Curs 08 Amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare Partea I – Amplificatoare cu tranzistoare bipolare

Amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare bipolare etaj de amplificare în conexiunea EMITOR COMUN etaj de amplificare în conexiunea COLECTOR COMUN etaj de amplificare în conexiunea BAZĂ COMUNĂ

Pentru toate etajele de amplificare analizate se vor determina următoarele: ANALIZA CIRCUITULUI ÎN REGIM DE CURENT CONTINUU ecuaţiile care determină Punctul Static de Funcţionare al tranzistorului. ANALIZA CIRCUITULUI ÎN REGIM VARIABIL DE SEMNAL MIC în domeniul frecvenţelor medii rezistenţa de intrare în circuit Ri rezistenţa de ieşire din circuit Ro factorul de amplificare ideal în tensiune al amplificatorului izolat şi factorul de amplificare real în tensiune al amplificatorului conectat la circuitele externe factorul de amplificare ideal în curent al amplificatorului izolat şi factorul de amplificare real în curent al amplificatorului conectat la circuitele externe

Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar în conexiunea Emitor Comun CE Q iI(t) iO(t) vI(t) vO(t) borne alimentare borne iesire borne intrare 1. Bornele de alimentare: se aplică sursa de tensiune continuă, necesară furnizării energiei electrice circuitului 2. Bornele de intrare: se aplică semnalul de intrare = informaţia 3. Bornele de ieşire: se furnizează semnalul de ieşire = informaţia amplificată

Conectarea circuitelor externe la amplificator borne alimentare + - VCC Sursa de tensiune continuă RB CL iO(t) CG borne iesire RL iI(t) Q Generator semnal borne intrare vO(t) CE vI(t) RE sarcina

1. Analiza funcţionării amplificatorului în regim de curent continuu. Scop: calcularea PSF-ului tranzistorului şi verificarea regiunii de funcţionare a tranzistorului bipolar; se reaminteşte că într-un circuit de amplificare, un tranzistor bipolar trebuie să funcţioneze în regiunea activă normală (RAN).

Sursa de tensiune continuă Determinarea circuitului echivalent în curent continuu RC + - VCC Sursa de tensiune continuă IC RB CL CG RL VCE Q Generator semnal CE RE sarcina Determinarea circuitului de polarizare: 1. se elimină (nu se mai desenează) RAMURILE care conţin condensatoare 2. se pasivizează sursele INDEPENDENTE şi VARIABILE (adică, sursele de tensiune se înlocuiesc cu un fir – scurtcircuit aplicat între cele 2 bornele ale sursei, iar sursele de curent se elimină = nu se mai desenează).

Analiza funcţionării amplificatorului în regim variabil de semnal mic. Scop: calcularea parametrilor de semnal mic ai amplificatorului, care vor fi utilizaţi pentru modelarea acestuia, în scopul determinării amplificărilor reale, determinate în condiţiile în care amplificatorului i se conectează circuite externe

Sursa de tensiune continuă Determinarea circuitului echivalent în regim variabil de semnal mic + - VCC Sursa de tensiune continuă RB RC CL iO(t) CG rπ Vbe gmVbe Q RL iI(t) Generator semnal vO(t) RE CE vI(t) sarcina Determinarea circuitului echivalent în regim variabil de semnal mic: condensatoarele de capacităţi mari (mai mari decât aproximativ 1F) se înlocuiesc cu un fir aplicat între armături se pasivizează sursele INDEPENDENTE şi CONTINUE (adică, sursele de tensiune se înlocuiesc cu un fir – scurtcircuit aplicat între cele 2 bornele ale sursei, iar sursele de curent se elimină = nu se mai desenează). tranzistorul se înlocuieşte cu circuitul echivalent de semnal mic, valabil pentru domeniul frecvenţelor medii.

Circuitul echivalent al amplificatorului izolat, în regim variabil de semnal mic, în domeniul frecvenţelor medii.

Calculul rezistenţei Ri de intrare a amplificatorului Circuitul de calcul valoare mică/medie = kΩ

Calculul rezistenţei Ro de ieşire a amplificatorului Circuitul de calcul valoare medie = kΩ

Amplificarea în tensiune ideală Circuitul de calcul valoare mare semnul “-” indică un defazaj de 1800 între vo şi vi

volti Vi  2 -Vi gmRCVi - gmRCVi vi(t) = tensiune de intrare vi(t) = tensiune de intrare  2 -Vi gmRCVi Defazajul de 180 vo(t) = tensiune de ieşire - gmRCVi

Amplificarea în curent ideală Circuitul de calcul valoare mare semnul “+” indică un defazaj de 00 între io şi ii

amperi Ii  2 -Ii βIi - β Ii ii(t) = curent de intrare ii(t) = curent de intrare  2 -Ii βIi io(t) = curent de ieşire Defazajul de 00 - β Ii

Amplificarea în tensiune reală – determinată pentru amplificatorul conectat la circuitele externe Amplificarea reala in tensiune Amplificarea ideala in tensiune Pierderile de tensiune la intrare Pierderile de tensiune la iesire Parametrii amplificatorului izolat Impedanţele circuitelor externe

