Referat, comentariu, eseu, proiect, lucrare bacalaureat, liceu si facultate
Top referateAdmitereTesteUtileContact
      
    
 
 


Ultimele referate adaugate

Adauga referat - poti sa ne ajuti cu un referat?



Ultimele referate descarcare de pe site
  CREDITUL IPOTECAR PENTRU INVESTITII IMOBILIARE (economie)
  Comertul cu amanuntul (economie)
  IDENTIFICAREA CRIMINALISTICA (drept)
  Mecanismul motor, Biela, organe mobile proiect (diverse)
  O scrisoare pierduta (romana)
  O scrisoare pierduta (romana)
  Ion DRUTA (romana)
  COMPORTAMENT PROSOCIAL-COMPORTAMENT ANTISOCIAL (psihologie)
  COMPORTAMENT PROSOCIAL-COMPORTAMENT ANTISOCIAL (psihologie)
  Starea civila (geografie)
 


Ultimele referate cautate in site
   domnisoara hus
   legume
    istoria unui galban
   metanol
   recapitulare
   profitul
   caract
   comentariu liric
   radiolocatia
   praslea cel voinic si merele da aur
 
 
despre:
 
CIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE
Vizite: ? Nota: ? Ce reprezinta? Intrebari si raspunsuri
 

71 c3h10hm
2. CIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE
2.1 Amplificatoare
2.1.1 Introducere. Generalitati
Prin amplificare intelegem procesul de marire a valorilor instantanee ale unei puteri sau ale altei marimi, fara a modifica modul de variatie a marimii in timp si folosind energia unor surse de alimentare.
Amplificarea electronica se obtine pe baza modificarii intensitatii unui curent de electroni in vid sau in structura semiconductoare prin variatia unor tensiuni la electrozii de comanda. In circuitele de amplificare se realizeaza procesul de amplificare, adica se reproduce la iesire sub forma amplificata puterea sau o marime ce intra ca factor in expresia puterii instantanee, folosind energia surselor de alimentare.
In acest capitol se vor studia amplificatoarele realizate cu tranzistoare unipolare (TEC sau FET) si bipolare. Tranzistoarele sunt considerate in circuite electronice ca dispozitive active, in sensul ca pot comanda puterea absorbita de la sursele de alimentare ca raspuns la actiunea semnalului de intrare, asigurand sarcinii utile o putere mai mare ca aceea debitata de sursa de semnal de la intrare.
Un amplificator poate fi considerat ca in schema bloc din figura de mai jos in domeniul timp sau in domeniul frecventa, unde x(t) este marimea semnalului de intrare iar y(t) este semnalul de iesire:
Factorul de amplificare (amplificarea) se introduce cu expresiile:
( ) ( ) t - · = t x A t y unde A este amplificarea si t este timpul de intarziere (de trecere) ale semnalului in amplificator.
Y A X = · unde A este functia de transfer (factor de amplificare in complex) cu modulul si faza, de obicei dependente de frecventa:
( )
( ) ( ) ( )
A A j
A j A j
= ·
= exp exp
?
? ? ??
In legatura cu figura a treia unde se foloseste reprezenterea de cuadripol pentru amplificator, se introduc amplificarile de tensiune, de curent si de putere:
A
U
U
A
I
I
A
U I
U I U I P = = = 2
1
2
1
2 2 2
1 1 1 , , cos cos
?
?
72 unde U U I I 2 1 2 1 , , , sunt valorile efective ale marimilor de la iesire si intrare si ? ? 1 2 , sunt unghiurile de faza intre curenti si tensiuni.
Un amplificator cu mai multe etaje se poate considera ca fiind legarea in cascada a mai multor amplificatoare simple, amplificarea globala fiind egala cu produsul amplificarilor.
Caracteristica de frecventa a amplificatorului reprezinta dependenta intre modulul factorului de amplificare, de obicei in tensiune, si frecventa semnalului de intrare si se obtine experimental atacand la intrare amplificatorul cu un semnal sinusoidal de amplitudine constanta si frecventa variabila si masurandu-se tensiunea de la iesire. Modulul factorului de amplificare rezulta din raportul valorilor efective ale celor doua tensiuni.
Deoarece modulul amplificarii si frecventa se reprezinta curent in diagrame la scara logaritmica, se da mai jos definitia factorului de amplificare exprimat in decibeli (dB). Pentru amplificatorul din figura de mai jos, cu rezistenta de intrare RIN si incarcat la iesire cu rezistenta de sarcina RS, puterile de la intrare si de la iesire (in cazul unor rezistente pur ohmice) sunt:
P
U
R
I R P
U
R
I R
IN
IN
S
S 1
1
2
1
2
2
2
2
2
2 = = = = , amplificarea in putere exprimata in dB (castig) se defineste prin:
a i a i G A dB
P
P
A dB P P P = = = 10 10 2
1 lg lg
Prin comparatie cu expresia anterioara se definesc si amplificarile de tensiune si curent exprimate in dB:
a i
a i
G A dB
U
U
G A dB
I
I
U U
I I
= =
= =
20
20
2
1
2
1 lg lg
73
Caracteristica de frecventa logaritmica pentru un amplificator se prezinta in figura urmatoare:
Modulul factorului de amplificare ramane practic constant, la valoarea AUN (nominala)
intr-un anumit domeniu de frecventa in vecinatatea frecventei f0. Cu un semnal sinusoidal de amplitudine constanta la intrare, puterea utila furnizata sarcinii RS scade la jumatate daca modulul factorului de amplificare devine
AUN
2 adica scade cu 3dB. Acest aspect a sugerat definirea benzii de frecventa a amplificatorului ca domeniul de frecventa in care modulul factorului de amplificare nu se schimba mai mult de
1
2 ori fata de valoarea AUN:
B f f s j = unde fs este limita superioara a benzii de trecere la frecvente inalte, iar fj la frecvente joase.
Reprezentarea la scara logaritmica este avantajoasa din urmatoarele motive: caracteristica globala a unui amplificator cu mai multe etaje se obtine prin simpla sumare grafica a caracteristicii etajelor: in diagrame se pot reprezenta amplificari si frecvente care variaza in limite foarte largi; aproximarea liniar fragmentara a caracteristicilor reale este simpla si cu erori destul de mici
2.1.2 Clasificarea amplificatoarelor
La clasificarea amplificatoarelor se considera diferite criterii care se refera la domeniul frecventei semnalelor care pot fi prelucrate, structura schemelor amplificatoarelor si natura elementelor din scheme, regimurile particulare de functionare ale elementelor active, natura marimii amplificate, nivelul semnalelor, etc., fara a exista intre diferite clasificari o delimitare precisa.
Dupa frecventa semnalelor, amplificatoarele pot fi impartite in doua mari grupe: amplificatoare de curent continuu (cc, care amplifica tensiuni si curenti cu variatie arbitrara si oricat de lenta si deci pot lucra si cu semnale alternative de joasa frecventa, proprietate asigurata de obicei prin cuplaje adecvate intre etaje) si amplificatoare de curent alternativ (ce au in structura cuplaje ce nu permit trecerea semnalelor de curent continuu).
Amplificatoarele de curent alternativ, dupa domeniul frecventelor semnalelor, se clasifica in:
-amplificatoare de audiofrecventa cu banda de la zeci de Hz la zeci de kHz, considerate in clasa amplificatoarelor de joasa frecventa;
74
-amplificatoare de videofrecventa, cu banda de la cca 20 Hz la 30 MHz, a caror denumire a fost data dupa semnalul video din televiziune
-amplificatoare de radiofrecventa, ce sunt destinate pentru semnale cu frecventa mai mare de 100 kHz si au mai multe subdiviziuni.
Dupa latimea benzii de frecventa amplificatoarele de c.a. se impart in amplificatoare de banda
ingusta si amplificatoare de banda larga.
