Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy tranzystorowych

Transkrypt

1 Politechnika Wocławska Podstawo koniacje wzmacniaczy tanzystoowych Wocław 00 Politechnika Wocławska Klasyikacja wzmacniaczy Ze wzlęd na zastosowany element steowany: -- lampo -- tanzystoo

2 Politechnika Wocławska Klasyikacja wzmacniaczy Ze wzlęd na zakes częstotliwości wzmacnianych synałów: -- pąd stałeo, -- małej częstotliwości (m.cz.), -- wielkiej częstotliwości (w.cz.). wzmocnienie stałopądo m. cz. w. cz. Hz 0Hz 00Hz khz 0kHz 00kHz MHz 0MHz 00MHz Hz 0Hz -- selektywne ( óna / dolna ), -- szeokopasmo ( óna / dolna >> ). Politechnika Wocławska Klasyikacja wzmacniaczy Ze wzlęd na odzaj spzężenia między wzmacniaczem a obciążeniem lb kolejnym stopniem wzmacniacza: -- o spzężeni pojemnościowym (), -- o spzężeni tansomatoowym, -- o spzężeni zpośednim (alwanicznym). wzmacniane synały zmienne (napięcie stałe nie pzedostaje się na następny stopień), np. wzmacniacze akstyczne wzmacniane synały zmienne i stałe zastosowanie wzmacniaczach pąd stałeo

3 Politechnika Wocławska Klasyikacja wzmacniaczy Ze wzlęd na położeni p.p. na ch-yce tanzystoa oaz amplitdy synał jścioo (podział łównie wzmacniaczy mocy): -- klasa A (p.p. na linioj części ch-yki a amplitda synał j. na tyle mała, że pzez cały okes synały j. tanzysto pzewodzi pąd stan aktywny), -- klasa (p.p. tak dobany, że tanzysto pzewodzi pąd tylko pzez połowę okes pzez dą połowę jest zatkany), -- klasa A (tanzysto pzewodzi pzez większość część okes synał j.), -- klasa (tanzysto pzewodzi pzez mniejszą część okes synał j.). Politechnika Wocławska Wzmacniacze tanzystoo Tanzysto w kładzie wzmacniacza: -źódło synał i obciążenie dołączone do tanzystoa pzez obwody spzęające, - synał wyjściowy powinien być niezniekształcony, - stalony p.p. dostosowany do amplitdy wzmacnianeo synał, - moc wyjściowa większa niż synał stejąceo. 3

4 Politechnika Wocławska Podstawo koniacje wzmacniaczy W + WK + W + W W W WS W D + D WD W + D W + D D W S S S S Politechnika Wocławska haakteystyka amplitdowa wzmacniacza k [d] małe zakes częstotliowsci śednie dże k 0 3d d [lo] 4

5 Politechnika Wocławska haakteystyka amplitdowa wzmacniacza Wzmacniacze stosje się do wzmacniania synałów o szeokim widmie częstotliwości, np. synały akstyczne (stosnek częstotliwości ónej do dolnej wynosi 000). Pzy tak szeokim zakesie inne zjawiska wpływają na pzebie chaakteystyki pzy małych a inne pzy dżych częstotliwościach. Konieczne jest zatem badanie właściwości wzmacniacza oddzielnie w óżnych zakesach częstotliwości. Wpływ na kształt chaakteystyki wzmacniacza mają: pzy małych spadek k na sktek wzost eaktancji kondensatoów w kładzie wzmacniacza, pzy dżych spadek k na sktek spadk wzmocnienia sameo tanzystoa (wpływ pojemności międzyelektodowych) oaz wpływ pojemności pasożytniczych wzmacniacza, pzy śednich k const, elementy eaktancyjne nie mają wpływ na watość wzmocnienia a schemat wzmacniacza opisywany jest jedynie paametami zeczywistymi. Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości k [d] małe zakes częstotliowsci śednie dże k 0 3d d [lo] 5

