CIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE Inginerie Electronică şi Telecomunicaţii, sem. 4. Laurenţiu Frangu

Transcript

1 CIRCUITE ELECTRONICE FUNDAMENTALE Ingnere Electrncă ş Telecmuncaţ, em. 4 Laurenţu Frangu Organzatrce 42 C, 14 S Ore de muncă ndvduală 50 Credte 4 Precedenţe: Tera crcutelr electrce Examnare: teză (e acceptă fae cu frmule), temă de caă, partcpare la emnar Labratr: ete dcplnă eparată Cnultaţ (j, , vner ) Bblgrafe [1] D. Dacălu ş.a. - Dpztve ş crcute electrnce, EDP Bucureşt, 1982 [2] D. Dacălu ş.a. - Dpztve ş crcute electrnce. Prbleme, EDP Bucureşt, 1982 [3] L.Frangu Crcute electrnce. Culegere de prbleme ş lucrăr de labratr, Ed. Academca, Galaţ, [4] D.I. Crecraft, S. Gergely Analg Electrnc, Butterwrth & Henemann, Oxfrd, 2002 Cuprnul curulu: funcţun ş crcute electrnce fundamentale 0. Recaptulare nţun de crcute electrce ş de dpztve electrnce. Cmplemente la curul de dpztve electrnce (mdele de emnal mc) 1. Intrducere. Funcţun de prelucrare a emnalulu ş crcutele electrnce acate 2. Amplfcatare electrnce 3. Reacţa 4. Oclatare 5. Redreare 6. Stablzatare de tenune 7. Mdulatare ş demdulatare Cunştnţe anterare neceare: - Tera crcutelr electrce (teremele lu Krchhff, teremele generatarelr echvalente, rezlvarea crcutelr lnare, decrerea prn parametr de cuadrpl, regmul permanent nudal al crcutelr electrce); - Dpztve electrnce (famlle de caractertc care decru funcţnarea dpztvelr, mdele de emnal mare ş de emnal mc, determnarea p..f. pentru un crcut mplu, analza unu etaj de amplfcare cu un tranztr); - Semnale ş teme (pectrul unu emnal perdc, analza pectrală pentru un emnal neperdc). 0.1 Teremele Krchhff, teremele generatrulu echvalent de tenune ş de curent, reprezentarea crcutelr lnare prn parametr de cuadrpl (a e ct CEF-electrce.pdf) 0.2 Mdele de emnal mc, nţunea de emnal mc, mdel în parametr h (a e ct CEFdpztve.pdf) Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

2 1. Intrducere. Decrerea funcţunlr de prelucrare a emnalelr ş crcutele acate Nţunea de emnal (mărme fzcă varablă, purtătare de nfrmaţe) Nţunle de emnal analgc (cntnuu în tmp ş în valr) ş emnal numerc (eşantnat, cuantzat ş reprezentat în cd numerc, dec dcret în tmp ş în valr). Electrnca: tehnlga prelucrăr nfrmaţe cnţnute de emnale (în prmul rînd emnalele electrce, dar ş captura altr emnale). Se nclude ac mdfcarea parametrlr mărmlr electrce varable, purtătare de energ mar, la care frma emnalulu ete în legătură drectă cu caltatea energe furnzate (electrnca de putere) Funcţun de prelucrare a emnalulu Funcţun ale crcutelr electrnce: funcţun neceare pentru prelucrarea nfrmaţe purtate de emnale, ca ş pentru mdfcarea parametrlr mărmlr electrce, purtătare de energe. Amplfcare = crearea unu emnal (z de eşre ), de putere ma mare decît un emnal prvennd dn exterr (z de ntrare ), dar mlar ca frmă ş ca nfrmaţe purtată. Crcutul care îndeplneşte aceată funcţune e numeşte amplfcatr. Mărrea puter emnalulu e face pe eama une ure de energe (cntrbue dar la puterea emnalulu, nu cntrbue în nc un fel la frma au nfrmaţa emnalulu). Generare de emnal = prducerea unu emnal de eşre de frmă mpuă, fără a prm vreun alt emnal dn exterr. Cazul cel ma frecvent: emnalul prdu ete perdc, funcţunea îndeplntă ete claţa electrcă ar crcutul e numeşte clatr. Extă ş generatare de emnal care prduc emnale neperdce (mpulur). Pentru ele, ete