Etajele de amplificare se clasifica si dupa pozitia punctului static de functionare, adica punctul de functionare fara semnal al dispozitivului activ in planul caracteristicilor sale de iesire sau de intrare, componentele de curent continuu ale marimilor de terminal ale dispozitivului activ fiind insa diferite de cele de punct static. Dupa acest criteriu sunt etaje de amplificare clasa A, B, C, AB.
Dupa natura marimii de interes la iesirea amplificatoarelor, acestea se grupeaza in amplificatoare de tensiune, de curent, si de putere.
O clasificare dupa nivelul semnalului si putere este urmatoarea:
-amplificatoare de semnal mic, in care este posibila elaborarea schemelor echivalente de analiza folosind modelele dispozitivelor active pentru semnale mici presupuse cu parametri constanti si anume cu valori determinate in punctul static. Este evident ca in regim de semnal mic marimile de terminal ale dispozitivelor active trebuie sa se schimbe foarte putin fata de valorile de punct static, altfel parametrii variaza cu nivelul semnalului (de exemplu panta g I m C = 40 la un tranzistor bipolar).
-amplificatoare de semnale mari, in care se considera limitari determinate de de puterea disipata de dispozitivul activ, distorsiunile semnalului, valorile maxime posibile pentru curentii si tensiunile de terminal, temperatura, etc. La analiza si proiectarea etajelor de amplificare pentru semnale mari se folosesc familii de caracteristici de terminal, cel mai des cele de iesira si metode grafo-analitice.
-amplificatoarele de putere cuprind in general etajele selective de putere in care dispozitivele active lucreaza in regim neliniar, urmarindu-se sa se obtina o putere de curent alternativ si un randament cat mai mare
2.1.3 Amplificatoare ideale
La amplificatoarele ideale amplificarile sunt independente de elementele exterioare amplificatorului.
Pentru a discuta particularitatile amplificatoarelor ideale de tensiune, de curent, transadmitanta si transimpedanta se definesc in legatura cu amplificatorul ideal din figura, amplificarilr prin care se poate caracteriza raspunsul acestuia.
75
Daca se “ataca” in tensiune (generator de semnal modelat prin modelul Thévenin) un amplificator ideal, care “se vede” prin rezistenta sa de intrare, atunci, interesul ar fi sa se transfere practic toata tensiunea generator catre amplificator: g g IN
IN
IN U
R R
R u ·
+
= pentru g IN R R >> avem g IN U u ? deci interesul ar fi ca etajele cu rezistenta (impedanta) mare de intrare sa fie atacate in tensiune, pentru ca in acest caz avem transfer maxim de tensiune
Daca sursa de semnal este un generator de curent (model Helmholtz), atunci curentul de intrare in amplificator va avea expresia: g
IN g g
IN I
R R
R i ·
+
= iar pentru g IN R R << avem g IN I i ?
Raspunsul amplificatorului poate fi determinat in mai multe feluri dupa marimea de iesire considerata si dupa modul cum se iau marimile de intrare, tensiuni sau curenti:
Amplificare in tensiune:
IN
O
U u u A =
Amplificare transadmitanta:
IN
O
Y u i A =
Amplificare in curent:
IN
O
I i i A =
Amplificare transimpedanta:
IN
O
Z i u A =
76
2.1.4 Amplificatoare de semnal mic realizate cu tranzistoare bipolare (ASM)
2.1.4.1 Amplificator de semnal mic in conexiune emitor-comun
Schema electrica se prezinta pe figura urmatoare. Condensatoarele de cuplaj au rolul de a filtra componenta de curent continuu, respectiv de a lasa sa treaca semnalul variabil care trebuie amplificat. Condensatorul din emitor devine scurtcircuit la frecventa de lucru, punand la msa emitorul de unde si denumirea conexiunii: emitor comun (EC). schema echivalenta in care am inlocuit tranzistorul cu schema echivalenta cu parametrii hibrizi: neglijand efectul iesirii la intrare, considerand 0 = r h , obtinem schema simplificata: amplificarea in tensiune: O i f i i
L C o i f
IN
O
U R h h i h
R R h i h u u A · - =
? ??
?
? ??
?
× ×
- = =
1 unde L C o
O R R h
R × × = 1
77 cum de obicei parametrul o h are valori foarte mici, expresia devine '
L L C O R R R R = × ˜ deci amplificarea in tensiune va deveni:
'L i f
U R h h
A · - = amplificarea in curent se poate scrie: f i f i B i B
C L
C i f
L i B
L i f
L i B
IN
O i B
IN
L
O i
O
I h h h h h R h R
R R
R h h
R h R R h h
R h R u u h R u
R u i i A ˜ · - ˜
+
· ·
+
· - = × · - = × · =
×
= =
1
' rezistentele de intrare si de iesire devin: i i B i
IN
IN h h R i u R ˜ × = = daca i B h R >> C o
C
O
O
O R h
R i u R ˜ × = = 1 daca C o
R h
>> 1
Observatie Constatam ca toti parametrii etajului depind direct de parametri tranzistorului si prin aceasta de conditiile de lucru, schema de polarizare trebuie sa asigure
insa stabilitatea punctului static de functionare in raport cu variatia temperaturii precum si cu dispersia parametrilor.
2.1.4.2 Amplificator de semnal mic conexiune colector comun (CC) (repetor pe emitor)
Schema electrica de principiu precum si cea de curent alternativ se prezinta pe figurile urmatoare:
Polarizarea tranzistorului bipolar este identica cu cea de la etajul cu emitorul comun, pe schema de curent alternativ toate condensatoarele apar ca scurtcircuite, amplificarile de tensiune si de curent se calculeaza cu relatiile urmatoare:
78 amplificarea in tensiune:
( )
( )
1
1 1
1 1
˜
? ??
?
? ??
?
? ??
?
? ??
?
× × + +
? ??
?
? ??
?
× × +
=
+
= = i L E o f i i L E o f
O i i
O
IN
O
U i R R h h h i R R h h u i h u u u A deci etajul repetor pe emitor de fapt nu amplifica in tensiune.
Amplificarea in curent:
( )
( )
L E
L E f i B
B
L E
E f i
B
IN
L
O
IN
L
O
IN
O
I
R R
R R h h R
R
R R
R h i
R u
R u i
R u i i A
+
+ + +
·
+
+ - =
+
= = =
1
1 se observa ca o parte din amplificarea in curent a tranzistorului se pierde prin divizarea curentului atat la intrare cat si la iesirea etajului daca ( ) B
L E
L E f R
R R
R R h >>
+
+ 1 atunci
L
B
I R
R A - ˜
2.1.4.3 Amplificator de semnal mic cu tranzistor bipolar in conexiune baza comuna (BC)
Schema unui etaj BC unde tranzistorul este polarizat cu doua surse de alimentare se prezinta pe schema de mai jos:
Schema echivalenta de curent alternativ precum si schema echivalenta in care tranzistorul a fost inlocuit cu circuitul echivalent cu parametri hibrizi se prezinta pe figura de mai jos:
In schema echivalenta s-a neglijat parametrul O h , fapt justificat ulterior prin calcule.
79 amplificarea in tensiune:
( )
1 >> =
× = = O i f i i
L C i f
IN
OUT
U R h h i h
R R i h u u A , unde ( )
L C
L C
L C O R R
R R R R R
+
= × = amplificarea in curent:
( ) f f
E i i f i
L C
C i f i
O
I h h
R h i h i
R R
R i h i i A
+
˜
+ +
+
= =
1 1
Caracterul “ideal” al etajului amplificator BC consta in independenta amplificarii in curent (subunitara) de circuitul exterior
2.1.5 Etaje compuse cu tranzistoare bipolare
Exista unele configuratii de cate doua etaje care se utilizeaza frecvent in schemele de amplificatoare (inclusiv in cele integrate), care pot fi privite ca un etaj compus, deoarece polarizarea celor doua tranzistoare este inseparabila
2.1.5.1 Etajul compus tip EC-BC (cascod)
In figura de mai jos se prezinta schematic etajul compus tip cascod:
Etajul cascod are amplificarea in curent:
1
1
1 1
1
2 2 f i i f i i f
IN
O
I h i i h i i h i i A = ˜ = = , unde am neglijat 1 o h iar amplificarea in tensiune:
C i f i i
C i f f f i i i f
IN
O
U R h h i h
R i h h h i h i h u u A - ˜
+
= = =
1 1
1
2
1 2
1 1
2 2 1 unde pentru simplitate am presupus i i i h h h = = 2 1 , f f f h h h = = 2 1 , adica tranzistoare identice.
