13. AMPLIFICATOARE LOGARITMICE

Transcript

1 MPLIFICTORE LOGRITMICE Sut FI cu amlfcarea varablă autmat ş stataeu, astfel îcât ître semalul de trare ş cel de eşre să exste deedeţă lgartmcă (amlfcarea varază vers rrţal cu amltudea semalulu de trare) Preztă teres îdeseb etru cazul î care semalul de trare (semalul receţat) are u dmeu de varaţe farte mare teza de reacţe este mult ma buă decât la schemele de reglare autmată stataee a amlfcăr de t RI Reglarea utmată Istataee a mlfcăr (care sut scheme de t îa : cstată dacă e rău la eşre ş a reglează etaje(le) d faţă) durata rceselr traztr fd mult ma mcă î cmaraţe cu durata mulsurlr relucrate Ctrlul amlfcăr este ecesar î stuaţle î care recetrul lucrează cu semale de trare ale cărr vele (amltud) t vara î lmte larg Î acest caz exstă erclul saturăr amlfcatrulu atuc câd velul semalulu de trare este mare ltfel sus, etru a se bţe u vel al semalulu de eşre quascstat (ractc ître şte lmte rezable), amlfcarea etajulu trebue să fe vers rrţală cu velul semalulu de trare: ~ Caracterstca de amlfcare ( ) a uu astfel de amlfcatr are alura cele d fgura a (amlfcare mare a semalelr de trare mc ş amlfcare mcă a semalelr de trare mar) a) b) Fg : Caracterstcle amlfcatarelr lgartmce a) Caracterstcă de amlfcare; b) Caracterstcă (lgartmcă) de trasfer Cum, r defţe, amlfcarea este d d, se bţe succesv: d K ~ K l( ), () d ude K este cstată de rrţaltate Presuuâd cuscută valarea amlfcăr îtr-u uct al caracterstc ( ( ) ), se ate determa cstata K, duă cum urmează: Î cfrmtate cu fgura a: : ( ) K l K () l( ) U astfel de amlfcatr se ate bţe cu ajutrul mtajelr lgartmce atlgartmce (exeţale), de exemlu cu amlfcatare eraţale (O) ca elemet actv Î fgura a uu astfel de amlfcatr b se reztă caracterstca de trasfer ( ) m

2 Evdet, u astfel de amlfcatr asgură deedeţă lgartmcă la eşre e îtreaga gamă de varaţe a semalulu de trare Î staţle de radlcaţe mmuls (cu relucrare aralelă a semalulu) sut larg utlzate amlfcatarele lar-lgartmce (sau seud-lgartmce) Fucţarea lr se bazează e: araţa autmată a sarc î fucţe de amltudea a semalulu de trare; Detecţa succesvă (de t aralel sau sere) urmată de sumarea semalelr de la eşrle fecăru etaj de amlfcare d cmeţa FI Practc, această sluţe exlatează rretatea lgartmlr de a creşte î rgrese artmetcă atuc câd argumeţ lr cresc î rgrese gemetrcă x ( ) lg( x) ( ) Î cazul amlfcatarelr lar-lgartmce, deedeţa lgartmcă ître semalul de eşre ş cel de trare are lc îceâd cu u vel restablt al semalulu de eşre (valarea de rag), sub care caracterstca de trasfer este lară, grafcele acestra fd rezetate î fgura a ş b Practc, aceste caracterstc le arxmează e cele d fgura a,b, avâd alura curbelr d fgura c,d m m a) b) c) d) Fg : Caracterstcle FI lar-lgartmce a) Caractrstca teretcă de trasfer; b) Caracterstca teretcă de amlfcare; c) Caracterstca reală (larzată e rţu) de trasfer; d) Caracterstca reală (larzată e rţu) de amlfcare Petru amlfcatrul lar-lgartmc, exresa tesu de eşre fucţe de semalul de trare se ate deduce î mdul următr: d K ~ K l( ) + K, () d ude K este cstata de rrţaltate ş K cstata de tegrare Presuuâd cuscute valrle amlfcăr ş a amltud semalulu de trare m cresuzătare (fguraa) ş ţâd ct că e fecare rţue larzată a caracterstc de trasfer fucţarea este lară, rezultă valarea cstate de rrţaltate: K m rag

