Parametrii amplificatoarelor. Amplificatoare de tensiune in montaj EC

1. Generalitati

Definitie: Amplificatorul este un circuit electronic care reda la iesire un semnal electric de putere mult mai mare decat cel de la intrare. Sporul de putere se obtine de la sursa de alimentare.

Clasificare

Dupa natura semnalului preponderent amplificat:

amplificatoare de tensiune

amplificatoare de curent

amplificatoare de putere

Dupa puterea semnalului amplificat:

amplificatoare de semnal mic ( de tensiune , de curent )

amplificatoare de semnal mare ( de putere )

Dupa banda de frecventa a semnalului amplificat:

amplificatoare de curent continuu , de la f = 0 Hz

amplificatoare de audiofrecventa ( joasa frecventa ) , f = 20 Hz - 20 kHz

amplificatoare de radiofrecventa ( de inalta frecventa ), f = 20 kHz - 30 MHz

amplificatoare de foarte inalta frecventa, f = 30 MHz - 300 MHz

Dupa latimea benzii de frecventa a semnalului amplificat:

amplificatoare de banda ingusta, f = 9 - 30 kHz

amplificatoare de banda larga ( videofrecventa), f pana la 6 MHz

Dupa tipul cuplajului folosit intre etaje:

cu cuplaj RC

cu circuite acordate

cu cuplaj direct ( galvanic sau de c.c)

cu cuplaj prin transformator

2. Parametrii amplificatoarelor

a. Amplificarea ( coeficientul de amplificare sau castigul) - cea mai importanta marime caracteristica a unui amplificator si reprezinta raportul dintre o marime electrica de iesire si marimea corespunzatoare de la intrare.

Unitatea de masura este decibelul dB sau neperul Np.

Pentru a mari amplificarea, se pot folosi mai multe amplificatoare in cascada. Semnalul de la iesirea unui amplificator devine semnal de intrare pentru urmatorul amplificator.

Amplificarea totala este egala cu produsul amplificarilor

Exemplu:

Fig. 1.13 Amplificator cu mai multe etaje - schema bloc

A_U = U_ies / U_in = A₁ A₂ A₃ In decibeli : A_U [ dB ] = A₁ [ dB ] + A₂ [ dB ] + A₃ [ dB ]

b. Caracteristica amplitudine - frecventa

Reprezinta curba de variatie a modulului amplificarii in functie de frecventa.

| A | = | A( f ) |

f_j - frecventa de taiere la frecvente joase

f_s - frecventa de taiere la frecvente inalte

Fig. 2.14 Caracteristica amplitudine - frecventa a amplificatorului

Banda de frecvente - intervalul de frecvente in interiorul caruia amplificarea nu scade sub 3 dB fata de amplificarea la frecvente medii A₀.

Amplificarea scade la capetele benzii, datorita elementelor reactive de circuit ( bobine, condensatoare ) a caror reactanta depinde de frecventa si datorita factorilor de amplificare α si β care depind de frecventa peste o anumita valoare a frecventei.

c. Impedanta de intrare Z_in - reprezinta raportul dintre amplitudinea tensiunii alternative aplicate la intrarea amplificatorului si amplitudinea curentului de intrare, cu iesirea in gol.

d. Impedanta de iesire Z_ies - reprezinta raportul dintre amplitudinea tensiunii alternative la iesirea amplificatorului si amplitudinea curentului de iesire, cu intrarea in gol.

e. Factorul de distorsiuni neliniare δ

Distorsiunile neliniare sunt deformari ale semnalului de la iesirea unui amplificator fata de cel de la intrare, datorita tranzistoarelor.

Distorsiunile neliniare se manifesta prin aparitia la iesirea amplificatorului a unor componente avand si alte frecvente decat semnalul de la intrare cu frecventa f. Aceste componente de frecvente 2f, 3f,. se numesc armonici.

Daca semnalul de intrare este sinusoidal, la iesire semnalul contine si armonici.

Expresia sa este : 

U₁- amplitudinea fundamentalei de frecventa f ca cea de la intrare

U₂, U₃, . U_n- amplitudinile armonicelor

f. Raportul semnal / zgomot - reprezinta raportul dintre tensiunea de iesire produsa de semnalul amplificat si tensiunea de zgomot.

Raportul semnal / zgomot = 20 log U_ies / U_zies

Tensiunea de zgomot este un semnal aleatoriu provocat de componentele amplificatorului, filtrare insuficienta a tensiunii de alimentare, ecranare necorespunzatoare, provenind mai ales din primul etaj.

Tensiunea de zgomot se masoara la iesirea amplificatorului, scurtcircuitand bornele de intrare.

g. Gama dinamica - reprezinta raportul dintre semnalul de putere maxima si cel de putere minima la iesirea amplificatorului.

h. Sensibilitatea - reprezinta tensiunea necesara la intrarea amplificatorului pentru a obtine la iesire tensiunea sau puterea nominala. Se masoara in V, mV , μV.  

3. Amplificatoare de tensiune in montaj emitor comun EC

Definitie: Sunt amplificatoare care au rolul de a amplifica semnalele de intrare cu distorsiuni in limita celor impuse, pana la nivelul cerut, fara a debita practic putere.