Condiţiile de proiectare care trebuie îndeplinite de amplificator pentru a nu exista pierderi de tensiune la bornele de intrare/ieşire:

Amplificarea în curent reală – determinată pentru amplificatorul conectat la circuitele externe Amplificarea reala in curent Amplificarea ideala in curent Pierderile de curent la intrare Pierderile de curent la iesire Parametrii amplificatorului izolat Impedanţele circuitelor externe

Condiţiile de proiectare care trebuie îndeplinite de amplificator pentru a nu exista pierderi de curent la bornele de intrare/ieşire:

RC + - VCC RB CL CG Rg + - vG(t) RL Q CE RE Exemplul 1: se consideră amplificatorul cu TB din figura de mai jos, în care: VCC=10V, VBE=0.6V, =100, RB=910kΩ, RE=330Ω, RC=4.7kΩ, CG=CE=CL=100uF. Se cer: PSF-ul tranzistorului, determinarea valorilor parametrilor de semnal mic Ri, Ro şi Av şi estimarea pierderilor de tensiune în cazul în care la intrarea amplificatorului se conectează un generator de semnal a cărui rezistenţă internă este 600Ω, iar la ieşire o rezistenţă de sarcină de 1kΩ. RC borne alimentare + - VCC RB CL iO(t) CG Rg + - vG(t) borne iesire RL iI(t) Q borne intrare vO(t) CE vI(t) RE

1. Calcul PSF: 2. Verificarea funcţionării tranzistorului în RAN: 3. Calcularea parametrilor de semnal mic ai tranzistorului bipolar:

4. Determinarea parametrilor de semnal mic ai amplificatorului 5. Echivalarea amplificatorului cu modelul amplificatorului de tensiune:

6. Calcularea amplificării reale în tensiune şi estimarea peirderilor de tensiune la bornele amplificatorului Pierderile de tensiune la intrare Pierderile de tensiune la iesire RL=10Ω (boxa audio)

Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar în conexiunea Emitor Comun – varianta cu rezistor nedecuplat la masă Punctul static de funcţionare Parametrii de semnal mic amplificare mică; defazaj 1800 valoare medie = zeci kΩ valoare medie = kΩ Amplificarea în tensiune reală

Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar în conexiunea Colector Comun – repetor pe emitor Punctul static de funcţionare Parametrii de semnal mic valoare mare = sute kΩ Nu amplifică; defazaj 00 valoare mică = zeci Ω Bun pentru adaptarea impedanţelor a două circuite conectate amplificare mare; defazaj 1800

Conectarea circuitelor externe la amplificatorul cu tranzistor bipolar în conexiunea Colector Comun Amplificarea în tensiune reală Amplificarea în curent reală

Utilizarea amplificatorului cu tranzistor bipolar în conexiunea Colector Comun ca buffer – etaj de adaptare a impedanţelor ale două circuite Exemplu 2: se consideră în primul caz, 2 amplificatoare de tensiune conectate direct, caracterizate de parametrii de semnal mic din figura. Să se determine amplificarea reală de tensiune. Se consideră un al doilea caz, în care, cele 2 amplificatoare sunt conectate prin intermediul unui “repetor pe emitor”. Să se determine amplificarea reală de tensiune. Rg=50Ω, iar RL=100kΩ. Datele pentru amplificatoare sunt: Amplificatorul de tensiune 1 şi 2: VCC=10V, VBE=0.6V, =100, RB=910kΩ, RE=330Ω, RC=4.7kΩ. Amplificatorul buffer: VCC=10V, VBE=0.6V, =100, RB=910kΩ, RE=3.3kΩ.

Primul raport din relaţia de mai sus se determină observând că RL şi Ro2 formează un divizor de tensiune pentru tensiunea Av2Vi2= Av2Vo1, generată de generatorul de tensiune comandat în tensiune a celui de-al 2lea amplificator liniar: Al 2lea raport din relaţia de mai sus se determină observând că Ri2 şi Ro1 formează un divizor de tensiune pentru tensiunea Av1Vi1, generată de generatorul de tensiune comandat în tensiune a primului amplificator liniar: Al 3lea raport din relaţia de mai sus se determină observând că Ri1 şi Rg formează un divizor de tensiune pentru tensiunea Vg, generată de generatorul de tensiune sinusoidala aplicat la intrarea circuitului:

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

Calcule pentru repetorul pe emitor 1. Calcul PSF: 2. Calcularea parametrilor de semnal mic ai tranzistorului bipolar: 3. Determinarea parametrilor de semnal mic ai amplificatorului

Fiecare bloc reprezintă un divizor de tensiune:

Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar în conexiunea Bază Comună Punctul static de funcţionare Parametrii de semnal mic amplificare mare defazaj 00 valoare mică = zeci Ω nu amplifică; defazaj 1800 valoare medie = kΩ

Conectarea circuitelor externe la amplificatorul cu tranzistor bipolar în conexiunea Bază Comună Amplificarea în tensiune reală Amplificarea în curent reală