necear un emnal dn exterr, care nu cntrbue la frma emnalulu de eşre, c tableşte mmentul declanşăr mpululu. Ca ş în cazul amplfcatrulu, generatrul de emnal (clatrul) are neve de ură externă de energe. Generarea emnalulu e pate realza în crcute excluv analgce au în crcute mxte (analgce ş numerce). Fltrare = chmbarea cmpnenţe pectrale a emnalulu, prn elmnarea unr cmpnente dn pectrul emnalulu de ntrare. Crcutul care îndeplneşte funcţunea de fltrare e numeşte fltru. Extă fltre care nu flec ură de energe externă (fltre pave) ş fltre care au în cmpnenţa lr amplfcatare, dec flec ure externe de energe (fltre actve). Acetea dn urmă extă atît în varanta analgcă (prelucrează emnal analgc) cît ş numercă (prelucrează emnal numerc). Nţunea de fltru ete farte generală, e pate aplca multr categr de crcute. Ac ete ubînţeleaă ntenţa de a realza excluv mdfcarea pectrulu. Redreare = prducerea unu emnal de eşre care ă abă mereu ngură plartate, pe baza varaţe în tmp a unu emnal de ntrare, char dacă aceta are plartate varablă. Crcutul care îndeplneşte aceată funcţune e numeşte redrer. Redrearea pate f fltă în cp nfrmaţnal au în cp energetc. În cazul în care energa emnalulu ete eenţală (electrnca de putere), redrerul ete un caz partcular al crcutelr numte cnvertare (tatce) de energe electrcă. Ma fac parte dn aceeaş categre nvertarele, varatarele de c.c. ş varatarele de c.a.. Semnalele vehculate în crcutele de cnvere a energe înt numa analgce (char dacă cmanda crcutelr pate f ş numercă). Stablzare a une mărm electrce = menţnerea cntantă a valr une mărm electrce (în enul de menţnerea cît ma aprape de acea valare cntantă), char ş atunc cînd aupra e acţnează Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

3 factr perturbatr. Crcutul care îndeplneşte acea funcţune e numeşte tablzatr. Ca ş în cazul precedent, funcţunea e pate aplca în cp nfrmaţnal (utlzarea une mărm ca refernţă pentru altele) au în cp energetc (caltatea energe de almentare a crcutelr electrnce). Cel ma frecvent întîlnt ete tablzatrul de tenune (pentru almentarea crcutelr electrnce la tenune cntantă), dar e flec ş tablzatare de curent (ure de curent cntant). Stablzarea une mărm ete caz partcular al funcţun de reglare autmată (vez curul de teme autmate). Alte funcţun: reglare în regm de urmărre, prtecţe, ptmzare etc. Ca ş în cazul cnvertarelr de putere, emnalele dn partea de putere a tablzatrulu înt numa analgce (cmanda pate f ş numercă). Mdulare, demdulare = funcţun acate cu mdfcarea frme emnalulu, atfel încît nfrmaţa lu ă pată f tranmă prn crcute au med care nu permt tranmterea în frma nţală. Mdularea cntă în cmbnarea emnalulu nţal (z emnal mdulatr) cu un alt emnal (z emnal purtătr), care ete tranmbl prn medul de cmuncaţe. Demdularea cntă în recuperarea nfrmaţe dn emnalul mdulat, cel ma adeea ub frma unu emnal aemănătr cu cel mdulatr. Crcutele care îndeplnec acete funcţun e numec mdulatr, repectv demdulatr. Semnalul purtătr ete analgc, ndferent de natura celu mdulatr. Calcul analgc = cntă în efectuarea de peraţ funcţnale aupra emnalelr analgce. Aceata îneamnă fe peraţ în care tmpul ntervne în md explct (ntegrare, dervare), fe peraţ artmetce aupra valrlr ntantanee ale emnalelr. Exemple de peraţle artmetce cu un ngur perand: lgartmare, calculul mdululu, rdcare la pătrat, extragere de radcal etc. Operaţ aupra ma multr emnale: