Amplificatoare liniare Schema bloc a amplificatorului Sursa de

Amplificatoare liniare

Schema bloc a amplificatorului Sursa de energie = sursa de tensiune continua + + _ _ Sursa de informatie = semnal de intrare Amplificatoare liniare: Amplificatoare neliniare: Informatia prelucrata = semnal de iesire

Expresia factorului de amplificare x = curent sau tensiune numar complex Modulul amplificarii = numar real pozitiv Defazajul dintre cele 2 mărimi implicate în raport (xo şi xi) modulul semnalului de ieşire modulul semnalului de intrare =pulsaţia semnalului de intrare

Parametrii amplificatorului 1. Factorul de amplificare şi câştigul amplificatorului LINIAR FACTOR AMPLIFICARE IN PUTERE C ŞTIGUL IN PUTERE FACTORUL DE AMPLIFICARE ÎN TENSIUNE FACTORUL DE AMPLIFICARE ÎN CURENT FACTORUL DE AMPLIFICARE TRANSIMPEDANŢĂ FACTORUL DE AMPLIFICARE TRANSADMITANŢĂ Fazor = numar complex

Modulul factorului de amplificare = furnizează relaţia dintre valorile (componentă medie respectiv amplitudine) mărimilor electrice de ieşire şi de intrare componenta medie amplitudine

Exemplul 1 Se consideră ca amplificarea în tensiune a unui amplificator LINIAR are expresia: Av=5 exp(j 180). Dacă la intrarea acestuia se aplică o tensiune sinusoidală cu componenta medie nulă şi amplitudinea Vi=1 V, să se precizeze: a. Modulul amplificării în tensiune a amplificatorului. b. Amplitudinea tensiunii de ieşire Vo. c. Defazajul dintre tensiunea de ieşire şi cea de intrare d. Să se deseneze formele de undă ale celor 2 tensiuni. Defazajul dintre vo si vi Modulul amplificarii in tensiune amplitudinea tensiunii de ieşire amplitudinea tensiunii de intrare

volti 1 0 -1 2 Tensiune de intrare 5 Defazajul de 180 0 -5 Tensiune de ieşire

2. Caracteristica de frecventa = variatia modulului factorului de amplificare (câştigului) in functie de frecventa semnalului aplicat la intrarea amplificatorului Amplificarea in banda Frecvente medii Frecvente joase Frecvente inalte

2. Parametrii caracteristicii de frecventa = frecventele caracteristice Frecventa inferioara Frecventa superioara Frecventa caracteristica = frecventa la care amplificarea (cistigul) scade de 0, 707 ori (cu 3 d. B) fata de valoarea din mijlocul benzii.

3. Caracteristica de faza = variatia defazajului dintre semnalul de iesire si cel de intrare, in functie de frecventa semnalului aplicat la intrarea amplificatorului Semnal intrare + 0 _ 2 + _ Defazajul de 0 _ + + _ Semnal ieşire

4. Impedantele de intrare si de iesire ale amplificatorului • Utilizate pentru estimarea pierderilor de semnal la intrarea, respectiv la iesirea amplificatorului. • Amplificatorul trebuie astfel proiectat încât aceste impedanţe să fie adaptate impedanţelor circuitelor la care este conectat amplificatorul la intrarea, respectiv la ieşirea sa.

5. Nivelul distorsiunilor • În absenţa distorsiunilor, forma de undă a semnalului de ieşire este identică cu forma de undă a semnalului de intrare; în acest caz, informaţia aplicată la intrarea amplificatorului nu se pierde. • În prezenţa distorsiunilor, forma de undă a semnalului de ieşire este diferită de forma de undă a semnalului de intrare; în acest caz, informaţia aplicată la intrarea amplificatorului se modifcă. + distorsionare + _ Semnal intrare _ Semnal iesire

Efectul conectării amplificatoarelor la circuitele externe • Prin conectarea amplificatorului la circuitele externe, apar pierderi de semnal la bornele de intrare/ieşire ale amplificatorului • Atât timp cât un amplificator NU este conectat la circuite externe, acesta este caracterizat de un factor de amplificare IDEAL, notat generic cu Ax; x poate fi V, I, Y, Z • Prin conectarea amplificatorului la circuitele externe, acesta este caracterizat de un nou factor de amplificare, REAL, notat generic cu Axg; x poate fi V, I, Y, Z; factorul de amplificare real este mai mic sau cel mult egal cu cel ideal. • Amplificatoarele trebuie astfel proiectate încât factorul de amplificare real să fie cât mai aproape ca valoare cu factorul de amplificare ideal. În acest scop, amplificatorul trebuie să fie astfel proiectat încât impedanţa de intrare, respectiv de ieşire să fie adaptate la circuitele externe, care urmează a fi conectate la amplificatorul respectiv.

