CURS
Dispozitive Electronice i Electronic Analogic 2009-2010Suport
curs 08 Amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare partea 1 -
Amplificatoare cu tranzistoare bipolare
Amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare bipolareExist trei
configuraii elementare de circuite de amplificare, denumite ETAJE
DE AMPLIFICARE. Circuitele de amplificare complexe sunt compuse din
aceste etaje de amplificare, de aceea, se impune studiul acestor
configuraii de baz. Denumirea celor trei configuraii elementare
este:
etaj de amplificare cu tranzistor bipolar n conexiunea EMITOR
COMUN
etaj de amplificare cu tranzistor bipolar n conexiunea COLECTOR
COMUN
etaj de amplificare cu tranzistor bipolar n conexiunea BAZ
COMUN
Denumirea acestor etaje este sugerat de denumirea terminalului
tranzistorului, care n regim variabil este comun att semnalului
aplicat la intrarea amplificatorului, ct i a celui obinut pe
sarcina acestuia.n discuia care urmeaz, analiza etajelor de
amplificare se va realiza numai n DOMENIUL FRECVENELOR MEDII. n
acest caz, funcionarea tranzistoarelor nu este influenat nici de
prezena condensatoarelor de cuplare, respectiv de decuplare din
circuit (acestea influeneaz comportamentul amplificatorului n
domeniul frecvenelor joase), nici de prezena capacitilor parazite
ale tranzistoarelor (acestea influeneaz comportamentul
amplificatorului n domeniul frecvenelor nalte).Pentru toate etajele
de amplificare analizate se vor determina urmtoarele:
1. ecuaiile care definesc Punctul Static de Funcionare al
tranzistorului
2. rezistena de intrare n circuit Ri3. rezistena de ieire din
circuit Ro4. factorul de amplificare ideal n tensiune al
amplificatorului, respectiv cel real, obinut prin conectarea la
bornele de semnale ale amplificatorului a unor circuite externe 5.
factorul de amplificare ideal n curent al amplificatorului,
respectiv cel real, obinut prin conectarea la bornele de semnale
ale amplificatorului a unor circuite externeEtaj de amplificare cu
tranzistor bipolar n conexiunea Emitor Comun1. Schema de baz
Schema uzual a amplificatorului este prezentat n Figura 1.
Figura 1. Etaj de amplificare elementar n conexiunea Emitor
Comun.
Mrimile electrice din Figura 1 au urmtoarele semnificaii:
semnale de intrare:
vI(t) reprezint tensiunea de intrare n amplificator; iI(t)
reprezint curentul de intrare n amplificator;
semnale de ieire: vO(t) reprezint tensiunea de ieire din
amplificator; iO(t) reprezint curentul de ieire din
amplificator.
Semnalele de intrare provin de la un circuit sau de la un
generator de semnal, care urmeaz a fi aplicat la bornele de intrare
ale amplificatorului. Aceste semnale sunt semnalele de
amplificat.
Semnalele de ieire urmeaz a fi furnizate pe o sarcin, care poate
fi sau o simpl rezisten, sau un circuit electronic. Semnalele de
ieire reprezint rezultatul prelucrrii de ctre amplificator a
semnalelor de intrare i sunt semnale amplificate. Sarcina pe care
sunt furnizate aceste semnale urmeaz a fi conectat la bornele de
ieire ale amplificatorului.
Pentru acest tip de amplificator, semnalul de intrare se aplic n
baza tranzistorului, iar ieirea se ia din colectorul
tranzistorului.
Semnalele amintite sunt utilizate pentru reprezentarea
informaiei care urmeaz a fi prelucrat (prelucrat = amplificat) de
ctre amplificator. ntotdeauna, pentru ca circuitul s fie capabil s
prelucreze informaia respectiv, este necesar s dispun de o surs de
energie. Pentru amplificator, sursa de energie este sursa de
alimentare (care este o surs de tensiune CONTINU), care urmeaz s
fie conectat la bornele de alimentare ale amplificatorului. n
Figura 1, cu Ri, respectiv Ro s-au notat rezistena de intrare,
respectiv de ieire ale amplificatorului, iar sgeile care nsoesc
aceste rezistene indic punctele de calcul, respectiv sensul n care
sunt calculate aceste rezistene.
Rolul componentelor amplificatorului este:
tranzistorul Q = amplific semnalele de intrare
rezistenele RB, RE, RC = stabilesc PSF-ul tranzistorului Q.
condensatorul CE = conecteaz n regim variabil emitorul
tranzistorului la masa amplificatorului, n scopul creterii
amplificrii n tensiune.
Amplificatoarele sunt conectate la diverse circuite externe prin
intermediul bornelor de semnal (de intrare i de ieire). n general,
conectarea circuitelor este realizat prin intermediul unor
condensatoare de capacitate mare (C>1(F) numite condensatoare de
cuplare (de cuplaj). Rolul condensatoarelor de cuplare se va indica
n cadrul analizei n regim de curent continuu a amplificatorului. 2.
Modelarea circuitelor externe, conectate la amplificatorn mod
uzual, pentru simplificarea analizei sistemelor electronice compuse
din mai multe etaje interconectare, circuitele externe conectate la
amplificator se modeleaz n modul urmtor:
circuitul de INTRARE, conectat la bornele de intrare ale
amplificatorului, care furnizeaz acestuia semnalul care urmeaz a fi
amplificat, este modelat prin intermediul unui circuit echivalent
denumit generic GENERATOR SEMNAL, compus dintr-un generator de
tensiune sau de curent i o rezisten echivalent, valorile acestor
componente fiind deduse pe baza teoremei generatorului echivalent
de tensiune, respectiv a generatorului echivalent de curent, n
funcie de mrimea electric ce urmeaz a fi amplificat de ctre
amplificator (se va reveni n momentul analizei n regim variabil de
semnal mic asupra acestui amnunt). circuitul de IEIRE, conectat la
bornele de ieire ale amplificatorului, cruia i se furnizeaz
semnalul amplificat, este modelat prin intermediul unei rezistene
echivalente denumite REZISTEN DE SARCIN, notat uzual cu RL. Aceast
rezisten poate reprezenta rezistena de intrare a unui alt circuit,
conectat la bornele de ieire ale etajului de amplificare
analizat.
n Figura 2 se prezint modul n care sunt conectate circuitele
externe la etajul de amplificare.
Figura 2. Conectarea amplificatorului la circuitele externe.
OBSERVAIE: prin conectarea la bornele amplificatorului la
bornele sale de intrare/ieire a circuitelor externe, valoarea
factorilor de amplificare descrete.n continuare se va analiza
funcionarea amplificatorului n regim de curent continuu, respectiv
n regim variabil de semnal mic.
3. Analiza funcionrii amplificatorului n regim de curent
continuu.
Scop: determinarea circuitului de polarizare i calcularea
PSF-ului tranzistorului.
Determinarea circuitului de polarizare este realizat prin
modificarea circuitului prezentat n Figura 2, conform urmtoarelor 2
reguli :
1. se elimin (nu se mai deseneaz) RAMURILE care conin
condensatoare
2. se pasivizeaz sursele INDEPENDENTE i VARIABILE (adic, sursele
de tensiune se nlocuiesc cu un fir scurtcircuit aplicat ntre cele 2
bornele ale sursei, iar sursele de curent se elimin = nu se mai
deseneaz).Dup aplicarea acestor modificri, rezult circuitul de
polarizare al tranzistorului din Figura 3.
Figura 3. Circuitul de polarizare al tranzistorului bipolar.
