W7 18 Podst konfig wzmacn tranz [tryb zgodnoÅ ci] · &kdudnwhu\vw\nd dpsolwxgrzd z]pdfqldf]d 5&...

$: W7 18 Podst konfig wzmacn tranz [tryb zgodnoÅ ci] · &kdudnwhu\vw\nd dpsolwxgrzd z]pdfqldf]d 5& su]\pdá\fki±vsdghnn x qdvnxwhnz]urvwxuhdnwdqfmlnrqghqvdwruyzzxnádg]lhz]pdfqldf]d$
1

Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy

tranzystorowych

Politechnika Wrocławska

Wydział Elektroniki, Katedra K4

Wrocław 2018

Politechnika WrocławskaWydział Elektroniki, Katedra K4

Klasyfikacja wzmacniaczy

-- lampowe

-- tranzystorowe

Ze względu na zastosowany element sterowany:


-- prądu stałego,-- małej częstotliwości (m.cz.),-- wielkiej częstotliwości (w.cz.).

Ze względu na zakres częstotliwości wzmacnianych sygnałów:

1Hz10Hz

100Hz1kHz

10kHz100kHz

1MHz10MHz

100MHz1GHz

10GHz f

wzm

ocni

enie stałoprądowe

m. cz.w. cz.

-- selektywne ( fgórna / fdolna 1),-- szerokopasmowe ( fgórna / fdolna >> 1).


2


-- o sprzężeniu pojemnościowym (RC),

-- o sprzężeniu transformatorowym,

-- o sprzężeniu bezpośrednim (galwanicznym).

Ze względu na rodzaj sprzężenia między wzmacniaczem a obciążeniem lub kolejnym stopniem wzmacniacza:

wzmacniane sygnały zmienne (napięcie stałe nie przedostaje się na następny stopień), np.

wzmacniacze akustyczne

wzmacniane sygnały zmienne i stałe zastosowanie we wzmacniaczach

prądu stałego



-- klasa A (p.p. na liniowej części ch-yki a amplituda sygnału wej. na tyle mała,że przez cały okres sygnały wej. tranzystor przewodzi prąd – stan aktywny),

-- klasa B (p.p. tak dobrany, że tranzystor przewodzi prąd tylko przez połowęokresu – przez drugą połowę jest zatkany),

-- klasa AB (tranzystor przewodzi przez większość część okresu sygnału wej.),

-- klasa C (tranzystor przewodzi przez mniejszą część okresu sygnału wej.).

Ze względu na położeniu p.p. na ch-yce tranzystora oraz amplitudy sygnału wejściowego (podział głównie wzmacniaczy mocy):


Wzmacniacze tranzystorowe Tranzystor w układzie wzmacniacza:- źródło sygnału i obciążenie dołączone do tranzystora przez obwody sprzęgające,

- moc wyjściowa większa niż sygnału sterującego.

- ustalony p.p. dostosowany do amplitudy wzmacnianego sygnału,

- sygnał wyjściowy powinien być niezniekształcony,


3

WK WBWEPodstawowe konfiguracje wzmacniaczy

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

WD WGWSRLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

RL

EG~

RG

RS

+ ED

C2RG1

WY

C1

RG2

WE

CS

RD

RLEG~

RG

RS

+ ED

C2

RG1

WY

C1

RG2

WE

RL

RS

+ ED

C2RG1

WY

RG2CG

RD

EG~

RG

WEC1


Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza RC

][dB

ku

0uk

[log]

f

dB3

df gf

zakres częstotliowsci

010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże



Wzmacniacze RC stosuje się do wzmacniania sygnałów o szerokim widmieczęstotliwości, np. sygnały akustyczne (stosunek częstotliwości górnej do dolnejwynosi 1000).

Przy tak szerokim zakresie f inne zjawiska wpływają na przebieg charakterystykiprzy małych a inne przy dużych częstotliwościach. Konieczne jest zatem badaniewłaściwości wzmacniacza oddzielnie w różnych zakresach częstotliwości.


