aciuni complementare: micorarea factorului de amplificare i lrgirea benzii de frecvene. S vedem ce obinem dac facem produsul acestora:

3 (1 )1

uouor r dB i uo uo i

uo

AA B f A A f

A

(2.16)

Dar, produsul Auo

fi reprezint chiar produsul amplificare x banda de frecvene n absena

reaciei negative. Aadar:

3 3uor r dB uo dBA B A B (2.17)

adic, produsul amplificare x banda de frecvene rmne constant. Sau, altfel spus, banda de frecvene poate fi lrgit pe seama micorrii factorului de amplificare sau, un factor de amplificare foarte mare poate fi obinut numai n interiorul unei benzi nguste de frecvene.

2.4 Influena reaciei negative de tensiune asupra impedanelor

de intrare i ieire

Amplificatorul de tensiune poate fi reprezentat ca un cuadripol care, pentru sursa de

semnal, se comport ca o impedan (impedana de intrare a cuadripolului) iar pentru sarcin se comport ca o surs real de tensiune. Reeaua de reacie fiind pasiv, se comport ca un cuadripol pasiv cu o impedan de intrare (Z

1) i una de ieire (Z

2).


16

(fig.2.3) Schema bloc a unui amplificator cu reacie negativ n tensiune

Schema bloc a unui amplificator cu reacie negativ n tensiune este prezentat n fig.2.3. Pentru ca amplificatorul s lucreze n condiii optime este necesar ca energia consumat de ctre reeaua de reacie s fie ct mai mic. De aceea, impedana de intrare a reelei de reacie trebuie s fie ct mai mare (Z

1 >> Z

sarc) i impedana de ieire ct mai mic (Z

2


17

n condiii de mers n scurcircuit (Zsarc

= 0) intrarea reelei de reacie este untat i nu

mai exist reacie negativ. De aceea in su u i:

1

u siessc

u

A ui

A

(2.22)

Din ultimele trei relaii vom exprima impedana de ieire:

1

iesiesru

u

ZZ

A

(2.23)

Relaiile (2.19) i (2.23) ne spun c impedana de intrare a amplificatorului cu reacie negativ de tensiune crete de (1 + A

u) ori, n timp

ce impedana lui de ieire scade de acelai numr de ori. Aceasta nseamn c la intrare amplificatorul ajut sursa de semnal s se apropie de idealitate iar la ieire are o comportare mai apropiat de o surs ideal de tensiune fa de impedana de sarcin. Adic, se mbuntesc condiiile pe care le consideram necesare cu cteva paragrafe mai sus.


18

3.PROIECTAREA

AMPLIFICATORULUI 3.1 Alegerea schemei pentru amplificatorul cu reactie negativa

(fig.3.1) Schema circuitului

(fig.3.2 Schema n c.a. cu reacia negative desfcut


19

(fig.3.3) Schema cu parametrii hibrizi

3.2 Calcule effective

In schema cu parametrii hibrizi pentru a simplifica calculele am grupat rezistentle

si am notat cu :

RB=R1R2

RZ=RFR4; (3.1)

RX=R3RB;

RY=R8(RF+R4);

RL=RYRS;

Pasii urmati in proiectare:

- Am impus un curent de colector IC=1mA si tensiunea VCE=6V;

-Am masurat f pentru amandoi tranzistorii si am obtinut f1=190 si f2=230 drept pentru care

am ales un f=200;


20

-Am folosit datele impuse de problema si anume tensiunea de alimentare VCC=10 V si un

semnal sinusoidal de frecventa 1kHz si amplitudine 1mV

-Am facut sinteza de PSF pentru a afla rezistentele necesare pentru realizarea corecta a

polarizarii a tranzistorului;

In sinteza de PSF am facut urmatorii pasi:

Pasul 1:

a) se consider IEIc

b) Alegem VRE=10% VCC unde

-VCC este tensiunea de alimentare a amplificatorului si este impusa in conditiile de

proiectare VCC=10 V

-VRE este tensiunea ce cade pe rezistena RE si trebuie aleas astfel nct s rezulte

o valoare pentru RE care s conduc la ndeplinire ct mai bun a inegalitii RBFRE. De

asemenea, VRE nu poate fi aleas prea mare, deoarece va conduce la o valoare mic a lui RC.

