of 15 /15
Amplificator de semnal mic cu reacţie negativă Se spune că un amplificator are reacţie dacă o parte din semnalul de la ieşirea acestuia este aplicat, prin intermediul unui circuit liniar numit reţea de reacţie, la intrarea amplificatoarului, semnalul de ieşire influenţându-şi astfel propria sa valoare. Schema bloc a unui amplificator cu reacţie este prezentată în Figura 1, în care se pun în evidenţă cele trei blocuri componente ale unui astfel de amplificator şi anume amplificatorul de bază, reţeaua de reacţie şi comparatorul. Dacă circuitul de comparare realizează scăderea dintre semnalul de intrare şi cel de reacţie (aşa cum este cazul în Figura 1), atunci reacţia este negativă, caz în care amplificarea totală a circuitului scade. În aplicaţiile cu amplificatoare interesează numai reacţia negativă datorită proprietăţilor pe care aceasta le prezintă. Figura 1. Schema bloc a unui amplificator cu reacţie. De cele mai multe ori, în schemele reale, comparatorul nu este un circuit distinct. Dacă amplificatorul de bază şi reţeaua de reacţie sunt presupuse unilaterale (adică sensul semnalului prin aceste circuite este numai de la intrarea spre ieşire lor, nu şi invers), din schema bloc a amplificatorului cu reacţie negativă se poate deduce amplificarea totală a circuitului cu reacţie. În urma comparării semnalului de intrare cu cel de reacţie va rezulta: X 2 =X 1 + X 4 (1) Dar:

Amplificator de Semnal Mic Cu Reactie Negativa

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Amplificator de Semnal Mic Cu Reactie Negativa

Citation preview

Amplificator de semnal mic cu reacie negativ

Se spune c un amplificator are reacie dac o parte din semnalul de la ieirea acestuia este aplicat, prin intermediul unui circuit liniar numit reea de reacie, la intrarea amplificatoarului, semnalul de ieire influenndu-i astfel propria sa valoare. Schema bloc a unui amplificator cu reacie este prezentat n Figura 1, n care se pun n eviden cele trei blocuri componente ale unui astfel de amplificator i anume amplificatorul de baz, reeaua de reacie i comparatorul. Dac circuitul de comparare realizeaz scderea dintre semnalul de intrare i cel de reacie (aa cum este cazul n Figura 1), atunci reacia este negativ, caz n care amplificarea total a circuitului scade. n aplicaiile cu amplificatoare intereseaz numai reacia negativ datorit proprietilor pe care aceasta le prezint.

Figura 1. Schema bloc a unui amplificator cu reacie.

De cele mai multe ori, n schemele reale, comparatorul nu este un circuit distinct. Dac amplificatorul de baz i reeaua de reacie sunt presupuse unilaterale (adic sensul semnalului prin aceste circuite este numai de la intrarea spre ieire lor, nu i invers), din schema bloc a amplificatorului cu reacie negativ se poate deduce amplificarea total a circuitului cu reacie. n urma comparrii semnalului de intrare cu cel de reacie va rezulta:

(1) Dar:

(2)

(3)

unde a reprezint amplificarea amplificatorului de baz, iar f funcia de transfer a reelei de reacie. Aadar, amplificarea total a circuitului cu reacie, notat A, denumit i ctigul (amplificarea) n bucl nchis este:

(4)

n legtur cu relaia (4) se definesc mrimile:

transmisia pe bucl: T=af factorul de desensibilizare a buclei de reacie: F=1+T

Dac transmisia pe bucl a amplificatorului af este mult mai mare ca unitatea, atunci amplificarea total A a circuitului cu reacie va depinde numai de reeaua de reacie:

(5)

Acest lucru reprezint un prim avantaj pe care-l determin introducerea unei reacii negative ntr-un amplificator, deoarece reeaua de reacie este realizat uzual din componente pasive (rezistene i condensatoare), care pot avea precizii ridicate ale valorilor precum i o stabilitate foarte bun n timp sau la variaiile de temperatur, aceste caracteristici fiind transmise i parametrului A.Se disting patru topologii de reacie, n funcie de modul n care este conectat amplificatorul de baz cu circuitul cu reacie, la ieire, respectiv la intrare (conectare paralel sau conectare serie). Pentru o mai bun precizare a topologiilor de reacie se folosesc termenii de eantionare, respectiv comparare. Eantionarea se folosete pentru ieire, sugernd modul n care se preia semnalul de ieire pentru a fi transferat la intrare. Compararea se refer la intrare, peciznd cum se realizeaz operaia de scdere ntre semnalul de intrare X1 i cel care provine de la ieirea reelei de reacie, X4. Cele patru topologii sunt:

reacia paralel-paralel (cu eantionare n nod i comparare n nod) reacia paralel-serie (cu eantionare n nod i comparare n bucl) reacia serie-serie (cu eantionare n bucl i comparare n bucl) reacia serie-paralel (cu eantionare n bucl i comparare n nod)

Alegerea topologiei de reacie depinde de cerinele aplicaiei, pentru fiecare topologie existnd un anumit tip de factor de amplificare (de tensiune, de curent, transimpedan sau transadmitan) pentru care se manifest proprietile reaciei. n continuare vor fi prezentate aceste proprieti.