4


przy małych f – spadek ku na skutek wzrostu reaktancji kondensatorów w układzie wzmacniacza,

Wpływ na kształt charakterystyki wzmacniacza mają:

przy dużych f – spadek ku na skutek spadku wzmocnienia samego tranzystora (wpływ pojemnościmiędzyelektrodowych) oraz wpływ pojemności pasożytniczych wzmacniacza,

przy średnich f – ku = const, elementy reaktancyjne nie mają wpływu na wartość wzmocnieniaa schemat wzmacniacza opisywany jest jedynie parametrami rzeczywistymi.

][dB

ku

0uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


Decybelowe wzmocnienie mocy(decibel power gain)




5



Decybelowe wzmocnienie napięciowe(decibel voltage gain)


Decybelowe wzmocnienie napięciowe(decibel voltage gain)


6

Wzmocnienie wzmacniacza(W/W V/V)


Zakres średnich częstotliwości

][dB

ku

0uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


Zakres średnich częstotliwościParametry robocze wzmacniacza

Konfiguracja WE – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

M O D E L

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

Eg~

RG

RE

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C


7

beb

beweT r

i

ur

rweT

T

CQm

Ig

m

be

gg

CEQEY

CQce UU

Ig

rwyT

cec

cewy r

i

ur

rwe

berR

be

R

BBwe

wewe rrRR

i

ur

beB

B

|||| 21

rwy

CRr

Ccewy

wywy RRr

i

ur

Cce ||


Konfiguracja WE – rezystancja wej. i wyj.

iliwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib

ube uce

iwy


kusk

Gwe

weceCL

uu Rr

r

um

rRR

obcg

be

k

be

c

c

wy

g

wyusk gR

e

u

u

i

i

u

e

uk

||

u - napięciowy współczynnik wykorzystania obwodu wejściowego wzmacniacza


Konfiguracja WE – skuteczne wzmocnienie napięciowe

T

CQm

Ig

m

be

gg

CEQEY

CQce UU

Ig

iliwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib

ube uce

iwy


kisk

i - prądowy współczynnik wykorzystania obwodu wejściowego wzmacniacza

i

L

weui

ii

weG

G

R

rkk

beB

B

Lwy

wy

g

we

k

we

b

b

c

c

l

g

lisk rR

R

rR

R

Rr

r

i

i

i

i

i

i

i

i

i

ik

Zakres średnich częstotliwościParametry robocze wzmacniaczaKonfiguracja WE – skuteczne wzmocnienie prądowe

T

CQm

Ig

m

be

gg

CEQEY

CQce UU

Ig

iliwe icWE

RLRCgbe gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

IG RG

ig

b

bem

i

ug


8


Konfiguracja WE ze SZ prądowym

Wskutek nieliniowości ch-yki przejściowej tranzystora pojawiają się zniekształcenia sygnałuwyjściowego. Miarą tych zniekształceń jest współczynnik zawartości harmonicznych

%100%100___

__

1

2

2

U

U

sygnalucalegoskutecznawartosc

ychharmonicznskutecznawartosch n

n

Wprowadzenie do układu sprzężenia zwrotnego ujemnego (część sygnału wyjściowego przeciwdziałasygnałowi wejściowemu), powoduje znaczne zmniejszenie wpływu nieliniowości ch-yki i poprawęwarunków działania wzmacniacza.