VRE=10%VCC rezulta VRE=1V (3.2)

VRE=R4IC (3.3)

=> R4= C

RE

I

V=

K1

10*1

13

Pasul 2:

Se determin RB folosind relaia KRB=FminRE, uzual K=10.(unde RE=R4);

Dac se alege un factor K mai mare de 10, inegalitatea RBFRE va fi cu att mai mult

ndeplinit. Deci, variaiile lui IC n jurul valorii impuse, datorate vriaiilor lui F, vor fi cu att

mai reduse, cu ct K are valori mai mari. Totui, pentru K nu se vor alege valori sensibil mai

mari dect pentru a ine pe IC in limitele impuse, deoarece etajul va consuma un curent mare

prin divizorul rezistiv de tensiune, curent care se pierde inutil.

RB= = (3.4)


21

Pasul 3: se dermin rezistenele divizorului rezistiv de tensiune din relaiile:

RB=R1R2 rezulta RB= (3.5)

VBB=VBE+VRE (3.6)

VBB= VCC (3.7) din (3.6)si (3.7) tinand cont si de

relatia(3.5)

R1= (dar deoarece in practica exista rezistenta de

120 o vom alege pe aceasta cea din urma) (3.8)

R2= (3.9) (deoarecce in practica exita

rezistenta de 23 o vom alege pe cea din urma)

Pasul 4: Pentru VBE independent de temperetur se verific IC folosind relaiile:

,max min,min

,min min

,min max,max

,max max

( )

( )

( )

( )

BB BE BB BEC

B BE E

F F

BB BE BB BEC

B BE E

F F

V V V V TI

R RR R

T

V V V V TI

R RR R

T

unde am notat cu RE rezistenta R4 RE=R4 (3.10)

Dac variaiile lui IC n jurul valorii impuse este prea mare, atunci se revine la paii 1 i 2,

alegndu-se VRE mai mare i/sau un factor K mai mare.

Dac se va ine cont de variaiile lui VBE, ct si de cele ale lui F, pentru determinarea

circuitului de polarizare se folosesc relaiile de mai sus pe care le rescriem astfel:

,min min

min

,max max

max

( )( )

( )( )

BC BB BE

F

BC E BB BE

F

RI R V V T

T

RI R V V T

T

(3.11)


22

IC,min = (3.12)

IC,max = (3.13)

Cum valorile lui IC,min si IC,max sunt aproapiate de valorea pe care am impus-o lui Ic rezulta ca am

procedat corect.

Pasul 5 Determinarea rezistentei de colector (R3)

Rezistena de colector RC se determin aplicand Kirchhoff in ochiul de circuit si

impunnd valoarea lui VCE =6V

VCC=(R3+R4)IC+VCE (3.14)

unde pentru IC se poate utiliza valoarea nominal (impus).

R3= = (3.15)

Deoarece am ales doua tranzistoare din aceeasi clasa (BC107A) care au valoarea PSF

apropiata,rezulta ca si al doilea transistor pentru a avea o polarizare corecta trebuie sa respecte

aceleasi conditii ,deci valorile rezistentelor vor fi aceleasi.

Deoarece reactia negativa se aplica intre emitorul primului tranzistor si colectorul celui de-al

doilea tranzistor rezistenta emitorului din primul tranzistoi va fi impartita in 2 rezistente a caror

suma va da valoarea rezistentei R4; Deci rezistentele din emitorul primului transistor vor avea

valorile R4=200 si R5=800 ;

Prin urmare valorile rezistentelor care realizeaza polarizarea tranzistorului sunt:

R1=R6=120 k ; (3.16);

R2=R7=23 k ; (3.17);

R3=R8= 3 k ; (3.18);

R4=200 si R5= 800 ; (3.19);

R9=R4+R5=1 k ; (3.20)


23

Acum putem spune ca am terminat sinteza PSF ului .

