Elemente de Electronică Analogicăandrei.clubcisco.ro/cursuri/f/f-sym/2eea/manual/EEA-14.pdf · Elemente de Electronică Analogic ... - schema electrica: - schema echivalentă: ...

Platformă de e-learning și curriculă e-content pentru învățământul superior tehnic

Elemente de Electronică Analogică

14. Circuite de intrare, de iesire si cu sarcina dinamică. Amplificatoare de putere

Circuite cu impedanţă de intrare mărită

structura unui amplificator:

etaj de intrare; etaj intermediar; etaj de ieşire.

circuit echivalent la intrare:

gg ZZ

ZEU

int

int1 gEU 1 intZ

alegere între structurile elementare: BC, EC, CC → CC

schema de principiu:

sfiic ZhhZ )1( (dacă rh şi oh sunt egali cu 0).

trebuie folosită relaţia exactă pentru că, pentru valori mari ale impedanţei de intare, nu mai pot fi neglijaţi cei doi parametri:

so

si

ZhNZhZ

1int (dificil de interpretat)

schema Giacoletto:

se neglijează xr şi se redesenează:

se defineşte un “tranzistor ideal” caracterizat prin:

0;;0; idof

ididi

id hhhhhrhfri

''

'

)1(')1((1 si

s

s ZhhZhhhZhNZh

Z fisidf

ididiid

o

ididiid

i

(relaţie corectă, oss rZZ ' )

se pun în evidenţă: 'iZ şi ZZi

''

rezultă:

"'iiic ZZZ cu:

ZZ

ZhhZ

i

fii s

''

'' )1(

schemă simplă de polarizare şi schema echivalentă în regim dinamic:

21int bbic RRZZ

expresia completă:

osfibb rZhhZRRZ )1(21int

efectele circuitelor de polarizare în c.c. (din bază şi din colector); se obţin impedanţe de intrare de ordinul zecilor de k .

pentru a obţine impedanţă de intrare mai mare se va acţiona asupra tuturor componentelor.

tehnica bootstrapării:

1

1

1

IZIVZ

AB

AB

kZ

ZkVV

VIVZ AB

111

1

1

1

ABZkk 1;1

exemplu: impedanţa de intrare a unui repetor pe emitor:

sfi

sfi

sf

i

uc

iiic Zhh

ZhhZh

hA

hk

hZ )1(

11

111

Regulă: încălzirea “punctului rece” (borna rece a impedanţei se “încălzeşte” prin introducerea unei surse de tensiune comandate în tensiune).

I. aplicaţii pentru reducerea efectului circuitului de polarizare în bază:

a) schemă electrică cu divizor fără boostrapare:

- se obţine o impedanţă de intrare ceva mai mare, dar bR nu poate fi prea mare (stabilitatea termică a circuitului, zgomote proprii)

aplicarea “bootstrapării”:

schema electrică: schema echivalentă:

- echivalare (T+Rb)≡T’ cu parametrii:

ib

bffi

ib

bii hR

RhhhhR

Rhh

'' ; ;

dar:

ebbib RRRhR 21,;

deci: eofi RrhhZZ )1(int

b) - schema electrică făra bootstrapare cu o singură rezistenţă de polarizare:

- impedanţa de intrare este mai mare decât pentru o polarizare cu divizor de tensiune în bază;

schema electrică cu bootstrapare schema echivalentă

- se echivalează (T+Rb) cu T” ca în cazul anterior;

- se obţine o expresie identică cu precedenta, dar cu alte valori exacte ale echivalărilor; comentarii.

- în continuare se va considera că se realizează bootstraparea circuitului de polarizare din bază.

- se obţin valori ale impedanţei de intare de zeci-sute de k ;

II. micşorarea efectului rezistenţei de polarizare din emitor:

rezistenţa eR nu poate fi mărită din considerente statice:

EeCEc IRUE ( EeIR cel mult jumătate din CE )

se înlocuieşte rezistenţa de polarizare cu un circuit (dispozitiv) care să prezinte rezistenţă mică în cc şi impedanţă mare în regim dinamic:

- nu se poate folosi inductanţă (valoarea impedanţei depinde de frecvenţă) - TBIP în conexiune BC are aceste proprietăţi

schema electrică schema echivalentă

- T’ este în conexiune BM prin capacitatea de decuplare;

- static: EeCEc IRUUECE

'' (prin tranzistoare circulă, practic, acelaşi curent);

dinamic: rezistenţa eR din expresia impedanţei de intrare va fi înlocuită de impedanţa de ieşire a tranzistorului T’ în conexiune BC:

BMiesTofibb ZrhhRRZ '21int )1(

'''

'''

'oe

eiBMiesT hRh

NRhZ

comparabilă sau mai mare decât or chiar pentru valori nu prea mari ale rezistenţei de emitor (valori uzuale – sute de Ω);

se obţin (împreună cu circuitele de polarizare de la intrare bootstrapate) valori de sute – mii de k ).