Concluzia ar fi ca obtinem un amplificator care amplifica in curent ca un etaj EC, la o rezistenta de iesire foarte mare (rezistenta de iesire a tranzistorului in conexiunea BC in gol) si are amplificare in tensiune de valoare mare in gol ( 8 ? C R )
80
2.1.5.2 Etaje compuse CC-EC si CC-CC
Combinatiile colector comun-emitor comun si colector comun-colector-comun sunt reprezentate pe figura de mai jos, unde generatorul de curent constant este necesar pentru polarizarea primului tranzistor (in variante simple se poate inlocui cu o rezistenta):
Tinand seama de proprietatile etajelor CC si EC, putem afirma ca etajul compus CCEC poate fi privit ca un amplificator transadmitanta, amplificarea fiind data practic de cel de al doilea etaj.
Combinatia CC-CC este aproape un amplificator ideal de tensiune, avand insa amplificarea subunitara. In schimb etajul compus CC-CC are o amplificare in curent foarte mare.Un caz particular il constituie etajul numit Darlington.
Cazurile acestea pot fi generalizate, asa cum se vede pe figura de mai jos, semnalul de intrare se aplica totdeauna pe baza, iar semnalul de iesire putand fi colectat atat de pe colectorul cat si de pe emitorul celui de al doilea tranzistor. Prin calculul parametrilor echivalenti se demonstreaza ca aceasta conexiune se poate inlocui cu un tranzistor echivalent, dupa cum se vede pe figura:
81
2.2 Amplificatorul diferential
Amplificatorul diferential constituie un tip aparte de etaj elementar de amplificare, atat prin faptul ca poate fi excitat simultan de catre doua surse de semnal, cat si pentru faptul ca semnalul de iesire se poate culege in mai multe moduri (mod diferential sau mod comun, asa cum vom vedea mai incolo)
Schema de principiu al unui amplificator diferential este prezentata pe figura:
Scriind relatiile dintre curentii de colector si tensiuni emitor-baza:
2
2
2
1
1
1 , a a
C
E
C
E i i i i = = 2 1 E E i i I + = presupunand a a a = = 2 1
( ) ?
?
?
?
? ?
?
?
+ = ?
?
?
?
? ?
?
?
+ = ?
?
?
?
? ?
?
?
· + · = + =
T
BE BE
T
BE
T
BE
T
BE
T
BE
T
BE
U u u
U u
S U u
U u
S U u
S
U u
S C C e e I e e I e I e I i i I
2 1 1 2 1 2 1
1 1 1
2 1 a a a a
2 1 2 1 2 2 1 1 BE BE I I I BE BE I u u u u u u u u - = - ? + - = dar 1
1
C
U u
S i e I T
BE
= ·
T
I I
T
I I
T
I I
U u u C
U u u C
U u u
C e
I i e
I i e i I
2 1 1 2
2 1
1 1
1 2 1
1
- +
= ?
+
= ? ?
?
?
?
? ?
?
?
+ = a a a reprezentand grafic:
82
Observatii
1.exista o portiune de functionare liniara in jurul lui 0 2 1 = - I I u u la T U ±
2.transconductanta definita: ( )
T
I I
T
I I
T
I I
T
I I
U u u
U u u
T
C
T
U u u
U u u
I I
C m e e
U i
U e e
I u u i g
1 2
1 2
1 2
1 2
1
` 1
1
1
2
2 1
1
+
· = · ·
? ?
?
?
? ?
?
?
+
=
- ?
? = a are valoarea maxima pentru 0 2 1 = - I I u u obtinand
T m U
I g
4 max = , valoare ce este un sfert din valoarea transconductantei unui tranzistor bipolar
3. tensiunea de iesire definita ca diferenta tensiunilor din colectoarele celor doua tranzistoare
??
?
??
? - · · = · + - · - = - =
T
I I
C C C C C O O O U u u th R I R i E R i E u u u
2
1 2
2 1 2 1 a
Se vede ca pentru 0 2 1 = - I I u u avem 0 2 1 = - O O u u ceea ce este un avantaj, deoarece se pot conecta mai multe etaje de acest fel in cascada
4. Se poate extinde domeniul tensiunilor de intrare cu ajutorul schemei de mai jos:
83
Rezistentele de emitor permit extinderea domeniului tensiunilor de intrare cu valoarea
E R I · iar transconductanta se va modifica:
E m m me R g g g
+
=
1
La un amplificator diferential definim urmatoarele: tensiunea de intrare diferentiala:
2
2 1 I I
Id u u u - = tensiunea de iesire diferentiala:
2
2 1 O O
Od u u u - = tensiunea de intrare de mod comun:
2
2 1 I I
Ic u u u + = tensiunea de iesire de mod comun:
2
2 1 O O
Oc u u u + = amplificarea diferentiala pura
0 =
=
Ic u Id
Od dd u u A amplificarea de mod comun pura
0 =
=
Id u Ic
Oc cc u u A amplificarea pe mod comun a semnalului diferential
0 =
=
Ic u Id
Oc cd u u A amplificarea diferentiala a semnalului pe mod comun
0 =
=
Id u Ic
Od dc u u A factor de discriminare: cc dd
A
A
F = factorul de rejectie pe mod comun: dc dd
A
A
CMMR = factorul de rejectie pe mod diferential: cd cc
A
A
DMRR =
Astfel pentru tensiunile de iesire avem urmatoarele relatii de calcul:
Ic dc Id dd Ic Id dd Od
Id cd Ic cc Id Ic cc Oc u A u A u
CMRR u A u u A u A u
DMRR u A u
+ = ?
?
? ?
?
? · + =
+ = ?
?
? ?
?
? · + =
1
1
84
2.2.1Moduri de lucru. Analiza functionarii amplificatoarelor diferentiale
Cea mai simpla varianta a nui amplificator diferential se obtine atunci cand in locul generatorului de curent constant din emitor se foloseste o rezistenta de emitor, ca in figura de mai jos:
In schema echivalenta, tranzistoarele s-au inlocuit cu schemele echivalente naturale
(Giacoletto) simplificate.
Prin metoda “disectiei” vom obtine cate un semicircuit pentru cele doua moduri de lucru, mod diferential, mod comun: semicircuitul pentru modul diferential pur se prezinta pe figura de mai jos:
Tensiunea din emitor nu va varia, si nici in punctul mediu al rezistentei de sarcina, modul de lucru este mod diferential pur :
( ) p p p p p p p
ß r R
R R r R
R R r g r u r R
R R u g u u A u u u
B
L
C
B
L
C m
B
L
C m
Id
Od dd Id I I +
??
? ?
?
? ×
=
+
??
? ?
?
? ×
- =
· +
??
? ?
?
? × = = ? = - = 2 2 2
2 1
85 semicircuitul valabil pentru modul de lucru mod comun se prezinta pe figura de mai jos:
( ) ( )
( ) ( ) p p p p p p p p p p p p
ß
ß
ß r R R
R
R
R r R
R r g R r R r R g u g r u R r u r R u R g u u A u u u
B E
E
C
E B
C m E B
C m m E B
C m
Ic
Oc cc Ic I I
+ >> + ? - ˜
+ + +
- =
=
+ + +
- =
? ??
?
? ??
?
+ + +
- = = ? = =
2 1
2 2 1
1 2
2
2 1
Este de remarcat faptul ca aceasta amplificare se doreste a fi cat mai mica, lucru ce se realizeaza usor daca in loc de rezistenta de emitor se foloseste un generator de curent constant, ce are o rezistenta dinamica echivalenta foarte mare rezistenta de intrare diferentiala:
( )p r R i u i u u R B
Id
Id
Id
I I id + = = - = 2 2 2 1 rezistenta de intrare de mod comun:
( )1 + + + = = ß p r R i u R B
Ic
Ic ic daca un amplificator diferential este comandat de un semnal si de mod comun si de mod diferential, atunci schema echivalenta pentru acest semnal va fi:
86
Aplicatie
Schema unui amplificator diferential simulat in Microsim 8, precum si formele de unda rezultate se prezinta pe figura de mai jos:
87
2.3 Amplificatoare cu reactie
2.3.1 Introducere
Schema bloc a unui amplificator cu reactie este reprezentata in figura de mai jos, unde amplificatorul de baza are amplificarea: i O aX X = unde Xo si Xi pot fi fiecare in parte curenti sau tensiuni. Reteaua de reactie cu functia de transfer ß (feed-back) este realizata de obicei sub forma unui atenuator de precizie :
O f X X ß = iar la intrare semnalul de reactie este scazut din semnalul dat de generator: f g i X X X - =
Amplificarea globala (amplificarea incluzand efectul reactiei) este:
ß a a
X
X A i
O
+
= =
1 si ea poate fi in modul mai mare sau mai mica decat cea a amplificatorului de baza
Tipuri de reactie
Definim reactia pozitiva pentru 1 1 , < + > ß a a A si reactia negativa pentru 1 1 , > + < ß a a A
In amplificatoare se foloseste reactia negativa care asigura imbunatatirea unor performante in schimbul reducerii amplificarii . Un caz particular este cel al reactiei negative puternice, care
ß ß