adunare, cădere, înmulţre, împărţre, electarea maxmulu au mnmulu etc. Adunrea, căderea, ntegrarea ş dervarea înt peraţ lnare. Celelalte peraţ înt nelnare. Crcutele care îndeplnec acete funcţun partă numele peratrulu. Exemplu: umatr (au crcut de adunare), ntegratr, crcut de înmulţre etc. Cnvere analg-numercă, cnvere numerc-analgcă = funcţunle prn care un emnal analgc ete aprxmat prntr- ecvenţă numercă, repectv e crează un emnal analgc, a căru evluţe în tmp ete extraplarea une ecvenţe numerce. Crcutele crepunzătare înt cnvertrul A/D, repectv cnvertrul D/A. Calcul numerc = cntă în efectuarea de peraţ funcţnale aupra emnalelr numerce. Gama de peraţ pble ete mult ma largă decît cea permă de crcutele analgce, la baza lr tînd funcţle lgce. Deş acete peraţ pt f realzate de crcute lgce neprgramable, atăz aceată funcţune nu ma ete realzată decît într-un prcer, care ete prgramabl, adcă execută peraţle cnfrm unu prgram, pe care îl pate repeta nelmtat. Mtvul ete flexbltatea nelmtată a funcţunlr, permă de caracterul prgramabl al crcutulu. De regulă, prcerul (care pate avea multe denumr mcrprcer, PIC, mcrcntrler, prcer mcrprgramat) ete nclu într-un aparat numt calculatr numerc (au, ma mplu, calculatr, întrucît calculatare analgce nu e ma flec). Generarea de ecvenţe = prducerea une ecvenţe de numere pentru cmanda aparatelr. Ete realzată în crcute numerce prgramable au neprgramable. Dntre crcutele care îndeplnec funcţunle menţnate, unele înt prezentate la alte curur: Fltrare (SCS), redreare (DE), calcul analgc (CIA), mdulare-demdulare (CIA), cnvere A/D ş D/A (SAD), calcul numerc (CID, AC), generarea de ecvenţe (CID). La acet cur înt prezentate crcutele care realzează funcţunle: amplfcare, claţe, tablzare, mdularedemdulare. Ma ete prezentată tehnca fundamentală de care e flec acete crcute pentru bţnerea unr perfrmanţe table ş prece: reacţa. Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

4 1.2 Exemple de crcute în care înt utlzate funcţunle prezentate 1. Un amplfcatr pentru emnalul de mcrfn (au altă ură de emnal aud). Mcrfnul ete ura de emnal, arcna amplfcatrulu ete un tem de dfuzare. Dearece puterea emnalulu generat de mcrfn ete nufcentă pentru cpul prpu (generarea de unet în dfuzr), ete necear amplfcatrul, care realzează creşterea puter emnalulu. În md uzual, emnalul aplcat dfuzrulu ete mlar ca frmă cu cel clectat de la mcrfn (partă aceeaş nfrmaţe), dar tenunea ş curentul la dfuzr înt cnderabl ma mar decît cele de la mcrfn. Ete mprtant de bervat că crterul prn care e tableşte îndeplnrea funcţe de amplfcare ete creşterea puter emnalulu. În acet en, un tranfrmatr care pate creşte ampltudnea tenun au a curentulu (dar nu pe amînduă!) nu ete un amplfcatr, dearece puterea emnalulu de eşre ete ma mcă decît cea de la ntrare. În fgura de ma j, ete pbl ca ampltudnea tenun de eşre ă fe ma mare decît cea a tenun de ntrare. Ttuş, tranfrmatrul nu îndeplneşte funcţunea de amplfcare, dearece puterea tranmă arcn ete char ma mcă decît cea abrbtă de la ura de emnal. 