Se remarc faptul c generatorul de semnal i sarcina
amplificatorului sunt eliminate din circuitul rezultat. Acest fapt
este datorat condensatoarelor CB i CL i ESTE NECESAR pentru
evitarea modificrii PSF-ului tranzistorului Q n momentul conectrii
circuitelor externe la amplificator (aceast modificare este cauzat
de ctre mrimile electrice continue ale circuitelor externe). Este
obligatoriu ca valoarea PSF-ului tranzistorului Q s nu depind de
circuitele externe amplificatorului, deoarece, n caz contrar exist
riscul ca tranzistorul amplificatorului s nu mai funcioneze n RAN
dup conectarea circuitelor externe la amplificator. Pentru a evita
aceast situaie, PSF-ul tranzistorului trebuie s depind numai de
circuitul su de polarizare, pentru c astfel, prin proiectarea
corect a acestuia, se asigur funcionarea corect a tranzistorului (n
RAN), indiferent de structura circuitelor externe.
Valoarea capacitii condensatoarelor CB i CL este mai mare de
1(F, uzual se aleg condensatoare de capacitate mai mare de
10(F.
Circuitul de polarizare rezultat n Figura 3 este chiar circuitul
de polarizare cu rezisten n emitor, prezentat n cursul Circuite de
Polarizare (cursul 06). Din acest motiv, PSF-ul tranzistorului este
descris de urmtoarele relaii (preluate din cursul respectiv):
8.1.a
8.1.b
n mod corect, circuitul de polarizare se deduce pornind de la
circuitul din Figura 2. Acest procedeu este necesar pentru a scoate
n eviden dac circuitele externe conectate la amplificator
influeneaz sau nu polarizarea tranzistorului. n cazul n care
circuitele externe sunt conectate la amplificator prin intermediul
unor condensatoare de cuplare (aa cum este cazul n amplificatorul
analizat), circuitele respective nu influeneaz polarizarea
tranzistorului i din acest motiv, acelai circuit de polarizare s-ar
obine i dac s-ar porni de la circuitul din Figura 1. Trebuie reinut
ns c, dac cuplarea circuitelor externe la amplificator nu este
realizat prin intermediul condensatoarelor de cuplare, atunci
circuitul de polarizare se obine numai dac se pornete de la schema
n care circuitele externe sunt conectate la amplificator deci se
pornete de la Figura 2. OBSERVAIE: n calcule, rezistenele se
transform n k(, iar curentul IC se va exprima n mA.
Se reamintete faptul c tranzistorul bipolar funcioneaz n RAN dac
este satisfcut condiia:
8.2
OBSERVAIE: n locul circuitului de polarizare ales n acest
exemplu, se poate utiliza oricare alt circuit de polarizare (cele
prezentate deja sau altele), cu condiia ca acesta s asigure un PSF
care satisface condiia 8.2.4. Analiza funcionrii amplificatorului n
regim variabil de semnal mic.
Scop: calcularea parametrilor de semnal mic ai
amplificatorului.
Determinarea circuitului echivalent n regim variabil de semnal
mic al amplificatorului este realizat prin modificarea circuitului
prezentat n Figura 1, conform urmtoarelor 3 reguli:1.
condensatoarele de capaciti mari (mai mari dect aproximativ 1(F) se
nlocuiesc cu un fir aplicat ntre armturi
2. se pasivizeaz sursele INDEPENDENTE i CONTINUE (adic, sursele
de tensiune se nlocuiesc cu un fir scurtcircuit aplicat ntre cele 2
bornele ale sursei, iar sursele de curent se elimin = nu se mai
deseneaz).
3. tranzistorul se nlocuiete cu circuitul echivalent de semnal
mic, valabil pentru domeniul de frecvene medii.
Dup aplicarea acestor modificri, rezult circuitul echivalent din
Figura 4. Se remarc dispariia rezistenei RE din emitorul
tranzistorului. Acest fapt este datorat nlocuirii condensatorului
CE, care n mod uzual are o capacitate de valoare mai mare de 100(F
cu un fir, conform indicaiilor de mai sus. Acest fir
scurtcircuiteaz rezistena RE (vine conectat n paralel cu aceasta) i
n consecin RE nu mai are nici un rol n circuit (curentul nu mai
trece prin aceasta, ci trece n totalitate prin scurtcircuitul
generat de CE) i din acest motiv RE este eliminat din circuit. Se
constat astfel c n regim variabil emitorul tranzistorului devine
conectat (cuplat) la masa circuitului. n circuitul echivalent din
Figura 4, parametrii de semnal mic ai tranzistorului se determin cu
relaiile:
unde
8.3
unde
8.4
n relaia 8.3, curentul IC este curentul din PSF al
tranzistorului bipolar. Rezult c valorile parametrilor de semnal
mic ai tranzistorului bipolar depind de PSF-ul acestuia, de unde
rezult n continuare c parametrii de semnal mic ai amplificatorului
(cei care urmeaz a fi calculai) depind de modul n care este
polarizat tranzistorul bipolar. De aici, rezult o dat n plus
importana polarizrii tranzistorului bipolar.
Pentru cureni IC n domeniul de valori care corespunde funcionrii
tranzistorului bipolar n RAN, panta tranzistorului gm este de
ordinul zecilor-sutelor de mS (milisiemensi), iar rezistena r( este
de ordinul sutelor de ohmi-kiloohmi.
Figura 4. Circuitul echivalent al amplificatorului n regim
variabil de semnal mic.
Calculul rezistenei Ri de intrare a amplificatorului Rezistena
de intrare Ri este rezistena msurat (calculat) ntre bornele de
intrare ale amplificatorului, aa cum este sugerat i n Figura 1 prin
sgeata care nsoete rezistena respectiv. Rezistena se determin pe
baza unui nou circuit de calcul, determinat prin aplicarea unui
generator de tensiune sinusiodal de amplitudine notat Vt, care
furnizeaz n circuit un curent sinusoidal de amplitudine notat It.
Pe circuitul astfel rezultat, rezistena Ri se determin cu
relaia:
8.5
Dup parcurgerea indicaiilor de mai sus, circuitul de calcul a
lui Ri arat ca n Figura 5:
Procedura de calcul a unui raport dintre dou mrimi necunoscute
const n exprimarea acestora n funcie de o mrime necunoscut comun
aceasta va fi amplitudinea Vbe, care la final se va simplifica.
Aadar:
Vt n funcie de Vbe se determin aplicnd TK2 pe bucla compus din
sursa Vt i rezistena r(:
8.6.aIt n funcie de Vbe se determin aplicnd relaia de calcul
pentru curentul Ib, observnd mai nti c rezistenele RB i r( formeaz
un divizor de curent pentru curentul It i apoi aplicnd legea lui
Ohm pentru rezistena r(:
8.6.b
Figura 5. Circuitul de calcul al rezistenei Ri.
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia 11.5, se determin
rezistena de intrare a amplificatorului:
8.6.c Pentru a asigura funcionarea tranzistorului bipolar n RAN
se poate demonstra foarte uor c este necesar ca cele 2 rezistene
implicate n calculul lui Ri s satisfac urmtoarea condiie:
8.7
innd cont de aceast informaie, se ajunge uor la urmtoarea relaie
care va constitui relaia final de calcul pentru Ri:
- rezistena de intrare
8.8
Deoarece pentru cureni IC n domeniul de valori care corespunde
funcionrii tranzistorului bipolar n RAN, rezistena r( este de
ordinul sutelor de ohmikiloohmi, rezult c rezistena de intrare n
amplificator este de valoare destul de mic pentru un transfer de
tensiune, respectiv destul de mare pentru un transfer de curent i
din aceste motiv este de ateptat s existe pierderi de semnal la
intrarea amplificatorului.