1
1
?
+
= a a A pentru 8 ? a (foarte mare)
88
Se defineste transmisia pe bucla, ca fiind ß a
X
X
T i f = = , pentru reactie pozitiva acest raport este pozitiv ( 0 > T ), iar pentru reactie negativa este negativ.
89
2.3.2 Desensibilizarea amplificatorului
Amplificarea amplificatorului de baza a este sensibila la conditiile de functionare
(variatia tensiunilor de alimentare, variatia temperaturii), precum si la variatiile parametrilor dispozitivelor electronice. In cazul unei reactii negative puternice amplificarea globala depinde practic numai de reteaua de reactie, care este realizata de obicei sub forma unui atenuator de precizie. Luand in considerare variatiile lui A in raport cu a, putem scrie
( )2 1
1
1 ß ß a a a da d da dA
+
= ? ?
?
?
? ??
?
+
=
Din relatiile anterioare, rezulta urmatoarea expresie: a da
F a da a A dA 1
1
1 =
+
=
ß unde T a F + = + = 1 1 ß este factorul de reactie sau factorul de stabilizare.
Se poate observa ca variatia relativa a amplificarii scade prin aplicarea reactiei negative exact
in raportul in care scade amplificarea. Marirea amplificarii poate fi asigurata prin marirea numarului de etaje, in timp ce reducerea variatiei relative a amplificarii (desensibilizarea amplificarii) este un castig calitativ foarte important.
2.3.3 Efectul reactiei negative asupra perturbatiilor
Se examineaza situatia in care semnalul parazit apare in interiorul amplificatorului si anume se adauga la intrarea unui al doilea bloc amplificator care intra in compunera amplificatorului de baza ,semnalul parazit poate fi de pilda zgomotul de retea (brum)
Semnalul util la iesire:
ß 2 1
2 1
1 a a x a a g
+
Semnalul parazit la iesire:
ß 2 1
2
1 a a x a n
+
Raportul semnal-zgomot: n g x x a
N
S
1 = ?
?
? ?
?
?
ß 2 1
2 1
2 1 a a a a a
+
= 2 1 1 1 a a a ß + =
90
Deci reducerea efectului unui semnal parazit prin reactie negativa revine prin adaugarea unui amplificator de semnal mic care este practic imun la aceasta perturbatie
2.3.4 Efectul reactiei negative asupra distorsiunilor
Daca amplificatorul de baza are o caracteristica neliniara, ca de exemplu pe figura de mai jos, unde pentru semnale mici la intarare avem 1000 = a , iar pentru semnale mai mari avem 100 = a , cu o retea de reactie, care are 1 . 0 = ß obtinem o amplificare globala:
9 . 9
101
1000
1 . 0 1000 1
1000
1000 = =
· +
= A respectiv 09 . 9
11
100
1 . 0 100 1
100
100 = =
· +
= A
Se observa deci o variatie a pantei de la 9.9 la 9.1 fata de 1000 la 100, practic s-a “liniarizat” caracteristica neliniara, pretul platit fiind reducerea amplificarii
2.3.5 Ameliorarea raspunsului in frecventa
Fie un amplificator de baza cu raspunsul in frecventa, unde S ? este frecventa de taiere
( )
S
O j a j a
?
? ?
+
=
1 , unde O a este amplificarea la frecventa zero, astfel amplificarea cu reactie negativa se scrie:
( )
( ) 1 1
1
1
1
1
1
1
1
S
O
O S
O
O
S
O
S
O j
A a j a a j a j a j A
?
?
ß ?
? ß
?
? ß
?
?
?
+
=
+
+
·
+
=
+
+
+
= unde 1S ? este frecventa leterala a amplificatorului cu reactie negativa
91
Pe figura de mai jos se reprezinta caracteristicile de frecventa corespunzatoare:
2.3.6 Topologia circuitelor de reactie
In continuare se prezinta cele patru topologii de baza ale circuitelor cu reactie care difera prin modul de culegere al semnalului de reactie la iesire (esantionarea semnalului la iesire) si prin modul de aplicare al acestuia la intrare (compararea cu semnalul dat de generator).
In figura de mai jos se prezinta topologia cu reactie cu esantionare pe bucla si comparare pe bucla sau reactie serie-serie sau reactie curent-tensiune, vorbind de la iesirea la intrarea amplificatorului, sau reactie de curent serie
Pe de alta parte avem de a face in acest caz cu un amplificator de baza amplificator transadmitanta si un bloc de reactie de tip transimpedanta:
Z Y
Y
Y a a A
ß +
=
1
92
In figura de mai jos se prezinta topologia cu reactie cu esantionare pe nod si comparare pe bucla sau reactie paralel-serie sau reactie tensiune-tensiune, vorbind de la iesirea la intrarea amplificatorului, sau reactie de tensiune serie
Pe de alta parte avem de a face in acest caz cu un amplificator de baza amplificator de tensiune si un bloc de reactie de tip amplificator de tensiune:
U U
U
U a a A
ß +
=
1
In figura de mai jos se prezinta topologia cu reactie cu esantionare pe nod si comparare pe nod sau reactie paralel-paralel sau reactie tensiune-curent, vorbind de la iesirea la intrarea amplificatorului, sau reactie de tensiune paralel.
Pe de alta parte avem de a face in acest caz cu un amplificator de baza amplificator transimpedanta:si un bloc de reactie de tip transadmitanta:
Y Z
Z
Z a a A
ß +
=
1
93
In figura de mai jos se prezinta topologia cu reactie cu esantionare pe bucla si comparare pe nod sau reactie serie-paralel sau reactie curent-curent, vorbind de la iesirea la intrarea amplificatorului, sau reactie de curent paralel.
Pe de alta parte avem de a face in acest caz cu un amplificator de baza amplificator de curent:si un bloc de reactie de tip amplificator de curent:
I I
I
Y a a A
ß +
=
1
Impedantele de intrare si de iesire se modifica astfel datorita reactiei negative:
( ) T Z Z IN
R
IN + = 1 pentru reactii tip serie (tensiune)
( )1 1 - + = T Z Z IN
R
IN pentru reactii tip paralel (curent)
( ) T Z Z OUT
R
OUT + = 1 pentru reactii tip serie (curent)
( )1 1 - + = T Z Z OUT
R
OUT pentru reactii tip paralel (tensiune) unde OUT IN Z Z , sunt impedantele de intrare si de iesire ale amplificatorului de baza, tinand cont de incarcarea introdusa de reteaua de reactie, iar R
OUT
R
IN Z Z , sunt cele asociate amplificatorului cu reactie.
Configuratii tipice de amplificatoare cu tranzistoare, asociate celor patru configuratii de raectie, sunt reprezentate in figurile ce urmeaza, unde au fost considerate numai schemele echivalente in regim dinamic:
94 reactia serie de tensiune presupune un amplificator de tensiune neinversor, realizat cu tranzistoarele 2 1,T T si cuadripolul de reactie 2 1,R R : reactia paralel de curent este realizata intr-o structura formata dintr-un amplificator de curent realizat cu 4 3,T T si un divizor de curent 4 3,R R :
95 reactia paralel de tensiune necesita un amplificator transimpedanta realizat cu
5 T si un cuadripol transadmitanta 5 R pentru bucla de reactie: reactia serie de curent este realizata cu un tranzistor ce realizeaza functia de transadmitanta 6 T si un cuadripol transimpedanta 6 R pe bucla:
96
2.4 Amplificatoare de putere de joasa frecventa
2.4.1 Introducere
Amplificatoare de semnale mari, sau de putere trebuie sa dezvolta in sarcina o anumita putere, cu un randament cat mai bun si cu distorsiuni cat mai mici. Sarcina unui etaj de putere poate fi un difuzor, o linie de transmisie, un servomotor, etc, iar puterea variaza intre zeci si sute de wati. Rezistenta sarcinii variaza de la cativa ohmi (difuzoare) pana la sute de ohmi
(servomotoare).
Tranzistoarele din etaje de putere pot lucra in regim liniar in clasele A, B, AB, C de amplificare, in oricare din cele trei conexiuni posibile. Alegerea conexiunii se face in functie de putere utila, distorsiuni neliniare, caracteristica de freventa, etc. Clasa C este folosita numai la amplificatoare de putere de inalta frecventa, unde realizarea circuitelor acordate este mult mai simpla ca la frecvente joase