2. Amplfcatrul necetă ură de almentare cu energe. De regulă, aceată ură ete ură de tenune tablzată, altfel emnalul de eşre ar f perturbat de varaţle ure prmare de energe electrcă (reţea, batere, celule lare etc.). O perturbaţe mprtantă ete char cnumul prpru al arcn, care pate altera tenunea de almentare ş frma emnalulu. (La captlul Amplfcatare va f explcat cum ete alterată frma emnalulu de eşre de către zgmtul de pe almentare.) Prncpalul cp al tablzatrulu de tenune ete de a lvra energe către arcnă, la tenune cntantă (adcă varaţ neemnfcatve ale acete mărm), ndferent de acţunea perturbaţlr. Preupunînd că ura prmară de energe ete reţeaua electrcă, tructura ure tablzate ete: reţea, fltru de reţea, redrer, fltru al tenun redreate, tablzatr ş arcnă (arcna ete char amplfcatrul). Dacă ura ete batere, atunc ete necear dar tablzatrul, ntercalat între batere ş arcnă. Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

5 3. Un alt exemplu de crcut în care e realzează funcţunle electrnce fundamentale ete mntajul flt în labratr pentru caracterzarea au depanarea crcutelr analgce. Pentru caracterzarea amplfcatarelr, e aplcă la ntrare un emnal de prbă perdc, de frmă cuncută (cel ma frecvent ete emnal nudal) ş e analzează prpretăţle emnalulu de eşre (frmă, ampltudne, cnţnut pectral, dtrun, putere). În acet mntaj, emnalul de prbă ete prdu de un clatr. Oclatrul nu prmeşte emnale dn exterr, dar almentare cu energe electrcă. Pentru tablrea parametrlr emnalulu clatrulu (frecvenţă, ampltudne, frma emnalulu, cmpnentă cntnuă), prducătrul a amplaat pe panul aparatulu butane de ajutare. Ca ş în cazul amplfcatrulu, clatrul are neve de ura de almentare cu tenune, pentru a genera energa emnalulu. Tenunea de almentare trebue ă fe tablzată, pentru a împedca alterarea emnalulu de către perturbaţle te de pe crcutul de almentare. 4. În cuprnul unu emţătr rad, extă un crcut care uprapune nfrmaţa aduă de emnalul de mcrfn pete purtătare de frecvenţă mare (radfrecvenţă). Crcutul e numeşte mdulatr. Înante de eme, ete necear ca pectrul emnalulu de radfrecvenţă ă fe lmtat dar la ntervalul perm de lcenţa de eme. Crcutul care realzează aceată funcţune ete un fltru. Dacă nu am fl fltrul ş ar f tranme prn antenă cmpnente uplmentare ale emnalulu, de frecvenţe alăturate ntervalulu perm, ar f deranjate receptarele recepţnînd pturle care flec legal acele frecvenţe. Celelate părţ dn emţătrul rad: mcrfn, amplfcatr JF, clatr purtătare, amplfcatr de putere RF, antenă, ură de almentare. 1.3 Scheme blc În etapa de prectare, nu ete reznabl ă e cnceapă chema cmpletă a unu aparat, într-un ngur pa, care ap ă fe dmennată, pentru că ar rezulta un tem cu multe ecuaţ ş necuaţ, cu multe cmprmur de rezlvat. Metda uzuală de prectare ete fracţnarea cheme în blcur, după funcţunle îndeplnte ş tehnlga pecfcă. Schema blc ete reprezentare a Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

6 funcţunlr ş tructur eenţale a crcutulu, în care e mt detalle. Ete utlă nu numa pentru înţelegerea funcţnăr, dar ş pentru dvzarea efrtulu de prectare în etape ş între ma multe echpe. Nu ma ete necear ă avem în mnte întregul aparat au echpament, atunc cînd executăm prectul, c dar blcul pe care îl prectăm în acel mment, plu nteracţunea cu alte blcur. Blcurle e prectează eparat, după care e verfcă funcţnarea anamblulu. Spre exemplu, în cazul unu radreceptr, e prectează întî etajul de radfrecvenţă, ap cel de frecvenţă ntermedară, amplfcatrul aud ş blcul de almentare tablzată. Exemple: receptr rad, emţătr rad. Receptr rad: antenă, amplfcatr de radfrecvenţă, clatr lcal (clează pe frecvenţă aprpată de a purtătare), chmbătr de frecvenţă, amplfcatr de frecvenţă ntermedară, demdulatr, amplfcatr de audfrecvenţă, dfuzr, ură de almentare Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