In continuare ne ramane sa determinam rezistenta care intra in reactia negative.Din cerintele de

proiectare stim ca amplificarea trebuie sa fie de 40 .

Utilizand relatia AV=1+ Rf=R4(AV-1) Rf=0.2*39=7,8 k ; (3.21)

Doarece rezistenta de reactie are un rol important in stabilirea amplificarii am,pus un

semireglabil de 10k pentru a observa cum se modifica amplificarea atunci cand se modifica si

rezistenta.

In continuare vom determina factorul de reactive care ne va fi de folos atunci cand vom calcula

rezistenta de iesire si rezistenta de intrare. Acesta se noteaza cu f si se determina din relatia:

f= = (3.22);

Pentru a putea calcula rezistentele de intrare si de iesire avem nevoie sa stim cat este

amplificarea a drept pt care trebuie sa calculam rezistentele Rx,Rz,Ry,RL

hie= (3.23);

Ri= hie+(hfe+1)*Rz (3.24)

Dar RZ=RFR4= = 0.195k (3.25)

Din (1) si (2) Ri=5+201* RZ = 5+38,125=44,125 (3.26)

RX=R3RB= = 2,1k (3.27)

RY=R8(RF+R4) = (3.28);

RL=RYRS = =1,86 ( 3.29)

av=(gm+RL)* (3.30);


24

av*f = 0.025*564=14>1 (3.31);

Rof = = 139 . (3.32) In cerintele de proiectare se

cerea o rezistenta de iesire mai mica de 100 lucru aproape reusit in urma proiectarii.

Rif = Ri(1+av*f)=15,1*44,19=667,26 k (3.33);

Rif= RifRB = ( 3.34 ) in cerintele de proiectare se cerea o

rezistenta de intrare mai mare de 10 k lucru ralizat .

Calculul condenastoarelor

Condensatorul de intrare (C1), de ieire(C5) i cel de decuplare dintre etaje(C2) trebuie

alese altfel inct la frecvena minim a semnalului reactanele lor sa fie mult mai mici dect

rezistena serie de pe care se culege semnalul. Celelalte condensatoare trebuie sa scurtcircuiteze

rezistenele pentru componenta de curent alternativ.

1

2CX

f C

Determinarea valorilor condensatoarelor se face pentru o anumit frecven pe care o

alegem n functie de cerinele care trebuiesc ndeplinite. Pentru calcularea valorilor

condensatoarelor de la intrare i de la ieire alegem frecvenele dominante, adic frecvenele care

determin banda cerut. Pentru calculul celorlalte condensatoare folosim frecvene mai mici

dect frecvenele dominante.

Pentru a obtine frecventa de 20kHz am folosit un filtru trece jos.


25

Calculul condensatoarelor de intrare si de iesire (cele care determina banda de frecvente a

amplificatorului);

Rif*C1= = =

C1= (3.35) unde am notat cu f1 frecventa

inferioara a amplificatorului f1=20Hz

Rof *C6= C6= =

=57nF (3.36) unde am notat cu f2 frecventa limita superioara a amplificatorului f2=20kHz

3.3 Schema de lucru n SCHEMATICS

Dup efectuarea calculelor pentru componentele folosite i ndeplinirea cerinelor de

proiectare impuse am realizat schema n programul Orcad Schematics pentru a verifica

corectitudinea calculelor i pentru a efectua simulri n vederea funcionrii circuitului.

In Schematics am folosit trei tipuri de analiza:

-Baias Point Detail pentru vizualizarea curentilor si tensiuni sin circuit

- Transient - pentru vizualizarea amplificarii semnalului

-AC Sweep - pentru a determina banda de frecventa a semnalului;


26

(fig.3.9) Schema circuitului

n urma realizrii schemei n Schematics, dupa ce am alimentat circuitul la VCC=10V si

am generat un semnal avnd frecvena de 1kHz i amplitudinea de 1mV, putem vizualiza, n

urma unei analize de tip Bias Point Detail, valorile tensiunilor si a curenilor prin circuit.