Tranzistoarele pot lucra in regim de impulsuri cand semnalul de comanda este un semnal dreptunghiular cu factorul de umplere variabil in functie de semnalul de intrare, regimul numindu-se in acest clasa D de amplificare.
In conexiune EC se obtine cea mai mare amplificare de putere iar in conexiunea CC avem cele mai simple scheme (repetoare pe emitor, fara transformator la iesire). Conexiunea
BC asigura distorsiuni minime.
2.4.2 Amplificatoare in clasa A
Pe figura de mai jos se prezinta schema unui amplificator de putere cu un tranzistor in conexiune EC functionand in clasa A de amplificare, adica amplifica ambele alternante ale unui semnal alternativ:
In absenta semnalului de intrare, tranzistorul se gaseste in punctul static de functionare
( )0 0 , C C I U P , ale carui coordonate trebuie sa satisfaca ecuatia dreptei de sarcina in regim static:
( )P E C CC CE r R I U U + - = si sa se gaseasca sub hiperbola de disipatie termica a tranzistorului t cons Pd tan =
97
Pentru a obtine excursie maxima a tensiunii din colectorul tranzistorului tensiunea din punctul static de functionare se alege astfel incat:
2 max
0
CE
C
U U = unde max CE U reperezinta valoarea maxima a tensiunii de colector. In regim dinamic, punctul static de functionare se deplaseaza pe dreapta de sarcina dinamica, a carei ecuatie este:
L C L C R n n i R u
2
2
1 '
? ??
?
? ??
?
- = - =
Dupa cum se vede pentru inlaturarea pierderilor s-a inlocuit rezistenta de colector cu primarul unui transformator, iar punctul static este astfel ales incat atunci cand amplitudinea semnalului creste sa se ajunga in acelasi timp la limita de saturatie si la cea de taiere.
Randamentul unui etaj in clasa A este:
0 2
1
C CC c ce
I U
I U = ? deoarece CO C I I = max si CC C CE U U U = = 0 max rezulta randamentul maxim 5 . 0 max = ? , ceea ce
inseamna ca mai mult de jumatate din puterea absorbita de la sursa de curent continuu se pierde. Pentru semnale foarte mici acest randament tinde catre zero.
2.4.3 Amplificatoare in contratimp (clasele B, AB)
Amplificatoare in contratimp (push-pull) folosesc doua tranzistoare, unul amplificand alternantele pozitive, celalalt alternantele negative ale semnalului de intrare. Randamentul maxim se obtine atunci cand tranzistoarele lucreaza in clasa B de amplificare.
Pe figura de mai jos este reprezentata schema unui amplificator in clasa B, doua repetoare pe emitor legate in contratimp:
Daca tensiunea de intrare este pozitiva tranzistorul 1 T lucreaza ca repetor pe emitor, tranzistorul 2 T fiind blocat, iar la tensiune de intrare negativa 1 T va fi blocat si 2 T repetor pe emitor. Daca tensiunea de intrare este nula, ambele tranzistoare sunt blocate, nu se consuma energie de la sursa de alimentare, fapt ce duce la un randament mult mai mare.
98
Tensiunea de iesire este aproximativ egala cu tensiunea de intrare, deci amplificarea in tensiune este practic unitara, in schimb amplificarea in curent este practic egala cu cea a tranzistorului ( ß). Curentii consumati de la fiecare sursa in parte sunt egali, iar valoarea maxima a tensiunii de iesire este foarte apropiata de cea de alimentare (tranzistoare saturate).
Puterea maxima la iesire la semnal sinusoidal:
L
CC
U R
U P
2
2
=
Puterea pierduta pe tranzistorul 1 T , mai exact valoarea medie a acestei puteri:
( ) ? ? ?
?
?
? ??
?
- ?? ? ?? ? ? - = =
2
0
2 max max sin
1 4
1 1 max
T
O CC O
L t U u
L
O
O CC d
U U U
R dt
R u u U
T
P O O p
? astfel randamentul circuitului:
% 5 . 78 785 . 0
4 2 max max max
1
? ? ? ? ? ˜ =
+
= = CC O U U
CC
O
CC
O
U d
U
U
U
U
U
P P
P p ?
Dupa cum se vede pe caracteristica de transfer, curentul este aproape zero in jurul originii, unde avem o asa numita “zona moarta”, care va cauza distorsiunile neliniare numite
“de trecere” (vezi figura), ceea ce este un mare dezavantaj. Acest dezavantaj poate fi inlaturat, daca bazele tranzistoarelor sunt polarizate (prepolarizate) cu o sursa (respectiv doua) de tensiune continua, cazul clasei AB de amplificare, prezentat pe figura de mai jos:
Distorsiunile care totusi apar in urma transferului neliniar pot fi micsorate foarte mult printr-o reactie negativa adecvata, care poate fi realizata de exemplu cu ajutorul rezistentelor de emitor (reactie curent-tensiune).
Rezistentele 2 1,R R fiind in serie cu sarcina, scade valoarea puterii utile, de dorit fiind valori mici pentru aceste rezistente.
Totusi, mentinerea constanta a tensiunilor de prepolarizare cu variatia temperaturii, ramane problema fundamentala a amplificatoarelor in clasa AB de functionare.
Figurile urmatoare prezinta cateva exemple de realizarea prepolarizarii tranzistoarelor din amplificatoare clasa AB.
99
Pe diodele 2 1,D D caderea de tensiune este de aproximativ 0,7V, tensiune la care prin tranzistoare trece un curent mic de polarizare (de punct static de functionare). Pentru a obtine o rezistenta mai mare la intrare, diodele pot fi inlocuite cu repetoare pe emitor, asa cum se vede pe figura a doua:
Pe ultima figura se vede un circuit de polarizare numit “dioda multiplicata”, realizat cu tranzistorul 3 T , care functioneaza cu reactie negativa prin rezistentele 4 3,R R :
? ??
?
? ??
?
+ =
4
3 1
R
R U U BE CE
Generatorul de curent 1 I asigura curentul de polarizare pentru tranzistoarele finale, deoarece nu poate trece curent de la intrare spre tranzistoarele finale. Asigurand contactul termic al circuitului de polarizare ( 3 R poate fi un termistor NTC in contact cu radiatorul tranzistoarelor finale) se asigura compensarea variatiei cu temperatura a tensiunii BE U .
Daca este necesara obtinerea unor valori mari pentru curentul de iesire, tranzistoarele pot fi inlocuite cu conexiuni Darlington, dupa cum se vede pe figura de mai jos:
100
Daca nu se pot obtine tranzistoare npn si pnp de aceeasi putere se utilizeaza schema
“cuasicomplementara” de pe ultima figura, unde ansamblul '
2 2 ,T T se comporta ca un tranzistor pnp.
2.5 Redresoare de tensiune
2.5.1 Introducere
Functionarea majoritatii circuitelor electronice se bazeaza pe utilizarea energiei de la una sau mai multe surse de alimentare de curent continuu, care face conversia tensiunii alternative din reteaua de distributie cu frecventa de 50Hz. Aceasta conversie se realizeaza cu ajutorul redresoarelor de tensiune. Transformarea tensiunii alternative intr-o tensiune care are componenta continua diferita de zero este posibila datorita elementelor neliniare pe care le contine un redresor, diodele semiconductoare.
Figura de mai jos reprezinta schema bloc a unei surse stabilizate de alimentare de curent continuu:
Transformatorul are rolul de a modifica tensiunea de curent alternativ a retelei la nivelul necesar obtinerii tensiunii continue dorite si de a izola aparatul electronic de la reteaua de curent alternatuiv.
Rederesorul realizeaza componenta de curent continuu cu ajutorul diodelor redresoare. Pe langa componenta continua la iesirea redresorului se obtine si o componenta variabila numita ondulatie.
Filtrul are rolul de a atenua ondulatiile tensiunii redresate, deci trebuie sa fie un filtru trece-jos, cu frecventa de taiere foarte joasa
Stabilizatorul are rolul de a face tensiune de iesire independenta de tensiunea de intrare, de curentul de iesire (de sarcina) si pe cat posibil de temperatura.
