Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Transkrypt

1 Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC na tranzystorach bipolarnych

2 Wzmacniacz jest to urządzenie elektroniczne, którego zadaniem jest : proporcjonalne zwiększenie amplitudy wszystkich składowych widma sygnału wejściowego, bez zmiany ich wzajemnych proporcji.

3 Do podstawowych parametrów wzmacniaczy należą: - wzmocnienie: napięciowe, prądowe i mocy - dolna i górna częstotliwość graniczna - rezystancja wejściowa i wyjściowa - zniekształcenia liniowe i nieliniowe

4 Wzmocnienie określane jest jako stosunek wartości skutecznej sygnału wyjściowego do wartości skutecznej sygnału wejściowego. Wzmocnienie napięciowe wyraża się wzorem: Ku = Uwy/Uwe[V/V] lub Ku = 20log(Uwy/Uwe )[db] Wzmocnienie prądowe jest równe: Ki = Iwy/Iwe[A/A] lub Ki = 20log(Iwy/Iwe )[db] Kp =Pwy/Pwe[W/W] Wzmocnienie mocy: lub Kp = 10log(Pwy/Pwe)[dB]

5 Wzmocnienie wzmacniacza jest zależne od częstotliwości sygnału wejściowego. Oznacza to, że jeśli : na wejście wzmacniacza będzie podany sygnał o stałej amplitudzie, ale zmiennej częstotliwości, to na jego wyjściu wraz ze zmianą częstotliwości, będzie zmieniała się amplituda sygnału wyjściowego.

6 Właściwości wzmacniacza w zależności od częstotliwości sygnału wejściowego określają dwie zależne od siebie charakterystyki: - Amplitudowa ku=f(f) - Fazowa φ= f(f)

7

8 Klasy pracy wzmacniaczy: Klasa A kąt przepływu prądu mniejszy od 360o (moc tracona w tranzystorze jest największa w tej klasie) Klasa B kąt przepływu prądu jest bliski 180o Klasa AB kąt przepływu prąd zawiera się między 180oa 360o(180o<Θ<360o) Klasa C kąt przeplywu prądu mniejszy od 180o

9 Wartość napięcia wyjściowego w zależności od wartości napięcia wejściowego opisuje się za pomocą charakterystyki przejściowej wzmacniacza ( charakterystyki dynamicznej).

10 Zniekształcenia nieliniowe są to zniekształcenia wynikające z nieliniowości charakterystyki przenoszenia wzmacniacza. Współczynnik zniekształceń nieliniowych wyznacza się ze wzoru: h C U 2 2 U U 2 3 O 100% gdzie : U O U 2 1 U 2 2 jest to stosunek wartości skutecznej wyższych harmonicznych do wartości skutecznej pełnego napięcia wyjściowego. Czyli jest to stosunek wartości skutecznej wyższych harmonicznych do wartości skutecznej pełnego napięcia wyjściowego.

11 Schemat zastępczy wzmacniacza

12 Rezystancja wejściowa jest to rezystancja widziana z zacisków wejściowych układu, przy rozwartym wyjściu. R we U I we we przy R O Rezystancja wyjściowa Rwy jest to rezystancja widziana z zacisków wyjściowych układu przy zwartym wejściu. R wy U I wy wy przy U we 0

13 Charakterystyk i tranzystora bipolarnego w układzie OE

14 Wzmacniacz klasy A Nasycenie Punkt pracy I C 90 ua 80 ua 70 ua 60 ua 50 ua 40 ua 30 ua 20 ua 10 ua 0 ua I B Odcięcie U CE

15 Wzmacniacz klasy B Nasycenie Punkt pracy I C 90 ua 80 ua 70 ua 60 ua 50 ua 40 ua 30 ua 20 ua 10 ua 0 ua I B Odcięcie U CE

16 Podstawowe konfiguracje pracy tranzystora bipolarnego jako wzmacniacza OB OE OC C E C B B u WE u WY u WE u WE B E C u WY E u WY

17 Parametry wzmacniacza w układzie OE Podstawowa funkcja wzmacniacza zwiększenie mocy sygnałów może być realizowana przez zastosowanie w układzie wzmacniacza elementów czynnych. Obecnie stosuje się głównie tranzystory bipolarne w trzech podstawowych konfiguracjach: OE, OB., OC. We wzmacniaczach małej częstotliwości najczęściej stosowana jest konfiguracja OE. Schemat takiego wzmacniacza przedstawia poniższy rysunek:

18

19 Parametry wzmacniacza zbudowanego na tranzystorze oblicza się na podstawie schematu zastępczego dla sygnałów zmiennych ( małych, średnich lub wielkich częstotliwości) Poniższy rysunek przedstawia schemat zastępczy dla średnich częstotliwości. W schemacie tym kondensatory traktuje się jako zwarcie, ponieważ: X C R we X C2 R O oraz X CE R E

20 Rezystancja wejściowa dla tego układu widziana z zacisków wejściowych jest to równoległe połączenie RB i RT. R R we gdzie : R T = r bb +r b e = h 11e B 1 2 B R T R R Rezystancja wyjściowa widziana z zacisków wyjściowych: R wy 1 h 22e R O R Wzmocnienie prądowe: k i I I wy we R C R C R O R B R B R T Wzmocnienie napięciowe: k u R R C C R O R O 1 R T RT h 11e

21 Pasmo przenoszenia wzmacniacza o paśmie przenoszenia wzmacniacza decydują częstotliwości górna i dolna częstotliwość graniczna.