7 2. AMPLIFICATOARE Amplfcatrul ete un crcut (blc funcţnal) care realzează creşterea puter emnalulu, pătrînd nfrmaţa dn emnalul rgnal. Creşterea puter emnalulu e face pe eama nerge abbte de la ura de almentare. Amplfcatrul ete prezent în majrtatea crcutelr care realzează alte funcţun de prelucrare a emnalulu (clatare, tablzatare, mdulatare, demdulatare, cnvertare). În general, ne aşteptăm ca nfrmaţa ă fe cnervată prn cnervarea frme emnalulu, ceea ce îneamnă că drm ca amplfcatrul ă lucreze lnar. Ttuş, nu înttdeauna ete pătrată rgur frma emnalulu (e ma numeşte anvelpă). Extă tuaţ în care amplfcatrul lucrează lnar, dar frma emnalulu ete afectată de dtrunle de ampltudne au de fază. Funcţunea îndeplntă ete tt amplfcare. Prn extene, char ş în dmenul crcutelr de mpulur, unde frma emnalulu pate f uşr afectată, fără a e perde nfrmaţa, ete fltă tt nţunea de amplfcatr (amplfcatr de mpulur). Ttuş, în acet captl, termenul de amplfcare e va refer numa la crcute analgce ş la prelucrare lnară au cva lnară. Clafcăr ale amplfcatarelr: după tranmterea cmpnente cntnue - amplfcatare de c.c. - amplfcatare de c.a. după gama de frecvenţe (nfluenţat de tehnlga pecfcă acele benz) - amplfcatare de audfrecvenţă - amplfcatare de vdefrecvenţă - amplfcatare de radfrecvenţă - amplfcatare de mcrunde după puterea tranmă arcn - amplfcatare de mcă putere - amplfcatare de putere mare Mdele lnare ale amplfcatrulu 2.1 Nţun pecfce, mdele ale amplfcatrulu Mdelul cel ma general care decre funcţnarea unu amplfcatr ete cel care rezultă dn crerea ecuaţlr mdelelr tuturr cmpnentelr, la care e adaugă ecuaţle Krchhff. De regulă, rezultă un tem de ecuaţ dferenţale, în care mdelele dpztvelr cnţn ş nelnartăţ. Ttuş, pentru înţelegerea mdelăr crcutelr, e cnderă pentru început cazurle ma mple, care e aplcă în cndţ ma retrctve, dar frecvent întîlnte în practcă. Prpretatea de lnartate, aplcată la prcearea emnalelr, e defneşte atfel: peratrul F, defnt pe un paţu vectral (mulţmea emnalelr are aceată tructură), ete lnar dacă relaţa F( a x + b x) = a F( x) + b F( y) ete îndeplntă pentru rce vectr x, y ş rce calar a, b. Cea ma mplă relaţe ntrare-eşre lnară care decre funcţunea de amplfcare ete: x ( t) = a x ( t) (2.1) Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

8 Mărmle de ntrare ş eşre pt f tenun au curenţ, în rce cmbnaţe. Mărmea a ete numtă amplfcare. O varantă ma puţn întîlntă în electrncă (ln de întîrzere ş prpagarea emnalelr în crcute numerce) ete cea a crcutelr care prezntă tmp mrt: x ( t) = a x ( t τ ) (2.2) Amînduă funcţunle mdelate ma u înt lnare. Prpretatea de lnartate în raprt cu valrle ntantanee agură cnervarea frme emnalulu (e ma numeşte anvelpa emnalulu). Dmenunea fzcă a amplfcăr depnde de natura mărmlr de ntrare ş eşre. Ea pate f: - amplfcare de tenune (admennală); - amplfcare de curent (admennală); - amplfcare tranmpedanţă; - amplfcare tranadmtanţă. Relaţa (2.1) prn care am defnt amplfcarea ete dar aprxmaţe valablă într-un nterval pectral lmtat. Dacă emnalul de ntrare nu cnţne cmpnente în afara acetu nterval pectral, aprxmaţa ete farte bună ş pate f fltă pentru a decre funcţnarea amplfcatrulu. Exemplu: în fgura 2.1, amplfcarea ete cntantă, în ntervalul pectral în care dentatea de ampltudne a emnalulu ete nenulă. Ca urmare, ete