In cele ce urmeaza vom studia reresoarele monofazate, adica acelea care redreseaza numai o faza a retelei, cu si fara filtru, dupa care in capitolul urmator vom studia si stabilizatoarele
2.5.2 Redresor monofazat monoalternanta
In figura de mai jos se prezinta schema unui redresor monofazat, precum si caracteristica ideala a unei diode redresoare, cu care se realizeaza redresarea:
Se considera un transformator fara pierderi, cu t U u ? sin 1 1 = si t U u ? sin 2 2 = , unde 1 n si 2 n respectiv 1 r si 2 r sunt numarul de spire si rezistentele din primar si secundar.
101
Intr-un redresor dispozitivul semiconductor (dioda) lucreaza la semnal mare, neliniaritatile dispozitivului producand de fapt efectul de redresare.In acest caz, tensiunea de deschidere poate fi neglijata, dioda lasa sa treaca doar semialternanta pozitiva, cea negativa fiind taiata. Expresia curentului prin sarcina este:
??
??
?
= =
= =
= p ? p p ? ?
2 0
0 sin t I i M
L unde
L
M R R
U I
+
= 2 , iar R este rezistenta totala
Rezistenta R inglobeaza rezistenta de pierderi a transformatorului, precum si rezistenta d r a diodei corespunzatoare modului de lucru la semnal mare dezvoltand in serie Fourier aceasta forma de unda, rezulta:
( )( )?
?
?
??
?
- +
- + = ?8
= ... 6 , 4 , 2 1 1 cos 2 sin
2
1 1 k
M L k k t k t I i ? p
? p , unde tensiunea pe sarcina este: O L O i R u =
Ca urmare curentul si tensiunea medie (redresata) sunt: p
M
O
I I = , p p
2 U
R R
R I R U
L
L M
L O ·
+
= = amplitudinea componentei fundamentale a semnalului (ondulatiei):
2 1
M
O
I I = ,
2 2
2
1
U
R R
R I R U
L
L M
L O +
= = :
102 valoarea eficace (efectiva) a curentului total de sarcina:
( )
2 sin
2
1 1
0
2 2
0
2 M
M
T
O OEF
I t td I dt i
T
I = = = ? ? p
? ? p randamentul redresarii se defineste ca fiind raportul dintre puterea de cc in sarcina si puterea totala:
( ) % 40
1
1 4
2 2
2
<
+
=
+
=
L
OEF L
O L
R
R I R R
I R p
? factorul de ondulatie caracterizeaza calitativ forma de unda obtinuta dupa redresare, fiind :
57 , 1
2
1 = = = p ?
O
O
U
U
Caracteristica externa a redresorului se obtine prin eliminarea lui L R din expresia tensiunii de iesire:
O O RI U U - = p
2 ceea ce ne arata ca tensiunea redresata scade pe masura ce creste curentul de sarcina, datorita pierderilor pe rezistenta de pierderi totale
2.5.3 Redresor dubla alternanta cu priza mediana
Pe figura de mai jos se prezinta shema electrica si formele de unda ale unbui redresor dubla alternanta cu transformator cu priza mediana:
Se observa ca circuitul se compune din doua redresoare monoalternanta, astfel conectate incat in alternanta pozitiva conduce dioda 1 D , iar in semialternanta negativa conduce 2 D , curentul prin sarcina fiind suma celor doi curenti prin diode, avand acelasi sens in ambele semialternante. Se obtine o forma de unda “dubla alternanta” cum se vede pe figurile urmatoare:
103
Daca admitem pentru diode caracteristica ideala , curentul prin sarcina va avea expresia:
( )( )?
?
?
??
?
- +
- ? ? ? ? ? = ?8
= ... 6 , 4 , 2 1 1 cos 4 2 sin k
M er serieFouri
M L k k t k I t I i ? p p
?
Curentul si tensiunea redresata sunt: p
M
O
I I 2 = p
2 2U
R R
R U
L
L
O +
=
Se observa ca frecventa minima a ondulatiilor este dublul frecventei tensiunii din secundar, iar amplitudinile fundamentalei in sarcina sunt: p p 3
4
3
4 2
2 2
U
R R
R U I I
L
L
O
M
O +
= ? = , valoarea eficace a curentului de sarcina:
2
M
OEF
I I = randamentul redresarii:
( ) % 80
1
1 8
1
1
2
2
2
2
<
+
=
+
? ??
?
? ??
?
=
+
=
L L
OEF
O
OEF L
O L
R
R
R
R I
I
I R R
I R p
?
104 factorul de ondulatie:
3
2 2 = =
O
O
U
U ? , deci subunitar fata de redresarea monoalternanta caracteristica externa: O
O
O RI
U
U U - = 2 2
2.5.4 Redresor bialternanta in punte
In figura de mai jos se prezinta un redresor bialternanta in punte care utilizeaza patru diode: in semialternanta pozitiva conduc diodele 3 1,D D , iar in semialternanta negativa conduc diodele 4 2 ,D D , se obtin aceleasi forme de unda ca si in cazul redresorului bialternanta cu punct median:
Observatie
Intrucat la un moment dat conduc doua diode, rezistenta totala va fi modificata (ambele diode vor contribui cu rezistenta proprie la rezistenta totala), in rest toate relatiile obtinute la redresorul anterior se pastreaza.
Avantajul redresorului in punte consta in faptul ca tensiunea inversa maxima pe diode la aceeasi tensiune redresata este jumatate din valoarea corespunzatoare redresorului cu priza mediana, precum si faptul ca transformatorul nu are nevoie de priza mediana
105
2.5.5 Redresor cu filtru capacitiv
Tensiunile si curentii rezultati prin redresare monofazata sunt functii periodice (nesinusoidale). Ele se descompun in serii Fourier, asa cum am vazut mai inainte, astfel se pun in evidenta armonicile care apar in urma redresarii. Forma de unda a tensiunii redresate se caracterizeaza prin factorul de ondulatie definit ca fiind raportul dintre amplitudinea armonicii si valoarea tensiunii continue obtinute in urma redresarii.
In cazul redresorului monofazat monoalternanta armonica cea mai importanta este componenta alternativa de 50 Hz, iar in cazul redresorului bialternanta este cea de 100 Hz.
Pe figura de mai jos se prezinta un redresor monoalternanta cu un filtru capacitiv, cel mai des folosit.Condensatorul inmagazineaza energie in intervalul cand dioda conduce, energie debitata in sarcina atunci cand dioda este blocata, ca urmare timpul cat curentul trece prin sarcina creste (ca si valoarea medie a curentului), iar ondulatiile se reduc.
Presupunand condensator de valoare foarte mare, se obtine un factor de ondulatie:
C R U
U
L O
O
? p ? = ? =
In general se pot utiliza multe tipuri de filtre de netezire (filtre inductive, capacitive, compuse) in multe configuratii (in T, in p) , dintre acestea filtrul capacitiv fiind el mai raspandit
106
2.6 Stabilizatoare de tensiune
Tensiunea obtinuta la iesirea unui redresor cu filtru are pe langa componenta continua si o componenta variabila, numita ondulatie, in plus componenta continua este dependenta de curentul de sarcina, de temperatura, precum si de tensiunea de retea.
Stabilizatorul de tensiune este un circuit care in caz ideal asigura la iesire o tensiune independenta de tensiunea de intrare, de curentul de sarcina si de temperatura
2.6.1 Clasificarea stabilizatoarelor de tensiune
In functie de principiul de functionare, avem:
-stabilizatoare parametrice care isi bazeaza functionarea pe neliniaritatea caracteristicii curent-tensiune a dispozitivului electronic folosit (in general dioda stabilizatoare)
-stabilizatoare cu reactie negativa care sunt circuite electronice liniare, functia de stabilizare realizandu-se printr-o reactie negativa
-stabilizatoare in regim de comutatie la care elementul regulator al tensiunii de iesire lucreaza in regim de comutatie, crescand astfel mult randamentul stabilizatorului
In functie de pozitia elementului regulator fata de iesirea stabilizatorului
-stabilizatoare serie
-stabilizatoare paralel (in derivatie)
2.6.2 Parametrii stabilizatoarelor
Vom defini pe schema de mai jos cei mai importanti parametri:
( )T i u u u O I O O , , =
Diferentiind si trecand la variatii finite (presupunand variatii mici):
T S i R u
S u dT
T u di i u du u u du T O O I O
O
O
O
O
I
I
O
O ? + ? - ? = ? ? + + = 1 d d d d d d ct T i I
O
O u u
S = ?