Calculul rezistenei Ro de ieire a amplificatorului Rezistena de
ieire Ro este rezistena msurat (calculat) ntre bornele de ieire ale
amplificatorului (privind spre acesta, aa cum este sugerat i n
Figura 1 prin sgeata care nsoete rezistena respectiv), n condiiile
n care bornele de intrare ale amplificatorului se scurtcircuiteaz.
Rezistena se determin pe baza unui nou circuit de calcul,
determinat prin aplicarea unui generator de tensiune sinusiodal de
amplitudine notat Vt, care furnizeaz n circuit un curent sinusoidal
de amplitudine notat It. Pe circuitul astfel rezultat, rezistena Ro
se determin cu relaia:
8.9Dup parcurgerea indicaiilor de mai sus, circuitul de calcul a
lui Ro arat astfel:
Figura 6. Circuitul de calcul al rezistenei Ro.
Se remarc faptul c, datorit scurtcircuitrii bornelor de intrare,
amplitudinea Vbe este egal cu zero, curentul generat de generatorul
comandat devine la rndul su zero (curentul are valoarea gm(Vbe),
deci circuitul de calcul al rezistenei Ro devine cel din Figura
6.b. Aplicnd TK2 pe bucla compus din RC i Vt rezult:
8.10.aDe unde rezult formula de calcul a rezistenei de ieire a
amplificatorului:
-rezistena de ieire
8.10.bPentru meninerea funcionrii tranzistorului bipolar n RAN,
rezistena RC se alege de ordinul kiloohmilor, de unde rezult c
rezistena de ieire are o valoare medie, care genereaz pierderi de
semnal la ieirea amplificatorului, indiferent dac acesta este o
tensiune sau un curent. Amplificarea n tensiune idealCapacitatea de
a amplifica n tensiune a amplificatorului este descris de factorul
de amplificare n tensiune, determinat pentru cazul n care
amplificatorul este izolat de alte circuite externe (circuitele
externe nu sunt conectate la amplificator), iar bornele sale de
ieire sunt meninute n gol (nu sunt conectate). n acest caz,
curentul de ieire io al amplificatorului este nul. Prin definiie,
factorul de amplificare n tensiune al amplificatorului izolat (cu
bornele de ieire n gol), care se mai numete i factor de amplificare
n tensiune ideal, se determin pe baza formulei de mai jos,
- definiia factorului de amplificare n tensiune ideal8.12
determinat pe baza circuitului din Figura 4, n care se ine cont
de condiia i0=0. Pentru o mai mare claritate, acesta s-a redesenat
n Figura 7 (notaia RB||r() reprezint rezistena echivalent a
rezistenelor RB i r(, conectate n paralel). n formula de mai sus,
Vo este AMPLITUDINEA tensiunii de ieire a amplificatorului cu
bornele de ieire n gol, iar Vi este AMPLITUDINEA tensiunii de la
bornele de intrare ale amplificatorului. Raportul 8.12 se determin
prin procedura amintit anterior (ambele mrimi din raport se exprim
n funcie de amplitudinea Vbe). Tensiunea Vo se determin n funcie de
Vbe aplicnd legea lui Ohm pe rezistena RC. n condiiile n care
curentul io este egal cu zero, curentul care trece prin rezistena
RC este chiar cel generat de generatorul de curent comandat i are
valoarea gm(Vbe. Totodat, se remarc faptul c acest curent are sens
invers prin rezistena RC, fa de referina considerat pentru
tensiunea Vo. Rezult:
8.13.a
Tensiunea Vi se determin n funcie de Vbe observnd c acestea sunt
egale (n figura alturat:
8.13.b
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia de calcul 8.12,
valoarea factorului de amplificare n tensiune a amplificatorului
izolat, cu bornele de ieire n gol se poate calcula cu relaia:
- valoarea factorului de amplificare n tensiune ideal8.13.c
Figura 7. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
tensiune pentru amplificatorul izolat, cu bornele de ieire n
gol.
Semnul -din faa relaiei 8.13.c indic un defazaj de 1800 ntre
tensiunea de ieire vo(t) i cea de intrare vi(t), iar modulul
expresiei indic de cte ori rezult mai mare amplitudinea Vo a
tensiunii de ieire fa de amplitudinea Vi a tensiunii de intrare n
amplificator. Datorit faptului c panta gm a tranzistorului este de
ordinul zecilor-sutelor de milisiemensi, iar RC este de ordinul
kiloohmilor, rezult c modulul factorului de amplificare n tensiune
al amplificatorului izolat este mare, de ordinul sutelor. Deci, la
acest tip de amplificator, n condiii ideale, cnd amplificatorul
este izolat de alte circuite externe, amplitudinea tensiunii de
ieire poate rezulta de cteva sute de ori mai mare dect amplitudinea
tensiunii de intrare:
Revenind la relaia 8.13.c, se remarc faptul c modulul
amplificrii n tensiune depinde de panta gm a tranzistorului. Deci,
pentru o amplificare n tensiune mare, panta gm a tranzistorului
trebuie s fie mare. innd cont de faptul c panta gm a tranzistorului
depinde de curentul IC din PSF-ul tranzistorului, modulul
factorului de amplificare n tensiune depinde la rndul su de
curentul IC din PSF-ul tranzistorului:
8.13.d
de unde se trage concluzia c factorul de amplificare n tensiune
depinde de circuitul de polarizare al tranzistorului.
Amplificarea n curent idealCapacitatea de a amplifica n curent a
amplificatorului este descris de factorul de amplificare n curent,
determinat determinat pentru cazul n care amplificatorul este
izolat de alte circuite externe, iar bornele sale de ieire sunt
scurtcircuitate (legate printr-un fir). n acest caz, tensiunea de
ieire vo al amplificatorului este zero. Prin definiie, factorul de
amplificare n curent a amplificatorului izolat (cu bornele de ieire
n scurtcircuit), care se mai numete i factor de amplificare n
curent ideal, se determin pe baza formulei,
- definiia factorului de amplificare n curent ideal
8.14calculat pe circuitul din Figura 4, n care se ine cont de
condiia v0=0. Pentru o mai mare claritate, acesta s-a redesenat n
Figura 8. n formula de mai sus, Io este AMPLITUDINEA curentului de
ieire al amplificatorului cu bornele de ieire n scurtcircuit, iar
Ii este AMPLITUDINEA curentului la bornele de intrare ale
amplificatorului. Raportul 8.14 se determin prin procedura amintit
anterior (ambele mrimi din raport se exprim n funcie de
amplitudinea Vbe).
Curentul Io se determin n funcie de Vbe observnd c rezistena RC
este scurtcircuitat. Fiind scurtcircuitat, tensiunea pe aceasta
este zero i conform Legii lui Ohm, prin RC curentul va fi zero. n
aceste condiii, pe baza TK1, rezult c:
8.15.a
Curentul Ii se determin n funcie de Vbe observnd c rezistenele
RB i r( compun un divizor de curent pentru curentul de intrare n
amplificator Ii. Aplicnd rezultatul specific divizorului de curent,
i apoi aplicnd legea lui Ohm pentru rezistena r(, rezult:
8.15.b
n condiiile n care tranzistorul Q este polarizat n RAN,
rezistena RB este mult mai mare dect rezistena r(, ceea ce determin
neglijarea lui r( n suma de la numrtorul din parantez, n relaia de
mai sus. Deci, Ii n funcie de Vbe devine:
8.15.c
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia de calcul 8.14,
valoarea factorului de amplificare n curent a amplificatorului
izolat, cu bornele de ieire n scurtcircuit se poate calcula cu
relaia:
- valoarea factorului de amplificare n curent ideal
8.15.d
Figura 8. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
curent pentru amplificatorul izolat, cu bornele de ieire n
scurtcircuit.
n relaia de mai sus s-a inut cont de faptul c r((gm=( (( este
factorul de amplificare n curent al tranzistorului). Dup cum se
observ, amplificarea n curent a amplificatorului izolat, cu bornele
de ieire conectate n scurtcircuit este egal cu amplificarea n
curent a tranzistorului bipolar, care este de ordinul sutelor.