Desensibilizarea factorului de amplificareFactorul de amplificare a al amplificatorului de baz este sensibil fa de condiiile de lucru (este sensibil la variaiile sursei de alimentare sau la variaiile temperaturii mediului, precum i la dispersia tehnologic a parametrilor dispozitivelor electronice, cum ar fi de exemplu factorul de amplificare n curent F al tranzistorului bipolar). Dac transmisia pe bucl T este mult mai mare ca unitatea, atunci introducerea unei reacii negative, conform relaiei (5), determin ca factorul de amplificare A al circuitului cu reacie s depind numai de componentele reelei de reacie, deci s devin mai puin sensibil fa de condiiile de funcionare ale etajului de amplificare. Lund n considerare variaiile lui A n raport cu a putem scrie:

sau:

(6)

Se constat c, prin aplicarea unei reacii negative, variaia relativ a amplificrii circuitului cu reacie scade de F ori fa de variaia relativ a amplificrii circuitului fr reacie, deci amplificarea circuitului cu reacie este de F ori mai puin sensibil la diferitele perturbaii dect amplificarea circuitului fr reacie (de aici i denumirea de factor de desensibilizare pentru parametrul F). Modificarea benzii de frecven i a rezistenelor de intrare i de ieire ale amplificatorului.Aplicarea unei reacii negative unui circuit de amplificare duce la creterea benzii de frecven. Astfel, frecvena superioar a amplificatorului crete de (1+T) ori:

(7)

iar frecvena inferioar a amplificatorului scade de (1+T) ori:

(8)

unde T reprezint transmisia pe bucl a circuitului cu reacie, fs i fj, frecvena superioar, respectiv inferioar a amplificatorului de baz, iar fs* i fj* frecvena superioar, respectiv inferioar a amplificatorului cu reacie.

Introducerea unei reacii negative duce i la modificarea rezistenelor de intrare i de ieire ale amplificatorului. Modificarea acestora depinde de topologia de reacie adoptat i se manifest n sensul transformrii amplificatorului cu reacie ntr-un amplificator ideal (cu factorul de amplificare independent de circuitul extern amplificatorului). Astfel, dac amplificatorul de baz i reeaua de reacie sunt conectate n serie, la intrare sau la ieire, atunci rezistena, de intrare, respectiv de ieire a amplificatorului cu reacie crete de (1+T) ori:

(9)

Dac amplificatorul de baz i reeaua de reacie sunt conectate n paralel, la intrare sau la ieire, atunci rezistena, de intrare, respectiv de ieire, a amplificatorului cu reacie, scade de (1+T) ori:

(10)

unde R* reprezint rezistena (de intrare sau de ieire) a amplificatorului cu reacie, iar R reprezint rezistena (de intrare sau de ieire) a amplificatorului de baz.

Reducerea distorsiunilor neliniare i a influenei semnalelor paraziteDistorsiunile neliniare sunt determinate de caracteristicile de transfer neliniare ale dispozitivelor electronice. Introducerea unei reacii negative duce la micorarea pantei caracteristicilor de transfer i a factorului de amplificare. Este de ateptat ca, pe baza desensibilizrii amplificatorului cu reacie, caracteristica de transfer a amplificatorului cu reacie s rezulte mai liniar, situaie sugerat grafic n Figura 2. Se observ c regiunile de saturaie, unde a3=0, nu pot fi liniarizate prin reacie deoarece amplificatorul cu reacie se satureaz. Reducerea distorsiunilor neliniare se realizeaz din punct de vedere fizic printr-o predistorsionare a semnalului la intrarea amplificatorului de baz care, la rndul su, continu s distorsioneze semnalul chiar i n prezena reaciei negative (i pstreaz caracteristica de transfer neliniar). Forma de und este astfel modificat, nct la ieirea amplificatorului de baz aceasta s reapar n forma sa original (de la ieirea generatorului de semnal).Reacia negativ poate mbunti i raportul semnal-zgomot cu condiia ca zgomotul s nu fie introdus n acelai punct cu semnalul util. Practic, acest lucru se realizeaz dac amplificatorul de baz se compune din cel puin dou blocuri de amplificare, iar cel asupra cruia se aplic semnalul util (generatorul de semnal) este un etaj imun la perturbaii (realizat, de exemplu, cu tranzistoare sau cu amplificatoare operaionale cu un raport semnal-zgomot foarte mare), aa cum se prezint i n schema bloc din Figura 3.