6 Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W schemat zastępczy + W M O D L W W W m ce Politechnika Wocławska i Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ezystancja j. i wyj. W i b i c m ce ce i wy wy IQ m ϕ T m IQ ce + Y Q T T ib wyt ce wy ic ce wy i 4 43 >> wy wy ce i wy >> ce 6

7 Politechnika Wocławska i Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W skteczne wzmocnienie napięcio W i b i c m ce ce i wy wy IQ m ϕ T m IQ ce + Y Q k k k sk i wy wy c sk γ e ic 443 { { ( ) obc m { e ce γ + γ - napięciowy współczynnik wykozystania obwod jścioo wzmacniacza Politechnika Wocławska I i Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W skteczne wzmocnienie pądo i W i b k isk i c m i b ce ce i wy wy IQ m ϕ T m IQ ce + Y Q k isk il i il ic ib i wy ( ) ic ib i i wy { ki γ i ki k γ i γ i - pądowy współczynnik wykozystania obwod jścioo wzmacniacza 7

8 Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym Wsktek nieliniowości ch-yki pzejścioj tanzystoa pojawiają się zniekształcenia synał wyjścioo. Miaą tych zniekształceń jest współczynnik zawatości hamonicznych watosc _ skteczna _ hamonicznych h 00% watosc _ skteczna _ caleo _ synal n n 00% Wpowadzenie do kład spzężenia zwotneo jemneo (część synał wyjścioo pzeciwdziała synałowi jściom), powodje znaczne zmniejszenie wpływ nieliniowości ch-yki i popawę wanków działania wzmacniacza. Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym Spzężenie zwotne jemne - odzaje N- N-S I Iin I Z Iin I I Y in k Zobc in k Zobc I Z Z Z P- P-S I Iin I Z Iin I I Y in k in k I Zobc I Zobc Z Z Z 8

9 Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym Spzężenie zwotne jemne - właściwości spzężenie paamet N S P S N P k sk, k isk, k psk k k i Z Z wy Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym schemat zastępczy + W M O D L W m ce 9

10 Politechnika Wocławska II twiedzenie Millea I I I I 3 3 I +I 3 3 x 3 3 ( I I ) x ( I I ) x I + 3 I I + x + I ( k i ) x I + x x I + k i Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym schemat zastępczy + W M O D L W m ce I I b I I c I c ( + ) I + b I b + I + c W ( + ) m ce 0

11 Politechnika Wocławska i Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym ezystancja j. i wyj. W i b b e ( +) i c m ce ce i wy wy IQ m ϕ T m IQ ce + Y Q T b ' e + + i b T ( ) wyt ce wyt ic ce wy i 4 43 T wy wy ce iwy ce >> Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym skteczne wzmocnienie napięcio i W i b b e ( +) i c m ce ce i wy wy IQ m ϕ T m IQ ce + Y Q k sk k i wy wy c { { ( ) sk obc m γ ( ) { e ic e L wy k γ + m + m

12 Politechnika Wocławska I i Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W ze SZ pądowym skteczne wzmocnienie pądo i W i b b e ( +) k isk i c m i b ce ce i wy wy IQ m ϕ T m IQ ce + Y Q k isk il i il ic ib i wy ( ) ic ib i i wy + + [ + ( + ) ] { ki γ i ki k γ i Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja WK schemat zastępczy + W M O D L W W m ce

13 Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Koniacja W schemat zastępczy + M O D L W W eb αi e α współczynnik wzmocnienia pądoo tanzystoa w koniacji O I α I + Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Poównanie koniacji wzmacniaczy z tanzystoem bipolanym Paamet Wzmocnienie napięcio k Max wzmocnienie pądo ( 0) k i ezystancja jściowa ezystancja wyjściowa wy W m obc (dże) (dże) (śednie) (dże) KONFIAJA WK ( +) (dże) obc (dże zależy od ) + m (małe zależy od ) W m obc (dże) eb (małe) (dże) m 3