Deci, la acest tip de amplificator, amplitudinea curentului de
ieire a amplificatorului izolat, cu bornele de ieire
scurtcircuitate, poate rezulta de cteva sute de ori mai mare dect
amplitudinea curentului de intrare n amplificator:
Prin conectarea unor circuite externe la bornele de semnal ale
amplificatorului, capacitatea de amplificare n curent a
amplificatorului se reduce (datorit pierderilor de semnal la
intrare i la ieire).
Revenind la relaiile obinute pn n acest moment, se constat
faptul c acest tip de amplificator amplific att n tensiune ct i n
curent. Din acest motiv, se constat c acest tip de amplificator
amplific suficient de bine i n putere.
5. Conectarea circuitelor externe la bornele
amplificatorului
n sistemele electronice reale, la bornele de semnal ale
amplificatorului sunt conectate alte circuite externe, aa cum s-a
prezentat n Figura 2.Datorit neadaptrii valorii rezistenei de
intrare a amplificatorului la rezistena de ieire a circuitului
extern, aplicat la bornele de intrare ale amplificatorului, vor
exista pierderi de semnal (de tensiune sau de curent) la intrarea
amplificatorului. Analog, datorit neadaptrii valorii rezistenei de
ieire a amplificatorului la rezistena de intrare a circuitului
extern, aplicat la bornele de ieire ale amplificatorului, vor
exista pierderi de semnal (de tensiune sau de curent) la ieirea
amplificatorului. Aceste pierderi de semnal pot fi scoase n eviden
nlocuind amplificatorul cu unul din modelele de amplificatoare
liniare reale, prezentate n cursul 07, conform cu indicaiile
prezentate n cursul respectiv m paragraful 07, iar generatorul de
semnal cu circuitele echivalente determinate prin aplicarea
teoremei generatorului echivalent de tensiune sau de curent.
Amplificarea n tensiune real a amplificatorului
Dac nu ar exista pierderi de tensiune la bornele de semnal ale
amplificatorului, tensiunea variabil vg ar trebui s fie furnizat
sarcinii RL amplificat de AV ori, unde valoarea lui AV este cea din
relaia 8.13.c (luat n modul).
Dar, datorit pierderilor de tensiune, tensiunea care ajunge pe
sarcin este amplificat de mai puine ori i anume:
unde AVg reprezint factorul de amplificare n tensiune real al
amplificatorului, obinut n momentul conectrii la acesta a
circuitelor externe, iar
Valoarea factorului de amplificare n tensiune AVg al
amplificatorului furnizeaz o imagine clar asupra pierderilor de
tensiune la bornele de semnal ale acestuia. Valoarea AVg se poate
calcula conform procedurii indicate n cursul 07, paragraful 07. Din
acest motiv, parametrul AVg se poate determina cu ajutorul relaiei
7.13.c, din cursul 07, particularizat pentru cazul analizei
amplificatorului n domeniul frecvenelor medii (cnd impedanele se
transform n rezistene). innd cont de rezultatele obinute n cadrul
analizei amplificatorului n conexiunea Emitor Comun, relaia 7.13.c
devine:
- valoarea factorului de amplificare n tensiune real
8.17.c
Aceast relaie s-a obinut prin nlocuirea n relaia original a lui
Zi cu rezultatul din relaia 8.8 i a lui Zo cu rezultatul obinut n
relaia 8.10.b.Pentru diminuarea pierderilor de tensiune la
intrarea, respectiv la ieirea amplificatorului, amplificatorul
trebuie astfel proiectat nct rezistena de intrare i rezistena de
ieire a acestuia s satisfac urmtoarele condiii:
8.18
Numai n acest caz,
Deci, n aceste condiii, pierderile de tensiune la bornele de
semnal ale amplificatorului ar putea fi eliminate. Dar aceste
condiii nu pot fi ndeplinite cu uurin ntotdeauna, deoarece o
valoare mare pentru r( necesit un curent continuu n colector IC de
valoare mic, ceea ce mpinge funcionarea tranzistorului ctre
regiunea de blocare (l scoate din RAN), iar o valoare mic pentru RC
scade amplificarea n tensiune a amplificatorului.Amplificarea n
curent real a amplificatorului
Dac nu ar exista pierderi de curent la bornele de semnal ale
amplificatorului, curentul variabil ig ar trebui s fie furnizat
sarcinii RL amplificat de AI ori, unde valoarea lui AI este cea din
relaia 8.15.d (luat n modul).
Dar, datorit pierderilor de curent, curentul care ajunge pe
sarcin este amplificat de mai puine ori i anume:
unde AIg reprezint factorul de amplificare n curent real al
amplificatorului, obinut n urma concetrii la acesta a circuitelor
externe, iar
Valoarea factorului de amplificare n curent AIg a
amplificatorului furnizeaz o imagine clar asupra pierderilor de
curent la bornele de semnal ale amplificatorului. Acesta se poate
calcula conform procedurii indicate n cursul 07, paragraful 07. Din
acest motiv, parametrul AIg se poate determina cu ajutorul relaiei
7.17.c, din cursul 07, particularizat pentru cazul analizei
amplificatorului n domeniul frecvenelor medii (cnd impedanele se
transform n rezistene). innd cont de rezultatele obinute n cadrul
analizei amplificatorului n conexiunea Emitor Comun, relaia 7.17.c
devine:
- valoarea factorului de amplificare n curent real
8.20.cAceast relaie s-a obinut prin nlocuirea n relaia original
a lui Zi cu rezultatul din relaia 8.8 i a lui Zo cu rezultatul
obinut n relaia 8.10.b.Pentru diminuarea pierderilor de curent la
intrarea, respectiv la ieirea amplificatorului, amplificatorul
trebuie astfel proiectat nct rezistena de intrare i rezistena de
ieire a acestuia s satisfac urmtoarele condiii:
8.21
Numai n acest caz,
Deci, n aceste condiii pierderile de curent ar fi eliminate. Dar
aceste condiii nu pot fi ndeplinite cu uurin ntotdeauna deoarece o
valoare mic pentru r( necesit un curent continuu n colector IC de
valoare mare, ceea ce mpinge funcionarea tranzistorului ctre
regiunea de saturaie (l scoate din RAN), iar o valoare mare pentru
RC, corelat cu un curent IC mare, genereaz o cdere de tensiune
continu mare pe RC, ceea ce determin scderea tensiunii continue
colector-emitor VCE, ceea ce duce i mai mult tranzistorul ctre
regiunea de saturaie. Etaj de amplificare n conexiunea Emitor Comun
varianta modificat
1. Schema de baz
Structura sa, prezentat n Figura 11, este similar cu cea studiat
n paragraful precedent, cu deosebirea c n schema electronic nu se
mai introduce condensatorul CE.
Figura 11. Etaj de amplificare n conexiunea Emitor Comun
varianta modificat.n continuare, se va studia modul n care
eliminarea lui CE duce la modificarea valorii rezistenei de intrare
i a factorului de amplificare n tensiune. PSF-ul tranzistorului nu
se modific ntru-ct circuitul de polarizare rmne acelai.
Figura 12. Circuitul echivalent n regim variabil de semnal mic
al amplificatorului.