3 K se determă î acelaş uct, îlcudu-l e K î (): ( ) K l + K m K l K m m { rag m Cu acestea, exresa tesu de eşre deve: K l + K l + l ( ) ( l( ) m ( ) ( ) ( ( ) m () + l m m Î ccluze, caracterstca de trasfer este lgartmcă, de tul K l K K () ( ) m + FI LOGRITMIC, CU RIŢI SRCINII O schemă de rcu a uu astfel de dsztv este rezetată î fgura + CC R f Se ate bserva crcutul sclat LC acrdat e frecveţa (termedară) f ş dvzrul rezstv frmat d rezsteţele R f, R ş R, care stableşte valarea de rag a tesu de eşre: R R CC R f + R + R C L tuc câd >, dda D tră î cducţe, şutâd f eşre C s D astfel sarca FI (dearece la de almetare, CC, este la masă î ca) Rezultă că amlfcarea etajulu se va mcşra R La fecare etaj FI cu amlfcarea ctrlată astfel se alege ragul ecesar, bţâdu-se astfel caracterstca de amlfcare de t lgartmc Fg are îsă ş dezavatajul mărr bez amlfcatrulu FI cu varaţa sarc (feme edrt), datrtă elmăr d schemă a crcutulu acrdat (sau cel uţ a mcşrăr flueţe sale) FI LOGRITMIC DE TIP PRLEL Este frmat d caale î aralel, fecare dtre ele cţâd dferte umere (dar fără a-l deăş e ) de etaje FI, duă cum se reztă î fgura FI FI FI Det m m m m FI FI FI - Reţere Det Σ FI Reţere Reţere Det Fg Schema blc a uu FI lgartmc de t aralel Dacă < m, tate caalele FI lucrează rmal Csderâd că fecare FI este caracterzat de amlfcarea, tesuea de eşre este:

4 ( ) ( ) (6) Cum etajele FI au amlfcare mare, se ate csdera >>, astfel că exresa tesu de eşre se ate arxma r: (7) FI lucrează lar, î za a caracterstc de trasfer rezetată î fgura Dacă > m, atuc caalul este saturat la velul m, î tm ce restul lucrează rmal (za I e caracterstca de trasfer d fgura ) Tesuea de eşre ttal se măreşte î ctuare (fresc, dearece se măreşte ş semalul de trare este velul m ), dar fucţarea amlfcatrulu u ma este lară (ata caracterstc de trasfer se mcşrează) Practc, tesuea de eşre se măreşte este uma r ctrbuţle ultmelr l de amlfcare, rma fd saturată la velul (de rag) m I II III Fg Caracterstca de trasfer a uu FI lgartmc de t aralel Dacă >> m, atuc ma multe caale sut saturate la velele m, m,, î tm ce restul lucrează rmal (zele II, III,, e caracterstca de trasfer d fgura ) Celulele de reţere dau îtârzerea fecăru etaj FI, astfel îcât la trarea crcutulu sumatr Σ, tate semalele (de eşre ale caalelr) să fe scrzate î tm De asemeea, dacă FI elemetare sut defazare, atuc uele d celulele de reţere trebue să ş defazeze, astfel îcât la trarea sumatrulu semalele să fe î fază De ac rezultă că etru realzarea ur amlfcatare (seud)lgartmce cele ma dcate FI elemetare sut cele eversare Schema reztă dezavatajulu umărulu mare de FI elemetare ecesare (cel mult ( + ) ), astfel că asgurarea dettăţlr caracterstclr lr este rblemă De asemeea, stabltăţle uu umăr atât de mare de amlfcatare t crea rbleme dfcle î fucţarea scheme glbale D acest mtv sut referable schemele de FI lgartmce de t sere, ce vr f rezetate î cele ce urmează FI LOGRITMIC DE TIP SERIE FI FI FI Det Det Det C R L C L C L C R Reţere Reţere Reţere Fg 6 Schema blc a uu FI lgartmc de t sere