Figura 2. Liniarizarea caracteristicilor de transfer prin intermediul reaciei negative.

Figura 3. Reducerea influenei semnalelor parazite prin intermediul reaciei negative.

Semnalul parazit Xn poate reprezenta zgomotul din reeaua de alimentare (brum-ul), care provine din filtrarea imperfect a tensiunii de alimentare (obinut prin redresare). n plus, valoarea amplificrii primului bloc de amplificare se alege astfel nct s compenseze reducerea amplificrii datorate prezenei reaciei negative. Pentru aceasta, a1 trebuie s respecte relaia:

(11)

Se poate demonstra c raportul semnal-zgomot de la ieirea amplificatorului cu reacie este de a1 ori mai bun dect raportul semnal-zgomot de la ieirea amplificatorului fr reacie.

(12)

Deci, introducerea unei reacii negative determin o serie de mbuntiri ale performanelor amplificatorului. Singurul dezavantaj const n reducerea factorului de amplificare, problem care se poate remedia prin introducerea n circuit a unor blocuri suplimentare de amplificare.

3. Rezultate obinute n simularE3.1. Analiza Bias Point Detail

Din analiza Bias Point Detail se verfica polarizarea tranzistoarelor in simulare precum si valorile tensinii de intrare si valoarea curentului de iesire .Vbe1=1.82-1.157= 0.663VVbe2=1.82-1.157= 0.663VVbe3=1.82-1.157= 0.663VSe observa ca tranzistorii sunt polarizati , se deschid la 0.6 V si nu intra in taiere .

3.2.Rezultate obinute:

1.Graficul pentru tensiunea de la intrare si pentru curentul de iesire.Vo si Io sunt in faza demonstrand si in simulare ca a*f>0.

2.Valoarea obtinuta din simulare pentru curentul de iesire Io=60uA.

3. Valoarea obtinuta din simulare pentru tensiune de intrare V=2mV. Din analiza Trasient se calculeaza amplificarea: Ay= (valoare ceruta de datele proiectului)

4. realizarea practicProiectare cablaj

Banda de Frecventa :

Cu ajutorul analizei Transient se poate vedea banda de frecventa a amplificatorului cuprinsa intre 10Hz 10 MHZ. Banda de frecventa a amplificatorului are valoare mult mai mare in simulare .

n faza de realizare practic, s-au urmarit urmtoarele sub-etape: Realizare pe macheta de ncercri ,cand se verific respectarea cerinelor de proiectare (PSF, amplificare, band, etc.), Proiectare cablaj PCB in ORCAD: Editare schema in Capture :

Crearea fiierului netlist

Editarea cablajului (utiliznd programul Layout) si printarea acestuia

Dupa imprimarea cablajului se traseaza acesta pe placuta si se pune la corodat . Se va lipi etaj cu etaj pe placa verificandu-se, de fiecare data polarizarea tranzistoarelor si semnalul de la intrare si de la iesire .In final, se lipesc toate componentele si se verifica,pe etaje , daca sunt indeplinite toate cerintele si daca sunt verificate calculele si simularea. 5.concluzii

In urma realizarii proiectului s-a putut vedea ca pentru un amplificator transconductanta ce folosete etajele : sarcina distribuita cu iesire din emitor este necesara utilizarea a tranzistoare ,3 etaje,astefel incat a*f>0 (conditie necesara pentru ca amplificatorul sa nu devina oscilator)Se observa in urma simularilor ca un amplificator echipat cu reacie negativa este mai stabil, distorsioneaz mai puin semnalul de intrare i, n general, este capabil de amplificarea unor frecvene mai largi. Dezavantajul este un factor de amplificare mai sczut.Reactie negativa deterimna ca o parte din semnalul de iesire sa scada ( in antifaza) fata de semnalul de intrare. Aplicarea unei reactii negative la un amplificator duce la SCADEREA amplificarii dar largirea benzii amplificatorului, cresterea liniaritatii, imbunatatirea performantelor.Bibliografie[1] Praoveanu I., Jipa D., Simion S., Dispozitive i circuite electronice, Ed. ATM, 2000.

[2] Dascalu, D. , Dispozitive si circuite electronice, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982.

[3] Munteanu D., ndrumar de laborator. Noiuni de PSPICE, rev. 2003.

[4] Tony R ,Introducere n circuite electrice i electronice.Vol3Electronica analogical

[5] Siteul www.circuiteelectrice.ro .