(fig.3.10) Schema cu valorile tensiunilor


27

(fig.3.11) Schema cu valorile curenilor

Dup efectuarea simulrii n domeniul Transient rezult figura (fig.3.10).Se observa c

prin determinarea, cu ajutorul cursorului, a amplitudinii semnalului de la ieirea amplificatorului

este ndeplinit cerina n ceea ce privete amplificarea(adic o amplificare de 40, innd cont de

faptul c, cu ajutorul cursorului amplitudinea semnalului este determinat vrf-la-vrf).

(fig.3.12)

n ceea ce privete banda de frecven, analiza schemei se face n domeniul AC Sweep.

n figura (fig.3.11) este determinat frecvena minima a amplificatorului. Frecvena minim se determina prin cutarea,cu ajutorul cursorului, pe frontul crector al curbei a valorii obinut prin nmulirea valorii amplitudinii semnalului de la ieire cu 0,707.


28

(fig.3.13)

n figura (fig.3.11) este determinat frecvena maxim a amplificatorului. La fel ca n cazul precedent, se caut valoarea obinut prin nmulirea valorii amplitudinii semnalului de la ieire cu 0,707, doar c de aceast dat aceast valoare este cutat pe frontul descresctor, rezultnd astfel frecvena maxim.

(fig.3.14)


29

3.4 Schema n CAPTURE

Avnd n vedere ndeplinirea cerinelor de proiectare i a rezultatelor obinute n

simulare, urmtoarea etap este reprezentat de realizarea schemei n Orcad Capture, schem

ce va servi la implementarea cablajului n Orcad Layout.

(fig.3.15)

3.5 Realizarea cablajului n LAYOUT

Pentru implementarea cablajului cu ajutorul programului Layout am urmat urmtorii pai:

1. Lansare Layout 2. Crearea proiectului cablajului imprimat (Layout)

2.1. Pregatire 2.1.1. Alegerea unui proiect de tehnologie (*.TCH) sau cablaj (*.TPL) 2.1.2. Chemarea unui fisier netlist (*.MNL) 2.1.3. Propunerea unui nume pentru proiect cablaj(*.MAX)

2.2. Desenul conturului circuitului imprimat 2.3. Plasarea componentelor 2.4. Plasarea componentelor suplimentare


30

2.5. Rutaj manual 2.6. Rutaj automat 2.7. Plasarea planului de masa 2.8. Plasare text 2.9. Salvare

3. Imprimare schema cablaj 4. Imprimarea fetelor utile pentru realizare cablaj

Dup executarea corect a pailor menionai mai sus, se obine cablajul.

(fig.3.16)Schema in Layout

3.6 Implementarea circuitului

Initial, cu ajutorul schemei realizate in schematic am realizat cablajul pe breadboard ,pe

care l-am verificat in laborator.Dupa ce am efectuat masurarile si am modificat valorile la cateva

rezistente si condensatoare pentru a obtine rezultate din simulare.

Urmtorul pas n ceea ce privete realizarea circuitului l costituie realizarea traseelor

cablajului obinut n Layout pe o placu de sticlotextolit i corodarea acesteia.

Pasi urmati pentru realizarea traseului au fost:

-am scos la imprimanta cablajul din Layout Plus dupa care am facut o copie la xerox pe o

foaie plastificata ;


31

-am pus foaia pe placuta de textolit si am dat cu fierul de calcat peste ea pana cand a

ramas imprimat cablajul pe placuta.

-am sters placuta cu acetona deoarece a ramas tus pe trasee ;

-pe plcua obinut,am dat gauri si am trecut la montarea componentelor electronice,

adic la realizarea propriu-zis a montajului.

n implementarea circuitului am folosit urmtoarele componente:

Rezistene fixe:

Valoare 200 800 1k 3k 23k 17k 120k

Nr.buc. 1 1 1 2 2 1 2

(Tabelul 1)

Rezisten variabil de 10k.