5 Duă cum se ate vedea î schema blc d fgura 6, u FI lar-lgartmc de t sere este alcătut d etaje FI (elemetare) ş celule de reţere cestea au acelaş rl ca ş î cazul FI lgartmc aralel: să asgure scrzarea î tm a semalelr ce se sumează la eşre Dacă tate FI elemetare sut eversare, atuc celulele de reţere trebue să cmeseze îtârzerea semalulu de către fecare etaj î arte (tmul de ragare a semalulu de la trarea la eşrea uu etaj FI elemetar) Evdet, caracterstcle acestr crcute de îtârzere ded de sluţa cstructvă aleasă etru FI elemetare (de radtatea cu care se ragă semalul de la trarea la eşrea acestra) Fucţarea este următarea: Dacă < m, atuc : tate cele FI lucrează î regm lar za a caracterstc de trasfer d fgura 7 ar semalul de eşre se frmează ca sumă a tuturr celr eşr ale FI elemetare, adcă exresa sa va f (6), ce ate f arxmată cu (7), dacă >>, aşa cum s-a resuus la screrea relaţe de ma sus; Dacă m, atuc m, ultmul FI lucrâd î regm saturat Dacă > m, atuc + < m m, rmele etaje lucrâd î regm rmal (lar) ş ultmul î regm saturat (î za I a caracterstc de trasfer d fgura 7); Dacă >> m, atuc + < m, rmele etaje lucrâd rmal ş ultmele î regm saturat (î zele II, III, ale caracterstc de trasfer d fgura 7) α α α I II III t I II III a) b) Fg 7: Cracterstcle FI lar-lgartmc de t sere a) Caracterstca de trasfer; b) Caracterstca de amlfcare

6 m m + + m Î za caracterstca are ata: S ta( α ) Î za I: (8) etaj saturat rmele etaje, esaturate Dar >>, astfel că >> >> >>, de ude rezultă că se t eglja ctrbuţle rmelr etaje î exresa tesu de eşre +, ude < < I I I Î md aalg, etru < < II (za II e caracterstca de trasfer semalul de trare varază î za II, delmtată de ragurle ş ), ultmele duă etaje sut saturate la velul ar restul lucrează î regm lar m + II II Î geeral, etru semalul de trare vard ître ragurle cresuzătare ze : < < ( ), ultmele etaje sut saturate, rmele lucrâd î regm lar ( ) + ( ) (9) Se ue îtrebarea dacă exresa ( ) + îş ma ăstrează caracterul ( ) ( ) lgartmc Petru a răsude la această îtrebare, se va bserva că etru a satura ultmele etaje trebue ca: ( ) :, ceea ce este echvalet cu: m { ( ragul) l m l l( ) m Î ccluze: l m ( ) + ( ) m + ( ) ( ) l m () m l + l( ) : K ( ) { l K { + K { l m m m l( ) m dcă ître semalul de trare ş cel de eşre exstă deedeţă lgartmcă GM DINMICĂ Pr gama damcă se îţelege rartul ître valarea cea ma mare ş cea ma mcă a semalulu, care asgură fucţarea crectă a dsztvulu resectv Î cazul FI lgartmc, se ate vrb desre gama damcă a semalulu de trare ş a celu de eşre