reznablă flrea mdelulu (2.1). Fgura 2.1: Caractertca de frecvenţă a unu amplfcatr de c.a. ş dentatea pectrală de ampltudne a emnalulu de ntrare În cazul cînd amplfcarea nu ete cntantă pe tt ntervalul pectral al emnalulu de ntrare, atunc gur e va manfeta ş defazajul varabl (aceată manfetare multană a varaţe mdululu amplfcăr ş a defazajulu va f analzată în detalu la analza crcutelr ş temelr). Pentru aceată tuaţe, un mdel ma adecvat, care ţne cnt de defazaje, ete exprmat fe în dmenul frecvenţal, fe în dmenul tmp. Mdelul în dmenul tmp: + u ( t) = h( t)* u ( t) = h( τ ) u ( t τ ) dτ (2.3) Mdelul furnzează emnalul de eşre, ca prdu de cnvluţe între emnalul de ntrare ş funcţa răpun la mpul a crcutulu, (h(t)). În relaţa (2.3) am cnderat că emnalele de ntrare ş eşre înt tenun, dar ele e aplcă mlar pentru celelalte varante. Mdelul în tmp ete dfcl de Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

9 flt. Ma mult, deer nu ete utlă analza în tmp, ştnd rcum că frma anvelpe emnalulu e chmbă la trecerea prn amplfcatr. Ete ma utl mdelul frecvenţal: U ( jω) = H ( jω) U ( jω), (2.4) în care apar tranfrmatele Furer ale emnalelr de eşre, repectv ntrare. Mdelul crcutulu ete funcţa răpun la frecvenţă, ca raprt al tranfrmatelr Furer ale emnalelr. Acet mdel permte deducerea cmpnenţe pectrale a emnalulu de eşre, dar permte ş deducerea frme ale în tmp, prn tranfrmata Furer nveră. Funcţa răpun la frecvenţă ete tranfrmata Furer a funcţe răpun la mpul. O nterpretare ntutvă ş farte utlă pentru caracterzarea crcutulu ete cea în care e cnderă crcutul lucrînd în regm permanent nudal. În acet caz, mdulul lu H ete amplfcarea, în enul flt ma u. Argumentul lu H ete defazajul emnalulu nudal de eşre, faţă de cel de ntrare. Reprezentarea grafcă a celr duă mărm (mdulul ş argumentul lu H) partă numele de caractertc de frecvenţă. Fgura 2.2: Dagramele emnalelr de ntrare ş de eşre dntr-un amplfcatr Spre exemplu, în fgura 2.2 apar emnalele în tenune de la ntrarea ş eşrea unu crcut, aşa cum le putem vedea pe ecranul clcpulu. Gradaţle axelr reprezntă: 1 V pe vertcală ş 1 m pe rzntală. Perada ete 2 m, frecvenţa ete 500 Hz ar ampltudnle celr duă emnale înt 0,5 V, repectv 2,9 V. Preupunem că mmentul t=0 ete char mmentul în care emnalul de ntrare trece crecătr prn valarea 0, ar mmentul în care emnalul de eşre trece crecătr prn valarea 0 a ft marcat pe axa tmpulu, între dagrame. Se pate cre: u ( t) = 0,5 n( ωt) ş u ( t) = 2,9 n( ω t 1,25) (ambele tenun exprmate în vlţ, fazele în radan), cu ω = 2π 500 (rad/). De ac e pt calcula: Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

10 2,9 0,4 H ( jω) = = 5,8 ş arg( H ( jω)) = 2π = 1, 256 rad (au -72 grade). 0,5 2 Cîteva bervaţ ntutve e pt face pe acete dagrame: - faptul că emnalul de eşre ete defazat faţă de cel de ntrare ne arată că frecvenţa emnalulu ete în afara ntervalulu în care amplfcarea ete cntantă (puul a ceea ce e întîmpla în fgura 2.1); - dn mtvul arătat ma u, mdelul (2.1) nu ete adecvat, trebue flt unul dntre mdelele (2.3) au (2.4); - valarea negatvă a defazajulu ne arată că frecvenţa emnalulu ete tuată în partea decrecătare a caractertc ampltudne frecvenţă (e tudază la curul de crcute ş teme); - amplfcarea în nterrul benz de amplfcare cntantă ete gur ma mare decît valarea 5, Ipteza de unlateraltate Scpul amplfcatrulu ete creşterea puter emnalulu de eşre, în