Condensatoare polarizate:


32

Valoare 100 F

Nr.buc. 5

(Tabelul 2)

Condensator nepolarizat de 50nF.si de 390nF

Tranzistoare:

-- 2 tranzistoare bipolare BC107A

3.7 Aparate utilizate

Multimetru digital Generator semnal Osciloscop

Surs tensiune (CC)


33

3.8 Rezultate obinute n laborator

Determinarea tensiunilor de pe pinii tranzistoarelor se realizeaza cu ajutorul multimetrului.

Determinarea amplificarii circuitului

Pentru a putea vizualiza semnalul pe osciloscop se va genera spre deosebire de semnalul

generat in ORCAD care avea amplitudinea de 5mV ,un semnal cu amplitudine de 50mV la

frecventa de f=1kHz

1.003

1.3R

f kHz

R k

A1-amplitudinea semnalului la intrarea n circuit

A2-amplitudinea semnalului la ieirea din circuit

Msurtori pentru determinarea benzii de frecven

In practica banda de frecventa se determina astfel:

Pentru a determina frecventa minima se pleaca de la o frecventa inferiaora acesteia si se creste

frecventa pana cand se observa ca ce are loc o scadere a amplitudinii semnalului dupa ce s-a

atins nivelul maxim.

La fel se determina si frecventa maxima numai ca se porneste de la o tensiune mai mare..

Observaie: msurtorile sunt efectuate cu ajutorul

osciloscopului cu tub catodic E0109, deci valoarea amplitudinii

semnalului de la ieire nu este foarte exact.


34

3.9 Concluzii

Amplifictorul este un circuit electronic capabil s furnizeze, la ieire un semnal de

aceeai form de und ca cel de la intrare dar cu o putere mai mare, adica un semnal amplificat.

Acesta este prezent in majoritatea circuitelor care realizeaz alte funcii de prelucrare a

semnalului (oscilatoare, stabilizatoare, modulatoare, convertoare). Se consider c informaia

este conservat prin conservarea formei semnalului, ceea ce nseamn c amplificatorul este un

circuit liniar.

Amplificatoarele de audiofrecven (de joas frecven) sunt destinate amplificrii semnalelor cu frecvene cuprinse ntre zeci de hertzi i zeci de kilohertzi. Excitate cu semnale mici, ele trebuie de obicei s furnizeze puteri relativ mari pe impedane de sarcin, de obicei pur rezistive.

Circuitul realizat se ncadreaz,din punct de vedere al amplificrii,n cerinele de proiectare. Dac se dorete mrirea amplificrii, atunci acest lucru este uor de realizat, deoarce amplificarea depinde foarte mult de rezistena din reacie,drept pentru care am pus o rezistenta de reactive semireglabila pentru a observa mai bine modul in care variaza amplitudinea in functie de

aceasta rezistenta. Amplitudinea semnalului de la iesire se modific direct proporional cu valoarea rezistenei din reacia negativ(RR).

Daca pentru modificarea amplitudinii folosim rezistenta de reactie ,pentru obtinerea

benzii de frecventa din cerintele de proiectare folosim condensatorul de intrare( C1) pentru

frecventa de intrare si condensatorul (C6) pentru frecventa de la iesirea amplificatorului.Pentru a

limita superior banda, condensatorul (C6) intra in component unui filtru trece jos.

Pe parcursul realizrii circuitului am ntmpinat i mici dificulti. Dintre acestea putem

meniona: aparatura din dotarea laboratorului ne-a creat mici probleme deoarece afiajul era

incorect la o parte din aparate, ceea ce a implicat un timp mai ndelungat pentru efectuarea

msurtorilor.


35

ANEXE Anexa 1

Foaia de catalog a tranzistorului bipolar BC107A


36


37


38

Bibliografie

1. Cursul de Dispozitive i Circuite Electronice;

2. Prahoveanu,Iosif; Jipa, Doru; Simion, tefan Dispozitive i circuite electronice, Partea

a II-a, Editura Academiei Tehnice Militare, Bucureti, 2000;

3. Costea, I.; Dasclu, D.; Profirescu, M.; Rusu, A. Dispozitive i circuite electronice,

Editura Didactic i pedagogic, Bucureti, 1982.

proiect amplificator de tensiune cu reactie negativa std cap muja robert .pdf

Documents