? = ,
1 -coeficient de stabilizare ct T u O
O
O
I i u R
= ?
? - = ,
-rezistenta de iesire ct i u
O
T
O I T u S
= ?
? = ,
- coeficient de temperatura
107
Pe figurile de mai jos sunt reprezentate variatiile ( ) I O O u u u = , respectiv ( ) O O O i u u = pentru un stabilizator de tensiune real:
T S i R u
S u dT
T u di i u du u u du T O O I O
O
O
O
O
I
I
O
O ? + ? - ? = ? ? + + = 1 d d d d d d
2.6.3 Stabilizator parametric cu dioda stabilizatoare
In figura de mai jos se prezinta schema unui stabilizator parametric cu dioda stabilizatoare. Functionarea schemei se bazeaza pe caracteristica neliniara a diodei stabilizatoare care admite variatii mari de curent la variatii mici ale tensiunii pe dioda.
Tensiunea de iesire este chiar tensiunea pe dioda si este de dorit ca dioda sa fie alimentata la un curent constant in plaja de stabilizare. max Z I este determinata din considerente de putere, adica Z Z Z U I P max max = , iar min Z I de iesirea din regiunea de stabilizare. In plaja de stabilizare caracteristica neliniara a diodei poate fi liniarizata (aproximata liniar).
O Z I i i i + = O I I u Ri u + =
O Z
Z I
O Z
O I i i
U u i i u u R
+
- ˜
+
- =
Dimensionarea rezistentei R sta la baza proiectarii stabilizatorului parametric: max min
Im
O Z
Z in
MAX I I
U u R
- = min max
Im min
O Z
Z ax
I I
U u R
- =
Pentru a obtine performante mai bune, tensiuni stabilizate mai mari, se pot conecta mai multe stabilizatoare parametrice in cascada
108
Relatiile de mai sus determina plaja ( ) MAX R R , min corespunzatoare curentilor si tensiunilor maxime pe dioda stabilizatoare. Pentru un factor de stabilizare ridicat alegem rezistenta de valoare mai mare.
2.6.4 Stabilizatoare de tensiune cu reactie
In stabilizatoarele electronice cu reactie efectul de stabilizare a tensiunii de iesire este realizat printr-o reactie negativa. Tensiunea de iesire este esantionata cu circuitul (elementul) de esantionare EE si este comparata in circuitul comparator C cu referinta interna R. Semnalul de eroare obtinut, e este amplificat de amplificatorul de eroare AE si aplicat elementului de control EC.
In stabilizatoarele de tip serie elementul de control este in serie cu sarcina, deci suporta
intregul curent de iesire, in cazul stabilizatoarelor de tip paralel, elementul de control este in paralel cu sarcina, suportand toata tensiunea de iesire.
Schemele bloc a celor doua tipuri de stabilizatoare sunt prezentate pe figurile de mai jos: ct T i I
O
O u u
S = ?
? = ,
1
La stabilizatoarele de tip serie, cresterea tensiunii de iesire (datorita cresterii tensiunii de intrare sau scaderii curentului de sarcina) produce o scadere a curentului in elementul de control, deci a cresterii tensiunii pe acesta, care reduce din cresterea initiala a tensiunii de iesire.
La stabilizatoarele tip paralel semnalul de eroare produce cresterea curentului elementului de control, deci cresterea tensiunii pe rezistenta R (de balast) deci se reduce cresterea initiala a tensiunii de iesire.
Datorita pierderilor pe rezistenta R, stabilizatoarele de tip paralel au un randament mai scazut fata de cele de tip serie, motiv pentru care sunt utilizate mai putin.
109
2.6.4.1 Stabilizator serie fara amplificator de eroare
Pe figura de mai jos se prezinta schema cea mai simpla de stabilizator serie fara amplificator de eroare:
Tensiunea de iesire este comparata cu tensiunea de referinta data de dioda Zener direct pe baza tranzistorului T care este elmenmtul de control:
B Z i i i + = ; Z I U Ri u + = ; ( )B F O i i 1 + = ß
In proiectarea de curent continuu cea mai esentiala este dimensionarea rezistentei R, ca si la stabilizatorul parametric. Din relatiile de mai sus se obtine:
( )1 +
+
- =
F
O
Z
Z I i i
U u R
ß
Admitand plaje de variaand plaje de variatie pentru F Z O I i i u ß , , , rezulta domeniul pentru rezistenta R:
( )1 min max min
Im max
+
+
- =
F
O
Z
Z in
I I
U U R
ß
;
( )1 max min max
Im min
+
+
- =
F
O
Z
Z ax
I I
U U R
ß
Aceste relatii pot fi folosite in proiectare, dar trebuie sa se tina cont de limitarile tranzistorului in ceea ce priveste tensiunea colector-emitor si curentul de colector maxime, care trebuie sa fie mai mare ca tensiunea de intrare, respectiv curentul de iesire maxim
CEM Z ax CE U U U U = - = Im max (din catalog)
CM O C I I I = ? max max
( ) M O Z ax P I U U P = - = max Im max
110
2.6.4.2 Stabilizator serie cu amplificator de eroare
Pe figura de mai jos este prezentata o varianta de stabilizator serie cu amplificator de eroare, unde tranzistorul 2 T are functia de comparator si de amplificator de eroare
( )
2
2 1
2 R
R R u U u BE Z O
+ + = ; 2 1 C B i i i + =
T
BE
S C U u I i 2
2 exp ˜
Semnalul de eroare O Z BE u
R R
R U u
2 1
2
2 +
- = este amplificat de tranzistorul 2 T si aplicat in antifaza pe baza tranzistorului 1 T , care este elementul de control. Deci componentele variabile ale curentilor de colector si de baza ale tranzistorului 1 T sunt in antifaza.
Rezistenta 3 R asigura curentul de polarizare diodei de referinta si trebuie dimensionata astfel ca valoarea curentului variabil 2 C i sa nu afecteze tensiunea de referinta ( 2 3 C i i >> )
Ea trebuie sa satisfaca urmatoarele relatii: min max max 3
Z
Z O
I
U U R - = max min min 3
Z
Z O
I
U U R - =
Rezistenta R asigura curentul de polarizare pentru baza tranzistorului 1 T si colectorul tranzistorului 2 T . Fiind conectata la tensiunea nestabilizata, poate transmite la iesire variatiile tensiunii de intrare, prin jonctiunea baza-emitor a tranzistorului 1 T , astfel scade factorul de stabilizare. Rezistenta R nu poate avea valori mici, deoarece transmite variatiile tensiunii de intrare , dar nici foarte mare pentru ca in acest caz nu poate polariza tranzistoarele. Ea trebuie sa fie totusi cat mai mare: max min 2
Im max
B C
O BE in i i u u U R
+
- - =
Rezistentele 2 1,R R ale circuitului de esantionare trebuie sa fie alese astfel incat curentul prin ele sa fie mult mai mare decat curentul de baza al tranzistorului 2 T
111
2.6.4.3 Stabilizator paralel fara amplificator de eroare
Pe figura de mai jos se prezinta un stabilizator paralel fara amplificator de eroare, unde tranzistorul este elementul de control si comparatorul. Intreaga tensiune de iesire este comparata cu tensiunea de referinta data de dioda stabilizatoare:
Z O BE U u u - = O I I u Ri u + = O Z C I i i i i + + =
1 R u i i BE
B Z + =
Proiectarea in curent continuu se reduce la dimensionarea rezistentei R, neglijand curentul prin dioda stabilizatoare, obtinem relatiile:
O C
Z I
Z O C
BE Z I i i
U u i i i u U u R
+
- ˜
+ +
- - = admitand plaje de variatie pentru C I O i u i , , rezulta domeniul pentru rezistenta R : max min
Im max
O C
Z in
I I
U U R
+
- = min max
Im min
O C
Z ax
I I
U U R
+
- =
Rezistenta 1 R se dimensioneaza astfel ca sa permita trecerea curentului minim necesar diodei satbilizatoare atunci cand tranzistorul este blocat. Evident se tine cont de limitarile tranzistorului privitoare la curentii si tensiuni maxime admise.
Pentru a obtine tensiuni de iesire mai mari ca tensiunea diodei stabilizatoare se poate utiliza schema din figura urmatoare:
( )1 2
1
R R
R
U u u Z BE
O + + =
112
2.6.5 Stabilizatoare de tensiune de tip serie perfectionate
2.6.5.1 Stabilizator de tensiune cu prestabilizator
Pentru ca ondulatiile tensiunii de intrare sa nu se transmita la la iesire prin rezistenta