2. Analiza funcionrii amplificatorului n regim variabil de
semnal mic.
Circuitul echivalent n regim variabil de semnal mic al
amplificatorului este prezentat n Figura 12.
Calculul rezistenei Ri de intrare a amplificatorului Rezistena
de intrare Ri este rezistena msurat (calculat) ntre bornele de
intrare ale amplificatorului, aa cum este sugerat i n Figura 11
prin sgeata care nsoete rezistena respectiv. Rezistena se determin
pe baza unui nou circuit de calcul, determinat prin aplicarea unui
generator de tensiune sinusiodal de amplitudine notat Vt, care
furnizeaz n circuit un curent sinusoidal de amplitudine notat It.
Pe circuitul astfel rezultat, rezistena Ri se determin cu
relaia:
8.32
Pentru calcul se aplic procedura obinuit: ambele mrimi implicate
n raport se determin n funcie de amplitudinea Vbe. Aadar:
Tensiunea Vt n funcie de Vbe se determin aplicnd TK2 pe bucla
compus din sursa Vt rezistena r( i rezistena RE, determinnd n
prealabil curentul prin RE n funcie de Vbe. Deci:
11.33.a
11.33.b
Curentul It n funcie de Vbe se determin aplicnd TK1, legea lui
Ohm pentru r( i RB i la final relaia 8.33.b:
11.33.c
Figura 13. Circuitul de calcul al rezistenei Ri.
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia 8.32, se determin
reizistena de intrare a amplificatorului:
8.33.c
Dac tranzistorul este polarizat n RAN, atunci rezistena r( este
suficient de mic n comparaie cu celelalte rezistene din formula de
calcul, iar rezistena de intrare a amplificatorului se poate
determina cu formula de calcul:
- rezistena de intrare
8.33.d
De data aceasta, valoarea rezistenei de intrare n amplificator
este mult mai mare dect n cazul amplificatorului precedent, de
ordinul zecilor de kiloohmi, motiv pentru care este de ateptat ca
pierderile de tensiune la intrarea amplificatorului s se reduc
substanial. Pierderile de curent la intrare vor crete ns.
Amplificarea n tensiune idealCapacitatea de a amplifica n
tensiune a unui amplificator este descris de factorul de
amplificare n tensiune, determinat pentru cazul n care
amplificatorul este izolat de alte circuite externe (circuitele
externe nu sunt conectate la amplificator), iar bornele sale de
ieire sunt meninute n gol (nu sunt conectate). n acest caz,
curentul de ieire io al amplificatorului este nul. Prin definiie,
factorul de amplificare n tensiune a amplificatorului izolat (cu
bornele de ieire n gol) se determin pe baza formulei
8.34
calculat pe circuitul din Figura 12, n care se ine cont de
condiia i0=0. Pentru o mai mare claritate, acesta s-a redesenat n
Figura 14. Raportul 8.34 se determin prin procedura amintit
anterior (ambele mrimi din raport se exprim n funcie de
amplitudinea Vbe).
Vo se determin n funcie de Vbe aplicnd legea lui Ohm pe
rezistena RC. Curentul care trece prin rezistena RC este cel
generat de generatorul de curent comandat i are valoarea gm(Vbe.
Totodat, se remarc faptul c acest curent are sensul invers prin
rezistena RC, fa de referina considerat pentru tensiunea Vo.
Rezult:
8.35.a
Vi se determin n funcie de Vbe aplicnd TK2 pe bucla compus din
elementele vi, r( i RE, observnd c prin rezistena Re trece un
curent notat Ie, a crui expresie este dedus n relalaia 8.33.a.
Deci:
8.35.b
Figura 14. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
tensiune al amplificatorului izolat, cu bornele de ieire n gol.
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia de calcul 8.34,
valoarea factorului de amplificare n tensiune a amplificatorului
izolat, cu bornele de ieire n gol, se poate calcula cu relaia:
8.35.c
Dar, dac tranzistorul este polarizat n RAN atunci rezistena r(
este suficient de mic n comparaie cu termenul (1+()(RE, nct se
poate neglija n numitorul relaiei de mai sus. n plus, parametrul (
(amplificarea n curent a tranzistorului) este de ordinul sutelor.
Din aceste motive, relaia de mai sus se poate simplifica, astfel
nct factorul de amplificare n tensiune a amplificatorului izolat,
cu bornele de ieire n gol, se poate calcula cu relaia:
- amplificarea n tensiune ideal
8.35.d
Ca i la amplificatorul precedent, tensiunea de ieire vo este
defazat fa de tensiunea de intrare vi cu 1800. De data aceasta ns,
modulul amplificrii n tensiune este mult mai mic, fiind controlat
de raportul dintre rezistenele din colector i emitor. Aceste
rezistene fac parte din circuitul de polarizare al tranzistorului
bipolar i pentru polarizarea acestuia n RAN este necesar ca
raportul celor 2 rezistene s fie sub 10 (chiar sub 5 de multe ori).
n concluzie se observ c n absena condensatorului CE din emitor,
amplificarea n tensiune scade substanial.
3. Conectarea la bornele amplificatorului a circuitelor
externeSe repet procedura de la amplificatorul precedent i rezult c
factorul de amplificare n tensiune al amplificatorului la care sunt
conectate circuitele externe se poate determina cu formula:
8.36.a
Aceast relaie s-a obinut prin nlocuirea n relaia original a lui
Zi cu rezultatul din relaia 8.33.c i a lui Zo cu rezultatul obinut
n relaia 8.10.b.Rezistena Rg este n general mult mai mic dect
rezistena de intrare n amplificator Ri, din acest motiv raportul
din prima parantez, care indic pierderile de tensiune la intrrile
amplificatorului, tinde la 1. Rezult c factorul de amplificare n
tensiune al amplificatorului la care sunt conectate circuitele
externe se poate determina cu formula:
- amplificarea n tensiune real8.36.b
Se observ c i acest amplificator prezint pierderi de tensiune la
ieire, care pot fi eliminate dac RC se alege (dac este posibil)
astfel nct s satisfac condiia:
CONCLUZIE. ntr-un etaj de amplificare elementar n conexiunea
Emitor Comun, eliminare acondesatorului CE duce la reducerea
puternic a pierderilor de tensiune la intrare. Preul pltit pentru
ndeplinirea acestui scop const n diminuarea substanial a factorului
de amplificare n tensiune. Etaj de amplificare cu tranzistor
bipolar n conexiunea Colector Comun1. Schema de baz
Schema uzual a amplificatorului este prezentat n Figura 15.
Figura 15. Etaj de amplificare elementar n conexiunea Colector
Comun.
Semnalul de intrare se aplic n baza tranzistorului, iar ieirea
se ia din emitorul tranzistorului. Se remarc fa de etajul de
amplificare precedent c rezistena RC a fost nlocuit cu un
scurtcircuit (putem considera RC=0 n acest caz).
Figura 16. Conectarea amplificatorului la circuitele
externe.
n Figura 16 se prezint modul n care este conectat etajul de
amplificare la circuitele externe.
n continuare se va analiza funcionarea amplificatorului n regim
de curent continuu, respectiv n regim variabil de semnal mic.
2. Analiza funcionrii amplificatorului n regim de curent
continuu.
Scop: determinarea circuitului de polarizare i calcularea
PSF-ului tranzistorului.
Determinarea circuitului de polarizare este realizat prin
procedeul indicat n cazul etajului de amplificare n conexiunea
Emitor Comun. Circuitul de polarizare este prezentat n Figura 17.