14 Politechnika Wocławska Zakes śednich częstotliwości Paamety obocze wzmacniacza Poównanie koniacji wzmacniaczy z tanzystoem nipolanym Paamet Wzmocnienie napięcio k ezystancja jściowa ezystancja wyjściowa wy WS - m obc D ds KONFIAJA WD < + S m S W m obc S + m D Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna k [d] małe zakes częstotliowsci śednie dże k 0 3d d [lo] 4

15 Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja W i W i b X c bc Y i c i I ce c m ce W kładzie występje spzężenie jścia z wyjściem (popzez bc ), aby łatwiej analizować, paszczamy schemat twoząc schemat nilatealny. Pzy twozeni schemat nilatealneo kozystamy z I twiedzenia Millea: Zjawisko zwielokotniania pojemności (oólnie amditancji) między jściem i wyjściem wzmacniacza, w stosnk zależnym od k. Politechnika Wocławska I twiedzenie Millea I Z I 3 I 3 I Z Z Z I Z I I Z I Z Z Z Z k Z Z Z k 5

16 Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja W i W i b X c bc Y i c i I ce c m ce bc zastępjemy pojemnościami X i Y ównolele włączonymi do i ce. X i Y takie by admitancja widziana z zacisków X- i Y- była taka sama dla ob schematów i W i b X Y i c i ce c X m Y ce jω X I jω cbc ( k ) I j ωy jω cbc j cbc << k ω obc Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja W k sk ( jω) k jω c jω c + jω c k + + dzie: c c + c + c X bc ( k ) óna częstotliwość aniczna wyznaczamy popzez wyliczenie biena nkcji k (jω). dzie: ω π ω c π c 6

17 Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja W Watość ónej częstotliwości anicznej można oaniczać popzez dodanie do kład dodatkoo kondensatoa d pomiędzy a. Wówczas zastępcza pojemność jściowa kład: + W d c ( c + )( k ) c + bc d Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja W ze SZ i W ( ) i b + X Y i c i b e ce c X m Y ce c c + cbc + ( + ) ( k ) π c 7

18 Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja WK c i W i b i e i bc ec c bc m ce π cbc + m c ce L Politechnika Wocławska Zakes dżych częstotliwości óna częstotliwość aniczna Koniacja W i W i e i eb cb eb c αi e c bc π eb c π c L bc Zazwyczaj stała czasowa obwod jścioo jest znacznie mniejsza niż wyjścioo, zatem: ze wzlęd na małe (paktycznie nie występje eekt Millea) kład stosowany łównie dla wysokich 8

19 Politechnika Wocławska Zakes małych częstotliwości Dolna częstotliwość aniczna k [d] małe zakes częstotliowsci śednie dże k 0 3d d [lo] Politechnika Wocławska Zakes małych częstotliwości Dolna częstotliwość aniczna Koniacja W Spadek wzmocnienia pzy niskich częstotliwościach jest sktkiem wzost eaktancji kondensatoów,, 3. W + Wpływ kondensatoów na ch-yki częstotliwościo bada się pzy oddzielnym wzlędnieni każdeo z kondensatoów. 9

20 Politechnika Wocławska I Zakes małych częstotliwości Dolna częstotliwość aniczna Koniacja W m ce π π ( + ) ( + ) wy I ( + ) m ce ( + ) ( + ) + + π Politechnika Wocławska Zakes małych częstotliwości Dolna częstotliwość aniczna Koniacja WK + W π ( + ) π ( + ) wy 0

21 Politechnika Wocławska Zakes małych częstotliwości Dolna częstotliwość aniczna Koniacja W + W π π ( + ) π ( + ) wy Politechnika Wocławska Zakes małych częstotliwości Dolna częstotliwość aniczna Watość dolnej częstotliwości anicznej będzie zależała od wzajemneo sytowania bienów składowych częstotliwości. dy istnieje bien dominjący, tzn. większy od największeo z pozostałych o co najmniej dwie oktawy (4 azy) to d pzyjmje watość: d dy wszystkie bieny nie są od siebie odlełe (wzajemne oddalenie mniejsze niż oktawy) to d pzyjmje watość: d max, n + n ilość bienów dy bieny są sobie ówne to d pzyjmje watość: d n