22 Na wartość częstotliwości górnej mają wpływ pojemności pasożytnicze wzmacniacza (pojemności tranzystora oraz pojemność montażowa). Pojemności te tworzą z rezystancją źródła sygnału filtry górno-zaporowe ograniczające częstotliwość od góry. Pojemność baza-kolektor ( CT) jest elementem ujemnego sprzężenia zwrotnego (napięciowego równoległego) i jest powodem wystąpienia tzw. efektu Millera. Polega on na tym, że pojemność CBC nie mająca połączenia z masą przekazywana jest na wejście układu zwielokrotniona wzmocnieniem wzmacniacza ( Ku krotnie).

23 Schemat zastępczy układu OE dla częstotliwości górnych C we C m C BE K u C BC f g 1 2 R g C we o częstotliwości górnej fg będzie decydować Cwe, a ściślej filtr górnozaporowy stworzony przez rezystancję źródła sygnału i Cwe.

24 Schemat zastępczy układu OE dla częstotliwości dolnych o częstotliwości dolnej wzmacniacza decydują pojemności kondensatorów znajdujących się w układzie. Każdy z tych kondensatorów tworzy z rezystorami filtry

25 Pierwszy filtr stanowi obwód wejściowy to CS1,Rg,RB i RT Drugi filtr to obwód emitera tzn. kondensator CE i rezystancje Rg, RB, RT, RO i RE, Trzeci filtr stanowi obwód wyjściowy tzn. CS2 i rezystory RC RO częstotliwość graniczna każdego z tych filtrów to: Gdzie τ = stała czasowa poszczególnych filtrów f d 1 2 O częstotliwości dolnej wzmacniacza decyduje największa z trzech częstotliwości

26 Punkt pracy wzmacniacza UCC=URc+ UCE UCC=IC RC+ UCE Zmiana punktu pracy spowodowana zmianą RC lub UCC

27 Wzmacniacz w układzie OC

28 W układzie tym rezystancja kolektora jest zwykle równa zero, a sygnał wyjściowy pobierany jest z emitera. Napięcie wyjściowe, będące spadkiem napięcia rezystorze RE jest w całości przekazywane do obwodu wejściowego ( rezystor RE jest elementem wspólnym obwodu wejściowego i wyjściowego). Rezystor RE wprowadza do obwodu wejściowego spadek napięcia skierowany przeciwnie do napięcia sterującego. Spadek napięcia na RE jest wytworzony przez prąd wyjściowy, czyli prąd emitera. Prąd ten jest h21e razy większy od prądu bazy. Zatem prąd wejściowy płynący pod wpływem wypadkowe napięcia w obwodzie wejściowym ( Ug URE) jest zmniejszony tak, jak gdyby w obwodzie występował rezystor h21ere.

29 Schemat zastępczy układu OC

30 Rezystancja wyjściowa określana jest wzorem: R wy h 11e 1 R h 21e g Wzmocnienie napięciowe w tym układzie jest bliskie jedności ( zawsze nieco mniejsze) : k u h 11e h 21e h R 21e E R E 1 Wzmocnienie prądowe wynosi k 1 i h 21e Napięcie wyjściowe jest w fazie z napięciem wejściowym, a wzmocnienie napięciowe bliskie jedności. Dlatego układ OC określa się mianem wtórnika napięcia. W układzie tym także nie występuje efekt Millera, wobec czego częstotliwość graniczna jest większa niż w układzie OE.

31 Układ podstawowy badanego wzmacniacza OE

32 40 35 Charakterystyka amplitudowa dla podstawowego układu OE Fd Fg Ku[dB] F[Hz]

33 Wpływ Rc na charakterystykę wzmacniacza OE Rc<Rco Rc=Rco Ku[dB] RC>Rco F[Hz]

34 Wpływ Ce na charakterystykę wzmacniacza OE Ce=Ceo Ku[dB] Ce<Ceo F[Hz]

35 Wpływ Cs1 i Cs2 na charakterystykę wzmacniacza OE 40 Cs1,Cs2=Cs1o,Cs2o Cs1,Cs2 < Cs1o,Cs2o Ku[dB] F[Hz}

36 Podstawowy układ OC

37 Charakterystyka amplitudowa dla układu OC Ku[dB] -3 Fg -4 Fd -5-6 F[Hz]

38 Podstawowy układ pracy OB U I T E U I T C k i = α 1 k u Rc I U T c R E >> R IT >> R g R L >> R E R I = R IT Wzmocnienie napięciowe k u Wzmocnienie prądowe k i Wzmocnienie mocy k p Rezystancja wejściowe R I Rezystancja wyjściowa R O Przesunięcie fazy największe małe α 1 duże najmniejsza największa 0 o

39 Praktyczny układ OB

40 Podsumowanie OE OB OC wzmocnienie napięciowe Ku Duże ok. 60 Duże ok. 60 Małe 1 wzmocnienie prądowe Ki Duże ok.100 Małe 1 Duże ok.100 rezystancja wejściowa Rwej Średnia kilka k Mała poniżej 500 duża rezystancja wyjściowa Rwyj Średnia kilka k Duża kilkadziesiąt k Mała poniżej 500

41