Se remarc faptul c este acelai circuit de polarizare ca i cel al
etajului de amplificare n conexiunea Emitor Comun, cu deosebirea c
RC este nlocuit de un scurtcircuit, deci, pentru determinarea
PSF-ului tranzistorului se pot aplica relaiile de calcul 8.1.a i
8.1.b, n care se consider c RC=0. n rest, afirmaiile fcute n cazul
etajului de amplificare n conexiunea Emitor Comun sunt valabile i
aici.
Figura 17. Circuitul de polarizare.
8.37.a
8.37.b
OBSERVAIE: n locul circuitului de polarizare ales n acest
exemplu, se pot utiliza i alte circuite de polarizare, cu condiia
ns c oricare ar fi acesta, este obligatoriu ca, colectorul
tranzistorului s fie conectat direct, prin intermediul unui fir la
borna sursei de alimentare (nu printr-o rezisten).
3. Analiza funcionrii amplificatorului n regim variabil de
semnal mic.
Scop: calcularea parametrilor de semnal mic ai
amplificatorului.
Analiza este realizat prin procedeul indicat n cazul etajului de
amplificare n conexiunea Emitor Comun. Astfel, circuitul echivalent
al amplificatorului n regim variabil de semmnal mic este cel
prezentat n Figura 18.
Figura 18. Circuitul echivalent al amplificatorului n regim
variabil de semnal mic.
Calculul rezistenei Ri de intrare a amplificatorului Rezistena
de intrare Ri are aceeai semnificaie i se determin printr-un
procedeu identic cu cel prezentat n cazul etajului de amplificare n
conexiunea Emitor Comun. Astfel, circuitul de calcul al rezistenei
de intrare este cel prezentat n Figura 5, iar rezistena Ri se
determin cu relaia:
8.38
calculat pe acest circuit.
Figura 19. Circuitul de calcul al rezistenei Ri.
Mai nti se determin Vt n funcie de Vbe prin aplicarea TK2 pe
bucla compus din sursa Vt, rezistena r( i RE, unde Ie se exprim n
prealabil n funcie de Vbe, aplicnd TK1 i legea lui Ohm pentru
r(:
8.39.a
It n funcie de Vbe se determin aplicnd TK1, legea lui Ohm pentru
r( i RB i la final relaia 8.39.a:
8.39.b
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia 8.38, se determin
reizistena de intrare a amplificatorului:
8.39.c
Dac tranzistorul este polarizat n RAN, atunci rezistena r( este
suficient de mic n comparaie cu celelalte rezistene din formula de
calcul, iar rezistena de intrare a amplificatorului se poate
determina cu formula de calcul:
- rezistena de intrare
8.39.d
Valoarea rezistenei de intrare n amplificator este mare, de
ordinul zecilor de kiloohmi, motiv pentru care este de ateptat ca
pierderile de tensiune la intrarea amplificatorului s se reduc
substanial.
Calculul rezistenei Ro de ieire a amplificatorului Rezistena de
ieire Ro are aceeai semnificaie i se determin printr-un procedeu
identic cu cel prezentat n cazul etajului de amplificare n
conexiunea Emitor Comun. Astfel, circuitul de calcul al rezistenei
de ieire este cel prezentat n Figura 20, iar rezistena R0 se
determin cu relaia:
8.40
calculat pe acest circuit.
Figura 20. Circuitul de calcul al rezistenei Ro.
Mai nti se determin Vt n funcie de Vbe, prin aplicarea TK2 pe
bucla compus din sursa Vt i rezistena r(:
8.41.a
It n funcie de Vbe se determin aplicnd TK1, legea lui Ohm pentru
r( i RE i la final relaia 8.41.a:
8.41.b
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia 8.40, se determin
reizistena de ieire a amplificatorului:
8.41.c
Dac tranzistorul Q funcioneaz n RAN, atunci rezistena r( rezult
de valori mult mai mici dect termenul (1+()(RE (( este factorul de
amplificare n curent al tranzistorului i este de ordinul sutelor),
iar rezistena de ieire a amplificatorului se poate calcula dup
relaia aproximativ:
- rezistena de ieire
8.41.d
Rezistena de ieire a acestui amplificator este foarte mic, de
ordinul zecilor de ohmi, ceea ce nseamn c pierderile de tensiune la
bornele de ieire ale acestui amplifucator vor fi foarte mici
(neglijabile).
OBSERVAIE: s-a constatat c pentru acest amplificator rezistena
de intrare este foarte mare, iar cea de ieire foarte mic, ceea ce
indic faptul c acest amplificator se apropie de modelul unui
amplificator de tensiune ideal.
Amplificarea n tensiune idealSe va determina factorul de
amplificare n tensiune, determinat pentru cazul n care
amplificatorul este izolat de alte circuite externe (circuitele
externe nu sunt conectate la amplificator), iar bornele sale de
ieire sunt meninute n gol (nu sunt conectate, ceea ce este
echivalent cu condiia io=0). Prin definiie, factorul de amplificare
n tensiune a amplificatorului izolat (cu bornele de ieire n gol) se
determin pe baza formulei
8.42
calculat pe circuitul din Figura 18, n care se ine cont de
condiia i0=0. Pentru o mai mare claritate, acesta s-a redesenat n
Figura 21.
Figura 21. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
tensiune pentru amplificatorul izolat, cu bornele de ieire n
gol.
Vo se determin n funcie de Vbe aplicnd legea lui Ohm pe
rezistena RE. n condiiile n care curentul io este egal cu zero,
curentul care trece prin rezistena RE este chiar Ie. Rezult:
8.43.a
Vi se determin n funcie de Vbe aplicnd TK2 pe bucla compus din
Vi, Vbe i RE i folosin rezultatul 8.43.a:
8.43.b
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia de calcul 8.42,
valoarea factorului de amplificare n tensiune a amplificatorului
izolat, cu bornele de ieire n gol se poate calcula cu relaia:
8.43.c
Dac tranzistorul Q funcioneaz n RAN, atunci rezistena r( rezult
de valori mult mai mici dect termenul (1+()(RE, iar valoarea
factorului de amplificare n tensiune a amplificatorului izolat, cu
bornele de ieire n gol, se poate determina cu relaia
aproximativ:
- amplificarea n tensiune ideal
8.43.d
Semnul + din faa relaiei 8.43.d indic un defazaj de 00 ntre
tensiunea de ieire vo(t) i cea de intrare vi(t), iar modulul
expresiei indic faptul c amplitudinea Vo a tensiunii de ieire este
egal cu amplitudinea Vi a tensiunii de intrare n amplificator. innd
cont i de faptul c defazajul dintre vo(t) i vi(t) este 00, rezult c
semnalele vo(t) i vi(t) sunt identice. Din acest motiv, etajul de
amplificare n conexiunea Colector Comun se mai numete i Repetor pe
Emitor (adic tensiunea de intrare vi este copiat=repetat n emitor).
Aadar, acest amplificator nu amplific tensiunea.
Rolul amplificatorului: se pune ntrebarea la ce este bun un
circuit care nu amplific tensiunea. Acest amplificator este des
utilizat pentru adaptarea impedanelor (rezistenelor) a 2 circuite
diferite, pentru anularea pierderilor de tensiune la bornele
acestora (se va reveni cu un exemplu care s ilustreze rolul
amplificatorului n conexiunea colector comun). Amplificarea n
curent idealCapacitatea de a amplifica n curent a amplificatorului
este descris de factorul de amplificare n curent, determinat
determinat pentru cazul n care amplificatorul este izolat de alte
circuite externe, iar bornele sale de ieire sunt scurtcircuitate
(legate printr-un fir). n acest caz, tensiunea de ieire vo al
amplificatorului este zero. Prin definiie, factorul de amplificare
n curent a amplificatorului izolat (cu bornele de ieire n
scurtcircuit) se determin pe baza formulei
8.44
calculat pe circuitul din Figura 18, n care se ine cont de
condiia v0=0. Pentru o mai mare claritate, acesta s-a redesenat n
Figura 22.