7 M a) Gama damcă a semalulu de trare: m Dar, ţâd ct de artculartăţle de fucţare a FI lgartmc: m este ragul este care fucţarea amlfcatrulu deve lgartmcă (î structura sa exstă u etaj saturat resectv ultmul); M este ragul este care se saturează ş ultmul etaj cu fucţare lară resectv rmul M Rezultă că: m () m Petru 6 etaje detce cu, rezultă: m lg( ) db, valare farte buă M b) Gama damcă a semalulu de eşre: Smlar cu cele reczate desre semalul de trare, se ate sue că: este ragul de saturare a uu etaj; M este ragul care saturează tate etajele M Rezultă că: () Petru 6 etaje detce cu, rezultă: lg( 6) 6dB Observaţ Se bservă că << m (gama damcă la eşre este mult ma mcă î cmaraţe cu gama damcă la trare) Cu cât rartul are valare ma arată de zer, cu atât m caltatea amlfcatrulu lgartmc este ma buă Î deftv, valarea deală a game damce la eşrea uu regulatr autmat al amlfcăr (R) este, adcă velul semalulu de eşre este cstat, rcare ar f valarea semalulu de trare Evdet că aşa ceva este msbl de realzat ractc, dar se ate bţe arxmare cel uţ satsfăcătare, de exemlu cu ajutrul amlfcatarelr lar-lgartmce Cum amlfcarea FI elemetare este mare (î geeral ), rezultă că exresle (8), (9) se t fls ş la studul amlfcatarelr lgartmce de t aralel D fgurle ş 6 se ate bserva că î cazul utlzăr ca dsztv de R a amlfcatrulu lgartmc, sumarea se face duă relucrarea cmletă a semalulu (detecţe ş amlfcare fală): semalul de la eşrea fecăru FI elemetar (sau caal de FI elemetare la amlfcatrul aralel) este trecut r crcutele de detecţe ş amlfcat (blcurle Det Detecţe ş mlfcatr vde î fgurle ş 6) cest t de sluţe etru R u este sblă decât etru amlfcatarele de mulsur, la care saturarea uua dtre etaje u afectează frma semalulu de eşre Practc, î acest caz amlfcatrul lar-lgartmc u realzează altceva decât extese a dmeulu tesu de eşre de la la, mărd astfel substaţal gama damcă la trare 7

8 PLICŢII Se csderă u amlfcatr lgartmc de t sere frmat d amlfcatare cţe următarele ragur elemetare detce Caracterstca sa de trasfer ( ) (de frâgere ): ( μ ;), ( m; ), ut ut ut ( m; ) ut Nvelul maxm admsbl al tesu de eşre este ut max Să se determe valarea amlfcăr fecăru etaj, velul maxm al semalulu de trare, gama damcă a amlfcatrulu lgartmc ş să se reczeze velul eşr ş etajele d laţul de amlfcare care sut saturate dacă la trare se alcă semalele: m, a m Rezlvare Csderâd că amlfcatrul lgartmc are caracterstca de trasfer d fgura 8 (de tul cele d fgura 7), rezultă că e za tate amlfcatarele d structură lucrează lar, ar d datele rbleme se deduce că μ ş sut crdatele uctulu P Rezultă că amlfcarea maxmă este: G μ Etajele fd detce, rezultă că amlfcarea fecărua se determă medat: G ut max P P P α α I II III Fg 8 Caracterstca de trasfer a uu FI lgartmc de t sere cu etaje max Pe za I a caracterstc, rmele etaje lucrează lar, ar ultmul e saturat Rezultă că: + + m 6 P ( m;6) Pe za II a caracterstc, rmele etaje lucrează lar, ar ultmele duă sut saturate Rezultă că: m 9 P ( m;9) Pe za III a caracterstc, rmul etaj lucrează lar, ar ultmele tre sut saturate Fucţarea î acest md de lucru are lc etru u semal de trare care u saturează eşrea Petru a determa valarea a semalulu de trare, se mue cdţa ( ) max max max ( este velul trăr care aduce eşrea la velul maxm max admsbl) Deedeţa ( ) e za III este: max ( III) + ( III) max 8 6m