raprt cu cel de ntrare. În en nfrmaţnal, emnalul e prpagă de la ntrare pre eşre. Nu avem ntere ca emnalul ă e prpage decît în acet en, dec, de cîte r ete pbl, drm realzarea unu amplfcatr cu aceată prpretate, numtă unlateraltate. Ca urmare, putem decre mdelele prezentate prn una dn tructurle dn fgura 2.3, în care emnalul e prpagă în enul ndcat de ăgeţ. Fgura 2.3: Mdele de amplfcatr unlateral Impedanţele de ntrare ş eşre De regulă, amplfcatrul ete cnectat la un generatr de emnal (crcutul care furnzează emnalul de ntrare) ş la arcnă (care fleşte emnalul de eşre). Tranferul de nfrmaţe între generatr ş amplfcatr, ca ş cel între amplfcatr ş arcnă, e face cu cnum de energe. Acet fenmen ete mdelat prn mpedanţele generatrulu, amplfcatrulu ş arcn. Se pate berva că mdelele prezentate ma u înt ncmplete, dn punctul de vedere al electrntulu, dearece nu prevăd cum e vr chmba prpretăţle amplfcatrulu, în funcţe de arcnă ş de generatr. Un mdel ma aprpat de realtate ete cel care ţne cnt de mpedanţele de ntrare ş eşre, ca în cazul mdelelr cu parametr de cuadrpl (fgurle ). În cazul amplfcatarelr cu prpretatea de unlateraltate, putem mte generatrul cmandat care mdelelază prpagarea în en nver prn amplfcatr. Rezultă tructură caracterzată prn amplfcare, mpedanţa de ntrare ş cea de eşre. În funcţe de natura mărmlr cnderate ca ntrare ş eşre, extă patru varante de reprezentare (vez fgurle ). Ele crepund unu amplfcatr de tenune, amplfcatr de curent, amplfcatr tranmpedanţă ş amplfcatr tranadmtanţă. Fgura 2.4: Amplfcatr de tenune Fgura 2.5: Amplfcatr de curent Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

11 Fgura 2.6: Amplfcatr tranmpedanţă Fgura 2.7: Amplfcatr tranadmtanţă Utltatea acetu mdel e remarcă după următarele cntatăr: - în amplfcatr extă un număr mare de cmpnente, fecare mdelată prn una au ma multe ecuaţ algebrce au dferenţale; - unele dntre cmpnente înt nelnare; - la ntrare ş la eşre e cru cel puţn cîte ecuaţe, care depnde de generatr, repectv de arcnă; - extă frecvent ncerttudn aupra mpedanţelr generatrulu ş arcn, au acete mpedanţe înt mdfcate dn mtve nelegate de amplfcatr. În cndţle prezentate, rezlvarea ecuaţlr ete labraă ş ar f nereznablă reluarea rezlvăr de fecare dată cînd e mdfcă generatrul au arcna. Ete ma avantaj ă e rezlve ecuaţle fără mpedanţele de generatr ş arcnă, rezultînd atfel mdelele cu cîte 3 parametr dn fgurle La fecare chmbare de generatr au arcnă e rezlvă dn nu un tem cu dar duă ecuaţ. Spre exemplu, în cazul amplfcatrulu de tenune, relaţa ntrare eşre care rezultă dn rezlvarea ecuaţlr devne: U R Z R = a uu = au Eg (2.5) Z + R Z + R Z + R g De menţnat că, în mdel, valarea amplfcăr ete calculată cnderînd amplfcatrul fără arcnă. Aceata îneamnă: - pentru emnal de eşre în tenune, e cnderă reztenţa de arcnă farte mare; - pentru emnal de eşre în curent, e cnderă reztenţa de arcnă farte mcă Nţunea de amplfcatr deal În paragrafele precedente am făcut de ma multe r ptezele că mărmea măurată la eşre au la ntrare ete tenune au curent. Acet apect trebue văzut puţn ma în prfunzme. Dacă cpul amplfcatrulu ete ă furnzeze cea ma mare putere de emnal în arcnă, atunc luţa ete ă alegem mpedanţa de ntrare egală cu mpedanţa generatrulu, ar mpedanţa de eşre egală cu cea a arcn (terema tranferulu maxm de putere). Aceată abrdare ete ma puţn fltă în electrncă, dn duă mtve: - reduce randamentul