R, aceasta poate fi alimentata de la o tensiune stabilizata utoilizand un stabilizator parametric avand rolul prestabilizatorului. Prin acest procedeu se imbunatateste factorul de stabilizare si rezistenta de iesire:
Pe figura de mai jos se prezinta un alt stabilizator cu prestabilizator, dar in acest caz prestabilizarea se face fata de tensiunea stabilizata:
Daca inlocuim rezistenta printr-un generator de curent constant, rezistenta de sarcina a amplificatorului de eroare creste, ceea ce duce la cresterea factorului de stabilizare. Pe schema din figura urmatoare generatorul de curent constant este realizat cu tranzistorul 3 T , dioda
Zener 3 DZ , rezistenta 4 R .
113
Stablizatoarele serie pot fi imbunatatite si prin perfectionarea amplificatorului de eroare, de exemplu utilizand un amplificator diferential
2.6.6 Protectia stabilizatoarelor
In caz de suprasarcina sau de scurtcircuit accidental, curentul prin tranzistorul serie creste mult, apare pericolul distrugerii acestuia. Pentru a preveni distrugerea tranzistorului serie se folosesc circuite ce limiteaza curentul maxim prin sarcina.
In general se aplica doua tipuri de protectie la suprasarcina, limitarea la curentul de scurtcircuit si limitarea prin intoarcerea caracteristicii, dupa cum se vede pe figurile de mai jos
114
2.7 Oscilatoare armonice
2.7.1 Introducere
Oscilatorul armonic este un circuit electronic care genereaza un semnal de forma sinusoidala: t U t u ? sin ) ( =
Semnalul ( ) t u apare la bornele unei rezistente de sarcina L R . Oscilatorul cedeaza deci sarcinii o putere de curent alternativ, care se poate scrie in forma: s s R
U P
2
2
1 =
Sursa primara a puterii este bateria de alimentare in curent continuu, pusa in evidenta pe figura de mai jos:
Circuitul trebuie sa contina dispozitive electronice active, capabile sa transforme puterea de curent continuu absorbita de la sursa de alimentare in putere de semnal. Astfel de dispozitive sunt de pilda tranzistoarele bipolare sau cu efect de camp.
Observatiile de mai sus se leaga de aspectul energetic al problemei existentei oscilatoarelor. Din punctul de vedere al teoriei circuitelor electrice, trebuie lamurite si alte aspecte: cum se explica existenta oscilatiilor intr-un circuit care nu este excitat din exterior de nici o sursa de semnal si de ce aceste oscilatii sunt de forma sinusoidala?
O intelegere mai buna a fenomenelor care au loc in oscilator o putem capata privind circuitul ca un amplificator cu reactie pozitiva.
115
2.7.2 Oscilatorul armonic ca un amplificator cu reactie pozitiva. Relatia Barkhausen
Consideram amplificatorul cu reactie din figura de mai jos, care functioneaza in regim de curent alternativ. Semnalele notate cu X pot fi, dupa caz, tensiuni sau curenti.
Amlificatorul si reteaua de reactie sunt circuite liniare descrise de ecuatiile:
- = 1 2 X A X
- = 2 X Xr ß
Prima relatie, valabila indiferent de circuitul extrerior amplificatorului, defineste un amplificator ideal. Consideratii similare se aplica retelei de reactie definita de functia de transfer ß . Utilizand si ecuatia sumatorului
- + = r g X X X1 obtinem amplificarea cu reactie
- - = =
A
A
X
X
A g r ß 1
2
Circuitul din figura de mai sus devine un oscilator, daca indepartand semnalul de excitatie (Xg = 0) obtinem totusi un semnal de iesire ( X2 = finit, ? 0 ). Aceasta echivaleaza cu
8 ? =
- g r X
X
A
2 si utilizand formula reactiei pozitive obtinem conditia de oscilatie A ß = 1, denumita si relatia lui Barkhausen.
116
Aceasta conditie semnifica in fond reproducerea semnalului pe bucla de reactie pozitiva, asa cum se arata in figura de mai jos:
In general A = A (j?) si ß = ß (j?), deoarece circuitul contine elemente reactive.
Punand in evidenta amplitudinea si faza acestor numere complexe avem
1 , exp - = =
- j j A A A ?
?ß ß ß j exp
- = si relatia Barkhausen este echivalenta cu doua conditii reale:
¦A¦¦ß¦= 1 (conditia de amplitudine) fA + f A = 0,2p , 4 p, … (conditia de faza)
Reamintim ca semnalul sinusoidal este unicul semnal care isi reproduce forma dupa ce parcurge un circuit (liniar) cu elemente reactive. Aceasta este si motivul pentru care circuitul genereaza un semnal sinusoidal si nu de alta forma.
Semnalul Xr = X1 A(j?) ß(j?) care rezulta dupa parcurgerea buclei de reactie este evident de aceeasi frecventa cu X1. Conditiile de oscilatie cer ca amplitudinea si respectiv faza semnalului sa se reproduca.
In multe situatii practice, putem presupune A = numar real. Atunci fA= 0 sau p, dupa caz. Conditia de faza devine ,... 2 , 0 ) ( p ? ? ? = + B A si determina frecventa de oscilatie, ?osc.
Rezulta concluzia importanta: reteaua de reactie este aceea care determina frecventa de oscilatie. Nu numai marimea acestei frecvente, dar si posibilitatea reglajului frecventei intr-o anumita banda, precum si stabilitatea acestei frecvente sunt influentate de tipul retelei de reactie si de realizarea concreta a acesteia.
117
2.7.3 Clasificarea oscilatoarelor armonice
Oscilatoarele armonice de tip amplificator cu reactie pozitiva se clasifica dupa natura retelei de reactie astfel:
-oscilatoare RC (retea de reactie cu rezistente si capacitati );
-oscilatoare LC (retea de reactie cu inductante si capacitati );
Oscilatoarele pot lucra pe frecventa fixa sau variabila. Dupa gama de frecventa pe care o acopera, oscilatoarele sunt:
-de audiofrecventa, cu frecventa de la cativa Hz pana la circa 20 KHz ;
-de radiofrecventa (sute de KHz pana la 1 GHz) ;
-de microunde (frecvente peste 1 GHz) ;
Ca regula generala, oscilatoarele de audiofrecventa sunt de tip RC iar cele de radiofrecventa de tip LC .
Oscilatoarele por fi clasificate si dupa dispozitivele active pe care le contin:
-oscilatoare cu tranzistoare bipolare
-cu tranzistoare cu efect de camp;
Nu toate oscilatoarele sunt de tip amplificator cu reactie pozitiva. O alta categorie o formeaza oscilatoarele cu dispozitive cu rezistenta negativa. Un astfel de dispozitiv genereaza putere daca este polarizat convenabil in curent continuu.
Plasand dispozitivul intr-un circuit rezonant, se pot obtine autooscilaand dispozitivul
intr-un circuit rezonant, se pot obtine autooscilaii neamortizate daca rezistenta negativa a dispozitivului compenseaza pierderile.
2.7.4 Probleme ale analizei functionarii oscilatoarelor
Pentru caracterizarea unui oscilator trebuie sa se determine in principal:
- conditia de amorsare a oscilatiilor ;
- frecventa de oscilatie, fosc = ?osc / 2p ;
- amplitudinea de oscilatie, de pilda Uosc ;
- conditia de stabilitate dinamica a oscilatiilor ;
Mai prezinta interes: stabilitatea amplitudinii si frecventei de oscilatie, forma exacta a semnalului generat (evaluarea distorsiunilor, etc).
Teoria liniara a oscilatoarelor se bazeaza pe
 
 
Comentarii:

Nu ai gasit ce cautai? Crezi ca ceva ne lipseste? Lasa-ti comentariul si incercam sa te ajutam.
Esti satisfacut de calitarea acestui referat, eseu, cometariu? Apreciem aprecierile voastre.

Nume (obligatoriu):

Email (obligatoriu, nu va fi publicat):

Site URL (optional):


Comentariile tale: (NO HTML)


 
Noteaza referatul:
In prezent referatul este notat cu: ? (media unui numar de ? de note primite).

2345678910

 
Copyright 2005 - 2014| Trimite referat | Harta site | Adauga in favorite