9 Gama damcă la trare: max max 6m m ; m db lg( m) 6 + lg( ) 66dB μ m Gama damcă la eşre: max ; db lg( ) lg( ) db Răsusurle amlfcatrulu la exctaţle date se bţ medat, bservâd că m se află î za II de fucţare, ar m î za III Rezultă: m m 8, m m 9, cest exemlu umerc ate f lustratv etru fucţarea uu sstem de R: dublăr semalulu de trare (adcă ue varaţ relatve de %), sstemul î răsude cu varaţe relatvă a velulu eşr de,8% Observaţe: mlfcatrul lgartmc studat u este tcma judcs rectat, dearece lăţmea ze III este mult rea mare (î cmaraţe cu zele,i ş II) Î afară de aceasta, se ate bserva că î zele,i ş II varaţa amlfcăr este lgartmcă, îtrucât trarea varază î,m,m,m Obs: cu raţa, egală cu amlfcarea rgrese gemetrcă ( ) elemetară ar eşrea varază î rgrese artmetcă (,6,9) Obs: cu raţa, egală cu Se şte că astfel de deedeţă ître eşre ş trare este de t lgartmc Per ttal îsă acest caracter al deedeţe este erdut datrtă fatulu că valrle secfce caătulu ze III u resectă deedeţele amtte ma sus (Şrurle (,m,m,m,6m) ş (,6,9,) u sut rgres gemetrcă, resectve artmetcă), dec acest amlfcatr este dar lgartmc, u lgartmc S-ar utea rue crecţe, î sesul adăugăr uu etaj sulmetar (amlfcatrul să fe cu etaje elemetare), care să acere tcma ragul care lseşte d secveţa de eşre, Cu ragurle semalulu de eşre (,6,9,,), se t recalcula medat ragurle, resectv crdatele uctelr de frâgere a caracterstc de trasfer a amlfcatrulu îmbuătăţt: P ( μ ;), P ( μ ;6), P ( m;9), P ( m;) Nvelul maxm al eşr deve î acest caz: max m Dmeul de lucru al amlfcatrulu rerectat este: la trare: μ,,m la eşre:,,, ar gama damcă la trare se îmbuătăţeşte: max m m ; m db lg( m) 8dB μ m Gama damcă la eşre u se mdfcă r această eraţue Răsusurle amlfcatrulu rerectat la exctaţle date: m m, 9

10 m + + m, araţa relatvă a velulu eşr este de 8,7%; evdet amlfcatrul lgartmc rectat crect se cmrtă ma be (d uctul de vedere al R) decât uul rectat greşt vâd la dszţe 6 amlfcatare elemetare detce, cu amlfcarea, să se recteze u FI (seud)lgartmc de t sere cstrut cu acestea, astfel îcât dmeul de varaţe al (amltud) tesu de eşre să fe,, Pr rectare se îţelege determarea ragurlr semalulu de trare ş ale semalulu de eşre (uctele de frâgere ale caracterstc de trasfer) Rezlvare Caracterstca de trasfer trebue să fe de tul cele d fgura 8, dar cu 6 dme ale semalulu de trare (ş al celu de eşre) Cresuzătr acestra, se scru relaţle: Dmeul : < (tate cele 6 FI lucrează î regm lar) Prmul uct de frâgere este caracterzat de: : Dmeul I: < < + (rmele FI lucrează î regm lar, ultmul fd saturat) l dlea uct de frâgere este caracterzat de: + Dmeul II: < < + (rmele FI lucrează î regm lar, ultmele duă fd saturate) l trelea uct de frâgere este caracterzat de: + Dmeul III: < < + (rmele FI lucrează î regm lar, ultmele tre fd saturate) l atrulea uct de frâgere este caracterzat de: + Dmeul I: < < + (rmele FI lucrează î regm lar, ultmele atru fd saturate) l atrulea uct de frâgere este caracterzat de: + Dmeul : < < + (rmele FI lucrează î regm lar, ultmele cc fd saturate) l cclea uct de frâgere ar f caracterzat de: + 6 Cum 6 (adcă î dmeul u sgur FI (rmul) lucrează lar, restul fd saturate), ;6 cresude saturăr tuturr celr 6 etaje cmete ale rezultă că uctul ( ) amlfcatrulu lgartmc, adcă etru > semalul de la eşre deve dstrsat (lmtat) Imuâd cdţa ca saturarea rmulu etaj să se rducă atuc câd semalul (tesuea) de eşre atge velul maxm admsbl: max, rezultă că dmeul de varaţe al tesu de trare este:,, Numerc, etru 6 ş, rezultă succesv: 6 max