Tipuri de amplificatoare; Modelarea amplificatoarelor Identificarea tipului de amplificator se realizează în funcţie de tipul mărimii electrice de interes de la ieşirea, respectiv intrarea amplificatorului Modelarea amplificatoarelor este necesară pentru estimarea pierderilor de semnal la bornele de intre/ieşire ale amplificatorului, şi pentru identificarea modului de proiectare al acestuia. Se decid în funcţie de tipul marimilor electrice de interes tip amplificator tipul mărimii electrice de IEŞIRE tipul mărimii electrice de INTRARE factor amplificare al amplificatorului izolat amplificator de tensiune v. O tensiune v. I AV amplificator de curent i. O curent i. I AI amplificator transimpedanţă tensiune v. O curent i. I AZ amplificator transadmitanţă curent i. O tensiune v. I AY formula generică de calcul a factorului de amplificare al amplificatorului izolat (neconectat) Acestea sunt amplificarile ideale – obtinute cind amplificatorul nu este conectat la circuite externe

Modelarea amplificatorului de tensiune Modelarea amplificatorului de curent Modelarea amplificatorului transimpedanţă Modelarea amplificatorului transadmitanţă

Estimarea pierderilor de semnal la bornele de semnal ale amplificatorului • circuitul extern aplicat la bornele de intrare ale amplificatorului este modelat prin intermediul unui generator de semnal. Acesta este echivalat prin intermediul unui generator de tensiune real (compus dintr-un generator de tensiune vg conectat în serie cu o impedanţă Zg) dacă, la intrarea amplificatorului, mărimea electrică de interes este tensiunea, respectiv este modelat prin intermediul unui generator de curent real (compus dintr-un generator de curent ig conectat în paralel cu o impedanţă Zg) dacă, la intrarea amplificatorului, mărimea electrică de interes este curentul. • amplificatorul se modelează, în funcţie de natura mărimilor electrice de interes de la ieşirea, respectiv de la intrarea amplificatorului, prin intermediul circuitului echivalent al tipului de amplificator, ales conform tabelului următor (de exemplu, dacă mărimea electrică de interes la ieşire este tensiune, iar la intrare este curentul, amplificatorul se modelează prin intermediul amplificatorului transimpedanţă). • sarcina se modelează prin intermediul unei impedanţe ZL.

Structura circuitului de calcul pentru estimarea pierderilor de semnal. Se decid în funcţie de tipul marimilor electrice de interes de la bornele amplificatorului tip GENERATOR DE SEMNAL utilizat în circuitul pentru calculul pierderilor de semnal mărime electrică de IEŞIRE mărime electrică de INTRARE tip AMPLIFICATOR utilizat în circuitul pentru calculul pierderilor de semnal tensiune de tensiune curent de curent tensiune curent transimpedanţă de curent tensiune transadmitanţă de tensiune

Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de tensiune la bornele de ieşire şi de intrare – este utilizat dacă marimile electrice de interes sunt tensiunile. Trebuie calculat factorul de amplificare în tensiune real, în funcţie de cel ideal: Iesirea amplificatorului formează cu sarcina un divizor rezistiv Intrarea amplificatorului formează cugeneratorul de semnal un divizor rezistiv Factorul de amplificare în tensiune real, în funcţie de cel ideal:

Amplificarea reala in tensiune Amplificarea ideala in tensiune Pierderile de tensiune la intrare Pierderile de tensiune la iesire Amplificatorul este proiectat corect daca se elimina pierderile (rapoartele tind la 1) Conditia de proiectare a unui amplificator de tensiune fara pierderi de semnal la borne

Exemplul 2: Se consideră un amplificator liniar. În urma măsurătorilor, se constată că acesta are amplificare ideală în tensiune Av=100, o impedanţă de intrare de Zi=400Ω şi o impedanţă de ieşire de 10 kΩ. Să se determine amplificarea reală în tensiune a amplificatorului, dacă la intrarea acestuia se conectează un generator de tensiune sinusoidală cu impedanţa de ieşire Zg=600Ω, iar la ieşirea acestuia se conectează o impedanţă de sarcină de ZL=10 kΩ. Amplificarea reala in tensiune Pierderile de tensiune la intrare Pierderile de tensiune la iesire

Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de curent la bornele de ieşire şi de intrare – este utilizat dacă marimile electrice de interes sunt curentii. Trebuie calculat factorul de amplificare în curent real, în funcţie de cel ideal: Amplifica reala in curent Amplificarea ideala in curent Pierderile de curent la intrare Pierderile de curent la iesire Amplificatorul este proiectat corect daca se elimina pierderile (rapoartele tind la 1) Conditia de proiectare a unui amplificator de tensiune fara pierderi de semnal la borne

Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de tensiune la bornele de ieşire şi de curent la bornele de intrare – este utilizat dacă marimile electrice de interes sunt tensiunea la ieşire, curentul la intare Trebuie calculat factorul de amplificare transimpedanţă real, în funcţie de cel ideal: Amplificarea reala transimpedanţă Amplificarea ideala transimpedanţă Pierderile de curent la intrare Pierderile de tensiune la iesire Amplificatorul este proiectat corect daca se elimina pierderile (rapoartele tind la 1) Conditia de proiectare a unui amplificator de tensiune fara pierderi de semnal la borne

Circuitul de calcul utilizat pentru estimarea pierderilor de curent la bornele de ieşire şi de tensiune la bornele de intrare – este utilizat dacă marimile electrice de interes sunt curentul la ieşire, tensiunea la intare. Trebuie calculat factorul de amplificare transadmitanţă real, în funcţie de cel ideal: Amplificarea reala transadmitanţă Amplificarea ideala transadmitanţă Pierderile de tensiune la intrare Pierderile de curent la iesire Amplificatorul este proiectat corect daca se elimina pierderile (rapoartele tind la 1) Conditia de proiectare a unui amplificator de tensiune fara pierderi de semnal la borne

Exemplul 3: se consideră 2 amplificatoare liniare de tensiune. La bornele de intrare ale primului se aplică o tensiune sinusoidală de amplitudine Vg=100 m. V si componenta medie nulă. 1. să se determine amplitudinea tensiunii obţinute pe impedanţa de sarcină ZL a celui deal 2 lea amplificator, notată Vo 2, pentru cazul în care amplificatoarele au următoarele valori pentru parametrii circuitelor echivalente: Zg=500Ω, Zi 1=500Ω, Av 1=10, Zo 1=100Ω, Zi 2=400Ω, Av 2=5, Zo 2=4 kΩ, ZL=1 kΩ. 2. să se determine Vo 2, pentru cazul în care impedanţele de intrare şi de ieşire satisfac condiţiile ideale de proiectare. Pentru determinarea amplitudinii tensiunii de pe impedanţa de sarcină ZL, trebuie calculat modulul factorului de amplificare în tensiune real al întregului circuit: Raportul de mai sus se poate rescrie astfel:

Primul raport din relaţia de mai sus se determină observând că ZL şi Zo 2 formează un divizor de tensiune pentru tensiunea Av 2 Vo 1, generată de generatorul de tensiune comandat în tensiune a celui de-al 2 lea amplificator liniar: Al 2 lea raport din relaţia de mai sus se determină observând că Zi 2 şi Zo 1 formează un divizor de tensiune pentru tensiunea Av 1 VI, generată de generatorul de tensiune comandat în tensiune a primului amplificator liniar: Al 3 lea raport din relaţia de mai sus se determină observând că Zi 1 şi Zg formează un divizor de tensiune pentru tensiunea VG, generată de generatorul de tensiune sinusoidala aplicat la intrarea circuitului:

Pierderile tensiune la intrare Pierderile tensiune la conectarea celor 2 amplificatoare Pierderile tensiune la iesire

Dacă impedanţele amplificatoarelor satisfac condiţiile ideale de proiectare, atunci: Nu mai exista pierderi de tensiune in circuit

Concluzie Datorită pierderilor de tensiune generate prin conectarea amplificatoarelor împreună, respectiv la generatorul de semnal şi la sarcină, amplitudinea tensiunii de ieşire s-a redus de 12, 5 ori! Acestă problemă poate fi rezolvată numai prin proiectarea corectă a impedanţelor de intrare, respectiv de ieşire a amplificatoarelor.