Etajele sunt echipate cu tranzistoare in montaj EC, cuplajul realizandu-se prin condensator sau prin transformator.

a. Schema amplificatorului cu doua etaje de amplificare

Fig.2.15 Amplificator de tensiune cu doua etaje de amplificare

C - Condensator de cuplaj - permite trecerea semnalului alternativ de la primul tranzistor la cel de - al doilea tranzistor, dar blocheaza trecerea componentei de c.c.

b. Functionare

• Semnalul care urmeaza sa fie amplificat este dat de sursa u_in si se aplica pe baza primului tranzistor
• Semnalul de la iesire, amplificat, se culege in colectorul tranzistorului T₂ Daca aceste semnale se conecteaza la cele doua canale ale unui osciloscop se vor putea vizualiza.
• Tensiunea de la iesirea unui amplificator cu un tranzistor este in antifaza cu tensiune aplicata la intrare.

Fig. 2.16 Amplificatorul de tensiune - diagrama curentilor de la intrare (albastra) si iesire (rosie)

c. Comportarea amplificatorului de tensiune in functie de frecventa

Comportarea amplificatorului la frecvente medii

• La frecvente medii, efectele condensatoarelor sunt neglijabile

Amplificarea este constanta - se vede din caracteristica amplitudine - frecventa

Parametrii specifici

• Amplificarea in curent A_i = I₂ / I₁ ≈ h₂₁ este mare
• Amplificarea in tensiune A_U = U₂ / U₁ ≈ - SR_S este mare

S = h₂₁ / h₁₁ - panta tranzistorului

h₂₁ - factor de amplificare in curent alternativ

h₁₁ - impedanta de intrare , in curent alternativ

• Impedanta de intrare ( pur rezistiva ) R_int = U₁ / I₁ ≈ h₁₁ este mica
• Impedanta de iesire ( pur rezistiva ) R_ies = U₂ / I₂ ≈ ∞ este mare

Comportarea amplificatorului la frecvente joase

Este regiunea unde capacitatea de cuplaj C si cea de emitor C_E au efecte importante

Capacitatile parazite provocate de conexiunile de montaj, de capacitatile dintre terminalele tranzistoarelor sunt neglijabile

• Amplificarea scade la 0,707 din amplificarea A₀ de la frecvente medii ( - 3 dB ).

Comportarea amplificatorului la frecvente inalte

Este regiunea unde capacitatile parazite au efecte asupra amplificatorului

Capacitatea de cuplaj C si cea din emitor C_E au efecte neglijabile

Amplificarea scade la 0,707 din amplificarea A₀ de la frecvente medii ( - 3 dB ).

Observatie :

Pentru a obtine o amplificare cat mai liniara, cu atenuari cat mai mici se iau urmatoarele masuri :

- La frecvente joase, folosirea de condensatoare electrolitice de capacitati mari

- La frecvente inalte, folosirea de tranzistoare cu capacitati de intrare si de iesire cat mai mici, micsorarea capacitatilor de montaj.

Activitatea de invatare 2.4.1

Competente

Identifica componente electronice

Interpreteaza rezultatele obtinute si prezinta concluziile

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa analizezi amplificarea semnalelor

- sa precizezi definitia factorului de distorsiuni de la iesirea unui amplificator

- sa precizezi definitia raportului semnal/zgomot specific amplificatoarelor

Obiectivul: Aceasta activitate va va ajuta sa aprofundati si sa sintetizati informatii referitoare la parametrii amplificatoarelor.

Enunt : Folosind surse diferite ( internet, manual, reviste de specialitate, fisa de documentare 2.4, etc.) obtineti informatii despre parametrii amplificatoarelor si organizati-le dupa modelul urmator:

Activitatea de invatare 2.4.2

Competente

Planifica o activitate si culege date numerice cu aceasta

Interpreteaza rezultatele obtinute si prezinta concluziile

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa identifici marimile fizice specifice curbei de variatie a modulului de amplificare in functie de frecventa

- sa analizezi cauzele modificarii valorii factorului de amplificare

Obiectivul: Aceasta activitate va va ajuta sa analizati curba de variatie a modulului de amplificare in functie de frecventa

Enunt

In figura 2.4.1 se reprezinta curba de variatie a modulului de amplificare in functie de frecventa.

Completati spatiile libere din figura de mai jos cu marimile fizice specifice curbei de variatie a modulului de amplificare in functie de frecventa.

.

.

.

. .

Activitatea de invatare 2.4.3

Competenta

Identifica componente electronice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

sa precizezi clasificarea amplificatoarelor in functie de banda de frecventa

Obiectivul: Dupa aceasta activitate veti fi capabili sa corelati tipurile de amplificatoare si frecventa acestora.

Enunt

Realizati asocierile corecte dintre tipurile de amplificatoare din coloana A si frecventa   acestora din coloana B.

Activitatea de invatare 2.4.4

Competente

Identifica componente electronice

Analizeaza montaje cu componente electronice analogice

Obiective:

La sfarsitul acestei activitati vei fi capabil:

- sa identifici   amplificatoarele de tensiune in montaj emitor comun C

- sa precizezi modul de functionare al amplificatoarelor de tensiune in montaj emitor comun

Obiectivul: Aceasta activitate va va ajuta sa analizati amplificatoarele de tensiune cu doua etaje de amplificare.

Enunt : In figurile de mai jos este reprezentata schema amplificatoarelor de tensiune cu doua etaje de amplificare:

a. Definiti amplificatoarele de tensiune in montaj emitor comun EC

b. Descrieti functionarea amplificatoarelor cu doua etaje de amplificare

3. Descrieti comportarea amplificatoarelor de tensiune in functie de frecventa