11 Dmeul : μ Prmul uct de frâgere este: ( ;) Dmeul I: 6 6 P μ + l dlea uct de frâgere este: ( ;8) Dmeul II: P μ + l trelea uct de frâgere este P ( μ ;) Dmeul III: + l atrulea uct de frâgere este P ( m;6) Dmeul I: + m l cclea uct de frâgere este P ( m; ) μ,m m Dmeul : 6, + l şaselea uct de frâgere (de fat uctul termus al caracterstc de trasfer) este P ( m; ) Î fgura 9 s-a rerezetat grafc caracterstca de trasfer a amlfcatrulu lgartmc rectat Petru a utea f vzualzate tate ragurle, s-au flst scăr lgartmce e ambele y lg y : lg ) axe (adcă de fat s-a rerezetat caracterstca y ( ( )), ude s-a tat ( ) cest artfcu a echdstaţat ragurle e axa abscselr, cu reţul erder echdstaţărlr e axa rdatelr Dacă se flsea scara lgartmcă uma e axa abscselr, caracterstca de trasfer ar f rezultat lară Evdet, e axe s-au tat valrle reale ale crdatelr ragurlr ş u lgartm lr ut (lg( ut )) ut 6 8 P P P P P P μ I II III μ,m Fg 9 Caracterstca de trasfer a uu FI lgartmc de t sere cu 6 etaje I m m m (lg( ))

12 Se t determa ş gamele damce ale amlfcatrulu lgartmc, bţâdu-se medat valrle: m db (gama damcă la trare) ş 6dB (gama damcă la eşre) Să se determe umărul amlfcatarelr elemetare cu amlfcarea d structura uu amlfcatr lgartmc de t sere caracterzat de tesuea de rag ş velul maxm al eşr max Să se determe crdatele uctelr de frâgere a caracterstc de trasfer, dmeul de varaţe a semalulu de trare ş gama damcă Rezlvare Caracterstca de trasfer a amlfcatrulu lgartmc este de tul cele d fgura 8 sau 9, dec rmul uct de frâgere este P ( ; ) P ( ;) Petru ca deedeţa ( ) să fe lgartmcă, rezultă că e această caracterstcă trebue să ma exste următarele ragur: P ( ; ) P ( ;), P ( ; ) P ( ;6) ş P ( ; ) P ( ;8), uctul termal al e fd P ( ; ) P ( ;) Este max evdet că aceste ragur determă dme de lucru, dec î structura sa trebue să se flsească amlfcatare elemetare Î csecţă, amlfcarea maxmă este G Cum î dmeul tate amlfcatarele d structură lucrează î regm lar, rezultă rmul rag al semalulu de trare: 6 G μ G 8 8 Pe za I a caracterstc, rmele etaje lucrează lar, ar ultmul e saturat Rezultă că: + μ P μ; Pragurle P ş P t f determate rcedâd la fel ca î alcaţle aterare, dar exstă ş metdă ma smlă, ce cstă î exlatarea bservaţe că abscsele ragurlr frmează rgrese gemetrcă cu raţa Evdet că ş uctul P utea f determat astfel Evetual se ate verfca dacă P a fst calculat crect: μ 8 ; crect μ 8 Rezultă ragurle P ş P : μ μ P ( μ;6) ; μ m P ( m;8) Nvelul maxm al semalulu de trare este: m m P ( m;) max Evdet, P este uctul termal al caracterstc de trasfer