Figura 22. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
curent pentru amplificatorul izolat, cu bornele de ieire n
scurtcircuit.
Io se determin n funcie de Vbe observnd c rezistena RE este
scurtcircuitat. Fiind scurtcircuitat, tensiunea pe aceasta este
zero i conform Legii lui Ohm, prin RE curentul va fi zero. n aceste
condiii, rezult c:
8.45.a
Ii n funcie de Vbe se determin prin procedeul indicat n cazul
calculului curentului It de la determinarea rezistenei de intrare a
amplificatorului, din acest motiv relaia lui Ii n funcie de Vbe
este identic cu relaia 8.39.b:
8.45.b
nlocuind rezultatele de mai sus n relaia 8.44, se determin
factorul de amplificare n curent al amplificatorului izolat, cu
bornele de ieire scurtcircuitate:
8.45.c
care, innd cont de faptul c r( are o valoare mult mai mic dect
celelalte rezistene de la numitorul raportului, se poate neglija,
iar AI se poate calcula cu relaia:
- amplificarea n curent ideal
8.45.d
4. Conectarea circuitelor externe la bornele
amplificatoruluiAmplificarea n tensiune realValoarea factorului de
amplificare n tensiune AVg al amplificatorului furnizeaz o imagine
clar asupra pierderilor de tensiune la bornele de semnal ale
amplificatorului. Acesta se poate calcula conform procedurii
indicate n cursul 07, paragraful 07. Din acest motiv, parametrul
AVg se poate determina cu ajutorul relaiei 7.13.c, din cursul 07,
particularizat pentru cazul analizei amplificatorului n domeniul
frecvenelor medii (cnd impedanele se transform n rezistene). innd
cont de rezultatele obinute n cadrul analizei amplificatorului n
conexiunea Emitor Comun, relaia 7.13.c devine:
- amplificarea n tensiune real8.46.aAceast relaie s-a obinut
prin nlocuirea n relaia original a lui Zi cu rezultatul din relaia
8.39.d i a lui Zo cu rezultatul obinut n relaia 8.41.d.
Rapoartele din paranteze indic pierderile de tensiune la bornele
amplificatorului. La acest amplificator, rezistena Ri are o valoare
foarte mare, din acest motiv se poate ndeplini cu uurin
condiia:
8.47.a
Totodat, la acest amplificator rezistena Ro are o valoare foarte
mic, din acest motiv se poate ndeplini cu uurin condiia:
8.47.b
n concluzie, prin satisfacerea cu uurin a condiiilor 8.47, acest
etaj de amplificare este capabil s elimine pierderile tensiune
indiferent de circuitele externe, conectate la bornele sale (mai
precis spus, pentru majoritatea cazurilor).
Amplificarea n curent realValoarea factorului de amplificare n
curent AIg al amplificatorului furnizeaz o imagine clar asupra
pierderilor de curent la bornele de semnal ale amplificatorului.
Acesta se poate calcula conform procedurii indicate n cursul 07,
paragraful 07. Din acest motiv, parametrul AIg se poate determina
cu ajutorul relaiei 7.17.c, din cursul 07, particularizat pentru
cazul analizei amplificatorului n domeniul frecvenelor medii (cnd
impedanele se transform n rezistene). innd cont de rezultatele
obinute n cadrul analizei amplificatorului n conexiunea Emitor
Comun, relaia 7.17.c devine:
- amplificarea n curent ideal8.48
Aceast relaie s-a obinut prin nlocuirea n relaia original a lui
Zi cu rezultatul din relaia 8.39.d i a lui Zo cu rezultatul obinut
n relaia 8.41.d.Rapoartele din parantez reprezint pierderile de
curent de la bornele de intrare, respectiv de ieire, i pot fi
reduse dac amplificatorul este astfel proiectat nct i fie
satisfcute condiiile:
8.49
Prima din cele 2 condiii este extrem de greu de obinut, datorit
valorii foarte mari a raportului din condiie, motiv pentru care
pierderile de curent la bornele de intrare ale amplificatorului vor
fi foarte mari. Cea de a 2a condiie poate fi satisfcut doar n
cazurile cnd sarcina RL are valori foarte mici. n caz contrar, vor
exista pierderi de curent i la bornele de ieire ale
amplificatorului.
Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar n conexiunea Baz
Comun
1. Schema de baz
Schema uzual a amplificatorului este prezentat n Figura 23.
Semnalul de intrare se aplic n emitorul tranzistorului, iar ieirea
se ia din colectorul tranzistorului. De asemenea, se remarc prezena
condensatorului CB conectat ntre baza tranzistorului i masa
amplificatorului. Rolul acestui condensator este de a conecta n
regim variabil baza tranzistorului la masa amplificatorului.
Modul n care se realizeaz analiza acestui amplificator este
identic amplificatoarelor anterioare. Din acest motiv, n cele ce
urmeaz se vor prezenta doar circuitele de calcul, respectiv
rezultatele obinute.
Figura 23. Etaj de amplificare elementar n conexiunea Baz
Comun.
n Figura 24 se prezint modul n care este conectat etajul de
amplificare la circuitele externe.
Figura 24. Conectarea amplificatorului la circuitele
externe.
2. Analiza funcionrii amplificatorului n regim de curent
continuu.
Scop: determinarea circuitului de polarizare i calcularea
PSF-ului tranzistorului.
Circuitul de polarizare este prezentat n Figura 25. Se remarc
faptul c este de tipul cu rezisten n emitor, deci PSF-ului
tranzistorului este caracterizat de relaiile:
Figura 25. Circuitul de polarizare.
8.50.a
8.50.b
OBSERVAIE: n locul circuitului de polarizare ales n acest
exemplu, se pot utiliza oricare din celelalte circuite de
polarizare.
3. Analiza funcionrii amplificatorului n regim variabil de
semnal mic.
Scop: calcularea parametrilor de semnal mic ai
amplificatorului.
Circuitul echivalent al amplificatorului n regim variabil de
semmnal mic este cel prezentat n Figura 26.
Figura 26. Circuitul echivalent al amplificatorului n regim
variabil de semnal mic.
Calculul rezistenei Ri de intrare a amplificatorului
Circuitul de calcul al rezistenei de intrare este cel prezentat
n Figura 27, iar rezistena Ri se determin cu relaia:
8.51
calculat pe acest circuit. n urma calculelor, se constat c
rezistena de intrare n amplificator are valoarea din relaia
8.52.a.
Figura 27. Circuitul de calcul al rezistenei Ri.
8.52.a
Dac tranzistorul este polarizat n RAN, atunci rezistena r( este
suficient de mic n comparaie cu termenul (1+()(RE, iar rezistena de
intrare a amplificatorului se poate determina cu formula de
calcul:
- rezistena de intrare
8.52.b
Valoarea rezistenei de intrare n amplificator este foarte mic,
de ordinul zecilor de ohmi, motiv pentru care este de ateptat ca
pierderile de tensiune la intrarea amplificatorului s fie mari, n
schimb pierderile de curent s fie foarte mici.
Calculul rezistenei Ro de ieire a amplificatorului
Circuitul de calcul al rezistenei de ieire este cel prezentat n
Figura 28, iar rezistena R0 se determin cu relaia:
8.53
calculat pe acest circuit. Se costat c, deoarece, pentru acest
calcul, bornele de intrare ale amplificatorului sunt
scurtcircuitate, Vbe=0 ( gm(Vbe=0, iar circuitul de calcul se
reduce la varianta din dreapta.