III. utilizarea tranzistorului compus Darlington:

schema electrică schema echivalentă

se pot folosi relaţiile pentru tranzistorul compus şi apoi relaţiile generale; mai convenabil este să se folosească schema Giacoletto:

'intint 1 Tofib ZrhhZRZ

''''''int )1( eofiT RrhhZZ

foarte mare în comparaţie cu or ;

se obţin impedanţe de intrare de ordinul sutelor de k (dacă se bootstrapează circuitul de polarizare de la intrare);

dezavantajele utilizării schemei de bază:

- dependenţa factorului de amplificare în curent de curentul de colector din PSF;

- dependenţa tensiunii echivalente de zgomot de curentul de colector din PSF;

tranzistoarele nu pot fi alese astfel încât să fie în PSF optime pentru ambele tranzistoare.

introducerea unei rezistenţe în emitorul primului tranzistor:

schema electrică schema echivalentă

în c.c.: e

EBEBE R

IRUII e

''' (se apropie cei doi curenţi din PSF);

în c.a.:

'int )1( iceofib ZRrhhRZ

cu:

eeofiic RRrhhZZ '''''' )1(

şi rămâne, practic, numai influenţa lui eR .

diminuarea influenţei rezistenţei eR prin boostrapare:

schema electrică schema echivalentă

static, se păstrează situaţia din cazul precedent dacă: 21 eee RRR ;

dinamic, se echivalează (T’+Re1) cu T” cu principalii parametrii echivalenţi (aproximativi):

1'

1'"

ei

eii Rh

Rhh

; 1

'1'"

ei

eff Rh

Rhh

;

''int )1( icofib ZrhhRZ

'2''''''''' )1( eeofiic RRrhhZZ

- rezultă o impedanţă de intrare foarte mare: k32 1010 .

creşterea curentului continuu prin T’ se poate face şi cu generator de curent:

schema electrică

generatorul de curent se poate realiza cu TBIP în conexiune BC sau în alte variante specifice CIL.

IV micşorarea efectului impedanţei Z (din schema Giacoletto):

prin bootstraparea impedanţei; polarizarea tranzistorului T’ se poate face cu o rezistenţă între bază şi

colector (T’ nu se poate satura niciodată); prin bootstraparea lui Z se realizează şi bootstraparea rezistenţei de

polarizare; - în schemele echivalente apar tranzistoare compuse de tipul superD;

- TBIP pot fi de acelaşi tip sau complementare; polarizarea în cc se poate face fie serie fie paralel şi se pot asigura curenţi de

colector prin tranzistoare cât mai apropiaţi sau chiar egali;

schema cu polarizare paralel a TBIP

- schema electrica:

- schema echivalentă:

''int )1(

1 icZhh

kZR

Z fib

ambele componente sunt de ordinul zecilor sau sutelor de M , deoarece:

ceeofiic RRRrhhZZ '2

'''''''' )1( (foarte mare);

ceeofi

ceeof

fi

fc

RRRrhh

RRRrh

ZhhZh

AAkic

icc '

2'''''

'2

'''

''

''''

1

1

11

(foarte aproape de 1);

parametrii ''ih şi ''

fh rezultă din echivalarea: (T’+Re1)≡T”;

prin echivalări succesive se poate ajunge la schema de principiu a circuitului cu repetor pe emitor în care tranzistorul este un tranzistor compus de tipul superD (după echivalări de tranzistoare cu diferite rezistenţe);

se pot folosi formulele de bază cu parametrii echivalenţi.

schemă cu polarizare serie a TBIP

schema electrică schema echivalentă (cu superD)

schemă cu tranzistoare complementare

schema electrică schema echivalentă (cu superD)

Circuite cu impedanţă de ieşire micşorată

circuitul echivalent la ieşirea unui amplificator

iess

s

ZZZUU

02 ; 02 UU 0iesZ ;

alegere între schemele fundamentale, EC, BC, CC CC;

repetorul pe emitor:

11

1

f

g

f

giies h

ZSh

ZhZ

- efectul TBIP; efectul lui gZ ;

repetorul pe emitor compus:

schema de principiu:

- fizic: ECUECUUUUZs 21212 )()(

schema echivalentă a circuitului folosind modelul Giacoletto:

- se neglijează r şi or iar efectul rezistenţei distribuite a bazei se ia în consideraţie prin parametrii echivalenţi:

xx

rrrrr

rSS

'' ; ;

- se calculează panta echivalentă a circuitului:

- se notează: )( 22 rrZZ xc

- se neglijează curenţii de bază ai tranzistoarelor:

'1

'1

'2

'1

'1

'1

'2

'1

'1

'2

'2

'1

'1212

1 SUUZSS

UZSSUSUSUSIII cc

- dar: 21'1 UUU

- deci: 212

2 UUSZUI

s 212 UUSZU s

- rezultă:

SZ

ZSZ

SZUUA

s

s

s

su 111

2

;

SZies

1

- panta echivalentă este foarte mare;

- se mai observă că: 122 cc III

schemă electrică:

- curenţii continui sunt egali;

- efectele capacităţii de cuplare cu sarcina;

structura de tip superG:

- comentarii privind panta echivalentă a TBIP compus;

exemple de scheme

- sursă de stabilizare:

- generator de baleiaj:

Amplificatoare cu sarcină dinamică

scopul: amplificare de tensiune cât mai mare;

alegere între structurile fundamentale: EC, BC, CC EC: - amplificare de tensiune mare (în modul);

- impedanţă de intrare medie;

schema de principiu schema electrică elementară

dacă: cs RR ;

amplificarea de tensiune: cCcsu RISRSRA 40 ; (cu dimensiuni corespunzătoare);

în c.c.: CECcc UIRE

dar CcIR poate fi cel mult CE5,0 (pentru a se asigura excursie maximă de tensiune la ieşire);

deci: CC

u EEA 202

40max ;

(mărirea amplificării se poate face prin mărirea tensiunii de amplificării de alimentare);

expresia completă:

;hZh

ZhA

si

sfu

(la amplificări mari – expresia exactă);

rezistenţa de colector poate fi înlocuită cu un dispozitiv (circuit) cu următoarele proprietăţi:

- static – o valoare cât mai mică;

- dinamic – o valoare cât mai mare;

nu se poate inductanţă (impedanţă dependentă de frecvenţă);

soluţii:

- TBIP în conexiune BM în circuitul de colector;

- TBIP în conexiune CM în circuitul de intrare.

a) amplificator cu sarcină TBIP în conexiune BM:

schema electrică schema echivalentă

;hZh

ZhA

si

sfu

cu:

BMiesTs ZRZ21 ;

02 hRh

NRhZ

e

giBMiesT

.

deoarece: 12RZ BMiesT (uşor de realizat chiar cu valori mici ale lui eR ),

rezultă:

h

hA f

u (valoarea maximă posibilă – ordin de mărime: 410 )

o comentarii privind raportul dintre rezistenţa 1R din acest circuit şi rezistenţa cR din circuitul precedent;

b) amplificator cu sarcină bootstrapată cu polarizare serie a tranzistoarelor:

schema electrică schema echivalentă

echivalare: cRTT ,2'2 cu parametrii (aproximativi):

22

'2

22

'2 ;

ic

cff

ic

cii hR

RhhhR

Rhh

;

amplificarea de tensiune:

11

1

hZhZh

Asi

sfu

cu:

22'2

'2

1; '2

'2intint

Tofi

TTTbs rhhZZZRZ

(pentru sarcină infintă);

- este uşor de realizat: bTRZ '

2int şi atunci:

1

1max h

hAA f

uu .

- de observat că, în principiu, rezistenţa bR poate fi mai mare decât 1R ;

altfel, prin echivalări:

- se obţine o structură de tip superG cu emitorul la masă, cu panta echivalentă foarte mare şi, ca urmare, cu amplificare de tensiune foarte mare;

c) amplificator cu sarcină bootstrapată cu polarizare paralel a tranzistoarelor:

schema electrică

schema echivalentă

echivalare: 12'

2 , cRTT cu parametrii aproximativi:

21

12

'2

21

12

'2 ;

ic

cff

ic

cii hR

RhhhR

Rhh

;

impedanţa de sarcină va fi:

22'2

22'

2'2int

1 Toecfi

TTs rRRhhZZZ f. mare;

amplificarea de tensiune: 1

1max h

hAA f

uu ;

(teoretic, se obţine cea mai mare valoarea a amplificării de tensiune dintre toate cele trei scheme);

prin echivalări, se obţine tot o structură de tip superG cu emitorul la masă, ca şi în circuitul precednt, cu sarcina formată din cele două rezistenţe;