Sprzężenie zwrotne ujemne - rodzaje

ZobcU2

I2

Uin

If

YgIg

I1 Iin

kU

Z

ZobcU2

I2

Uin

Zg

~

Iin

Eg U1Uf

kU

Z1 Z2

Zobc

I2

Uin

If

YgIg

I1 Iin

kU

Z1

Z2

Zobc

I2

Uin

If

Zg

~

Iin

Eg U1

Uf

kU

Z

N-R

P-R

N-S

P-S




Sprzężenie zwrotne ujemne - właściwości

sprzężenie

parametr N – S P – S N – R P – R

kuskf, kiskf, kpskf

kuf

kif

Zwef

Zwyf


9

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

M O D E L RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C

RE


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – schemat zastępczy


II twierdzenie Millera

U13U23

1 2

3

U1U2

Rx

I2I1

I1+I2

xRIIUU 21131

xRIIUU 21232

1 2

3

U1U2

I2I1 R1 R2

U13 U23

11131 RIUU

22232 RIUU

xix RkRI

IR

11

1

21

xi

x Rk

RI

IR

111

2

12


RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

M O D E L RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C

RE

bII 1 cII 2

EEb

c RRI

IR

111

EEEc

b RRRI

IR

1

112


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C ER1 RE

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C ER1 RE


10

1' Ebeb

ebweT Rr

i

ur

rweT rwyT

cec

cewyT r

i

ur

rwe

weT

R

BBwe

wewe rRR

i

ur

B

|||| 21

rwy

CRr

Ccewy

wywy RRr

i

ur

Cce ||


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – rezystancja wej. i wyj.

T

CQm

Ig

m

be

gg

CEQEY

CQce UU

Ig

ER1 iliwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

B’

ub’e


kusk

Gwe

we

E

C

Em

Cm

wyL

uu Rr

r

u

R

R

Rg

Rg

Ebe

bem

rR

obcg

we

k

we

be

be

c

c

wy

g

wyusk Rr

rgR

e

u

u

u

u

i

i

u

e

uk

1

||1

T

CQm

Ig

m

be

gg


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – skuteczne wzmocnienie napięciowe

CEQEY

CQce UU

Ig

ER1 iliwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

B’

ub’e


kisk

i

L

weui

ii

weG

G

R

rkk

EbeB

B

Lwy

wy

g

we

k

we

b

b

c

c

l

g

lisk rR

R

RrR

R

Rr

r

i

i

i

i

i

i

i

i

i

ik

1

T

CQm

Ig

m

be

gg


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – skuteczne wzmocnienie prądowe

CEQEY

CQce UU

Ig

ER1 iliwe icWE

RLRCgbe gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

B’

ub’e

IG

ig

RG

b

bem

i

ug


11

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RE

M O D E L

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RE

gbe

gmube gce

B

C

E


Konfiguracja WK – schemat zastępczy


RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

M O D E L

RL

EG~

RG

RE

WYWE

RC

geb

E

B

C

ei

– współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w konfiguracji OB

1

E

C

I

I


Konfiguracja WB – schemat zastępczy


ParametrKONFIGURACJA

WE WK WB

Wzmocnienie napięciowe

ku (duże) (duże)

Max wzmocnienie prądowe (RL =0)

ki(duże) (duże)

Rezystancja wejściowa

rwe (średnie) (duże zależy od RL) (małe)

Rezystancja wyjściowa

rwy (duże) (małe zależy od RG) (duże)


Porównanie konfiguracji wzmacniaczy z tranzystorem bipolarnym

obcB RR

obcmRg obcmRg1

1 1

berm

eb gr

1

CR CR

G

mE

R

gR

1


12

ParametrKONFIGURACJA

WS WD WG

Wzmocnienie napięciowe

ku

-gmRobc <=1 gmRobc

Rezystancja wejściowa

Rwe

RGG RGG

Rezystancja wyjściowa

Rwy

RDdsD rRSm

S

Rg

R

1

mS gG 1


Porównanie konfiguracji wzmacniaczy z tranzystorem unipolarnym


Zakres dużych częstotliwościGórna częstotliwość graniczna

][dB

kU

0Uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


W układzie występuje sprzężenie wejścia z wyjściem (poprzez Cbc), aby łatwiej analizować,upraszczamy schemat tworząc schemat unilateralny.Przy tworzeniu schematu unilateralnego korzystamy z I twierdzenia Millera:

Zjawisko zwielokrotniania pojemności (ogólnie amditancji) między wejściem i wyjściem wzmacniacza, w stosunku zależnym od ku


Konfiguracja WE

ili1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbc

cbe

If

X Y


13

I twierdzenie Millera

Z

UUI 21

1

1

11 Z

UI

uk

Z

U

UZ

Z

11

1

21

1 2

3

Z I2I1

U1U2

1 2

3

Z1

I2I1

U1U2Z2

Z

UUI 12

2

2

22 Z

UI

uk

Z

U

UZ

Z1

112

12


Cbc zastępujemy pojemnościami CX i CY równolegle włączonymi do gbe i gce.CX i CY takie by admitancja widziana z zacisków X-E i Y-E była taka sama dla obu schematów

ubcf

X kcjU

ICj 1

1

obcbc

ubc

fY Rcj

kcj

U

ICj

1

12

ili1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbc

cbe

If

X Y

ili1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbe

X Y

CX CY


Konfiguracja WE

ili1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbe

X Y

CX CY


ubcbeXbewe kccCcc 1

Górna częstotliwość graniczna fg wyznaczamy poprzez wyliczenie bieguna funkcji ku(j).