Figura 28. Circuitul de calcul al rezistenei Ro.
n urma calculelor, se constat c rezistena de intrare n
amplificator are valoarea din relaia de mai jos:
- rezistena de ieire
8.54Rezistena de ieire a acestui amplificator este medie, de
ordinul kiloohmilor, ceea ce nseamn c exist pierderi, att de
tensiune ct i de curent la bornele de ieire ale acestui
amplificator.
Amplificarea n tensiune idealFactorul de amplificare n tensiune,
determinat pentru cazul n care amplificatorul este izolat de alte
circuite externe (circuitele externe nu sunt conectate la
amplificator), iar bornele sale de ieire sunt meninute n gol (nu
sunt conectate, ceea ce este echivalent cu condiia io=0) se
determin pe baza formulei
8.55
determinat pe circuitul din Figura 29 (care este Figura 26,
redesenat pentru o mai mare claritate).
Figura 29. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
tensiune pentru amplificatorul izolat, cu bornele de ieire n
gol.
Valoarea factorului de amplificare n tensiune a amplificatorului
izolat, cu bornele de ieire n gol se poate calcula cu relaia:
- factorul de amplificare n tensiune ideal
8.56Din relaia de mai sus se observ c modulul amplificrii n
tensiune a amplificatorului izolat este egal cu modulul modulul
amplificrii n tensiune a amplificatorului n conexiunea Emitor
Comun. Dar, deoarece rezultatul 8.56 este pozitiv, rezult c
defazajul dintre tensiunea de ieire vo i cea de intrare vi este
00.
Amplificarea n curent
Factorul de amplificare n curent, determinat pentru cazul n care
amplificatorul este izolat de alte circuite externe, iar bornele
sale de ieire sunt scurtcircuitate (legate printr-un fir) se
determin pe baza formulei
8.57
calculat pe circuitul din Figura 30, care este Figura 26, n care
se ine cont de condiia v0=0).
Figura 30. Circuitul de calcul pentru factorul de amplificare n
curent pentru amplificatorul izolat, cu bornele de ieire n
scurtcircuit.
Dac se ine cont de faptul c prin RC nu trece curent, tensiunea
pe aceasta fiind zero datorit faptului c este scurtcircuitat,
factorul de amplificare n curent al amplificatorului izolat, cu
bornele de ieire scurtcircuitate se calculeaz cu formula:
8.58.a
care, innd cont de faptul c factorul de amplificare n curent al
tranzistorului ( este de ordinul sutelor i c r( are o valoare mult
mai mic dect celelalte rezistene de la numitorul raportului, se
poate neglija, iar AI se poate calcula cu relaia:
- amplificarea n curent ideal
8.58.bDin relaia de mai sus se deduce c acest amplificator nu
amplific n curent.
4. Conectarea amplificatorului la circuitele externe.
Amplificarea n tensiune realProcedura de calcul a fost prezentat
n cadrul analizei amplificatoarelor anterioare. Pentru acest
amplificator, factorul de amplificare n tensiune a amplificatorului
la care sunt conectate circuitele externe este:
- amplificarea n tensiune real8.59
Aceast relaie s-a obinut prin nlocuirea n relaia 7.13.c a lui Zi
cu rezultatul din relaia 8.52.b i a lui Zo cu rezultatul obinut n
relaia 8.54.Rapoartele din parantez reprezint pierderile de
tensiune de la bornele de intrare, respectiv de ieire, i pot fi
reduse dac amplificatorul este astfel proiectat nct i fie
satisfcute condiiile:
8.60
Prima din cele 2 condiii este extrem de greu de obinut, datorit
valorii foarte reduse a raportului r(/(1+(), motiv pentru care
pierderile de tensiune la bornele de intrare ale amplificatorului
vor fi mari. Cea de a 2a condiie poate fi satisfcute doar n
cazurile cnd sarcina RL are valori foarte mari. n caz contrar, vor
exista pierderi de tensiune i la ieire.
Amplificarea n curent realProcedura de calcul a fost prezentat n
cadrul analizei amplificatoarelor anterioare. Pentru acest
amplificator, factorul de amplificare n curent a amplificatorului
la care sunt conectate circuitele externe este:
- factorul de amplificare n curent real8.61
Aceast relaie s-a obinut prin nlocuirea n relaia 7.17.c a lui Zi
cu rezultatul din relaia 8.52.b i a lui Zo cu rezultatul obinut n
relaia 8.54.Rapoartele din parantez reprezint pierderile de curent
de la bornele de intrare, respectiv de ieire, i pot fi reduse dac
amplificatorul este astfel proiectat nct i fie satisfcute
condiiile:
8.62
Prima din cele 2 condiii este extrem foarte uor de obinut,
datorit valorii foarte reduse a raportului r(/(1+(), motiv pentru
care pierderile de curent la bornele de intrare ale
amplificatorului vor fi extrem de mici. Cea de a 2a condiie poate
fi satisfcute doar n cazurile cnd sarcina RL are valori foarte
mici. n caz contrar, vor exista pierderi de curent la bornele de
ieire ale amplificatorului.
PAGE 37
_1319298705.unknown
_1319888928.unknown
_1319893930.unknown
_1319895466.unknown
_1319897063.unknown
_1320039995.unknown
_1320040128.unknown
_1319897157.unknown
_1319897046.unknown
_1319897060.unknown
_1319896948.unknown
_1319897006.unknown
_1319897012.unknown
_1319896183.unknown
_1319895215.unknown
_1319895303.unknown
_1319895336.unknown
_1319895279.unknown
_1319894324.unknown
_1319894327.unknown
_1319894242.unknown
_1319892464.unknown
_1319892626.unknown
_1319893412.unknown
_1319893454.unknown
_1319893374.unknown
_1319892517.unknown
_1319892520.unknown
_1319892607.unknown
_1319892496.unknown
_1319889737.unknown
_1319891931.unknown
_1319892393.unknown
_1319892461.unknown
_1319892395.unknown
_1319892125.unknown
_1319889894.unknown
_1319890953.unknown
_1319889861.unknown
_1319889068.unknown
_1319889115.unknown
_1319889026.unknown
_1319299939.unknown
_1319300053.unknown
_1319300201.unknown
_1319300251.unknown
_1319301243.unknown
_1319301314.unknown
_1319301350.unknown
_1319301278.unknown
_1319301207.unknown
_1319300235.unknown
_1319300107.unknown
_1319300178.unknown
_1319300090.unknown
_1319300001.unknown
_1319300030.unknown
_1319299961.unknown
_1319299807.unknown
_1319299875.unknown
_1319299895.unknown
_1319299853.unknown
_1319298797.unknown
_1319299776.unknown
_1319298711.unknown
_1319297826.unknown
_1319298366.unknown
_1319298594.unknown
_1319298673.unknown
_1319298699.unknown
_1319298615.unknown
_1319298540.unknown
_1319298576.unknown
_1319298433.unknown
_1319298058.unknown
_1319298326.unknown
_1319298329.unknown
_1319298292.unknown
_1319297987.unknown
_1319298001.unknown
_1319297848.unknown
_1319297384.unknown
_1319297589.unknown
_1319297738.unknown
_1319297808.unknown
_1319297697.unknown
_1319297481.unknown
_1319297563.unknown
_1319297426.unknown
_1319297169.unknown
_1319297203.unknown
_1319297234.unknown
_1319297195.unknown
_1319297027.unknown
_1319297115.unknown
_1319297021.unknown
_1276626980.unknown