11

1

we

GGwe

u

Gwe

we

wewe

uusk

r

RRcj

k

Rcj

r

cjr

kjk


Konfiguracja WE

01we

GGwe r

RRc

Gweweg Rrc

f

2

1

gf 2

gdzie:

gdzie:


14

udbcbewe kCccc 1


Konfiguracja WE

Wartość górnej częstotliwości granicznej można ograniczać poprzez dodanie do układu dodatkowegokondensatora Cd pomiędzy B a C. Wówczas zastępcza pojemność wejściowa układu:

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

Cd


ili1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ub’e uce

cbe

X Y

CX CY

ER1B’


Konfiguracja WE ze SZ

ubcEbe

bebewe kc

Rr

rcc

1

1

Gweweg Rrc

f

2

1



Konfiguracja WK

ili1 ieWE

RL

EG ~

RG

RE

gbe

gmube

gce

B

C

E

u1

RB1 RB2

C

WY

u2

ib i2

ubeubc uec

cbe

cbc

LEcem

bebcBG

g

RRrg

ccRR

f

2

1


15


Konfiguracja WB

beebEGg crRR

f

2

11

ei

ili1 WE

RL

EG ~

RG

RCgeb

E

B

C

u1

RE

B

WY

u2

ie i2

ueb ucb

cbe cbc

bcCLg cRR

f

2

12

Zazwyczaj stała czasowa obwodu wejściowego jest znacznie mniejsza niż wyjściowego, zatem:

2gg ff

ze względu na małe Cwe (praktycznie nie występuje efekt Millera) układ stosowany głównie dla wysokich f


Zakres małych częstotliwościDolna częstotliwość graniczna

][dB

kU

0Uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


Spadek wzmocnienia przy niskichczęstotliwościach jest skutkiem wzrostureaktancji kondensatorów C1, C2, C3.

Wpływ kondensatorów na ch-ykiczęstotliwościowe bada się przy oddzielnymuwzględnieni każdego z kondensatorów.

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC


Konfiguracja WE


16

Gwe RrCf

11 2

1

Lwy RrCf

22 2

1


Konfiguracja WE

EE

beBg

E

E CR

rRRR

f

2

11

rbe gmube gce RL

CE

RC

RE

IG RG RB

C2C1

rbe

gmube gce RLRCIG RG RB

C2C1

1ER

1EC


Gwe RrCf

11 2

1

Lwy RrCf

22 2

1


Konfiguracja WK

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE


Gwe RrCf

11 2

1

Lwy RrCf

22 2

1


Konfiguracja WB

RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

BBB RC

f2

1


17


maxffd

Wartość dolnej częstotliwości granicznej będzie zależała od wzajemnego usytuowania biegunówskładowych częstotliwości.

Gdy istnieje biegun dominujący, tzn. większy od największego z pozostałych o co najmniej dwieoktawy (4 razy) to fd przyjmuje wartość:

222

21 ...1,1 nd ffff

Gdy wszystkie bieguny nie są od siebie odległe (wzajemne oddalenie mniejsze niż 2 oktawy) tofd przyjmuje wartość:

Gdy bieguny są sobie równe to fd przyjmuje wartość:

12

1

nd

ff

n – ilość biegunów


W7 18 Podst konfig wzmacn tranz [tryb zgodnoÅ ci] · &kdudnwhu\vw\nd dpsolwxgrzd z]pdfqldf]d 5&...

Documents

Transcript of W7 18 Podst konfig wzmacn tranz [tryb zgodnoÅ ci] · &kdudnwhu\vw\nd dpsolwxgrzd z]pdfqldf]d 5&...