amplfcatrulu ub 50%, ceea ce ete nereznabl la amplfcatarele de puter mar; - valarea amplfcăr ttale ete arecum ncertă, dacă mpedanţele generatrulu ş arcn nu înt cuncute exact. Farte frecvent, cpul amplfcatrulu ete ă furnzeze emnal către arcnă, valarea amplfcăr fnd farte exact cuncută. Ete cazul crcutelr flte pentru măurare, pentru reglare autmată, pentru tablzare, pentru detectarea emnalelr dn telecmuncaţ. În atfel de cazur, valare ncertă a amplfcăr nu ete acceptablă. Pe de altă parte, ştnd că valrle mpedanţelr de generatr ş de arcnă au ncerttudn, e caută varante de amplfcatr care ă nu fe nfluenţate de Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

12 acete mpedanţe. Depre un amplfcatr a căru amplfcare nu depnde de generatr ş de arcnă, e pune că ete deal. Pentru prezentarea luţe, e cnderă cazul partcular al amplfcatrulu de tenune, dn fgura 2.4., la care ampltudnea emnalulu de eşre ete dată de relaţa (2.5). Ne putem magna că emnalul de ntrare prvne de la un traductr, care e cmprtă ca un generatr de tenune, cu mpedanţă nternă mcă, dar ncertă. De aemenea, ne putem magna că drm un emnal de eşre în tenune, dar mpedanţa arcn nu are valare certă. Sngura şană ca relaţa între tenunea de ntrare ş cea de eşre ă fe nvarablă, ete ca cele duă raparte dn exprea (2.5) ă fe farte aprpate de untate. Rezultă cndţle: Z >> R g ş Z << R. (2.6) Se pune că ntrarea ete deală în tenune (prma negaltate) ş că eşrea ete deală în tenune (a dua negaltate). Extă nterpretăr ntutve medate pentru acete cndţ: emnalul de la ntrare va f egal cu tenunea generatrulu, dacă aceta lucrează în gl, ceea ce ete cerut de prma negaltate. La fel, tenunea pe arcnă va f egală cu tenunea generatrulu cmandat dn mdelul amplfcatrulu, dacă aceta lucrează în gl, ceea ce ete cerut de a dua negaltate. Crcutele echvalente ale ntrăr, repectv eşr, înt prmul ş al trelea dn fgura 2.8. Rapartele de dvzare crepunzătare acetr crcute înt cele ndcate ub cheme. U E g Z = Z + R g I I g Rg = Z + Rg U au R = Z + R I ai Z = Z + R Fgura 2.8: Crcute echvalente la ntrarea ş la eşrea amplfcatrulu Dn nu, e pune întrebarea: în ce măură ă fe mpedanţă mult ma mare decît alta (cît de mare ă fe raprtul dntre ele)? Răpunul depnde de erarea pe care întem dpuş - acceptăm. Spre exemplu, pentru erare acceptablă de 2%, mpedanţa de ntrare în amplfcatr trebue ă fe de 50 r ma mare decît cea ma mare valare pblă a mpedanţe generatrulu. Se bervă că ete necear ă cunaştem ntervalul în care varază mpedanţa de generatr (repectv de arcnă), char dacă nu cunaştem cu exacttate valarea e. În afară de varanta prezentată, ma extă pbltatea ca ntrarea au eşrea drte ă fe în curent (al dlea ş al patrulea crcut dn fgura 2.8). Cndţle crepunzătare înt: Z << pentru ntrare deală în curent ş Z >> pentru eşre deală în curent. R g R Ş pentru acete cndţ extă nterpretăr ntutve: ntrarea ete deală în curent dacă generatrul lucrează în curtcrcut, ar eşrea ete deală în curent dacă arcna e cmprtă ca un curtcrcut faţă de eşrea amplfcatrulu. În funcţe de mărmle de ntere la ntrare ş eşre, extă 4 cmbnaţ pble, care defnec un amplfcatr deal: - aplfcatr deal de tenune, defnt de Z >> R g ş Z << R ; - amplfcatr deal de curent, defnt de Z << Rg ş Z >> R ; Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

13 - amplfcatr deal tranadmtanţă (ntrare în tenune ş eşre în curent), defnt de Z >> R g ş Z >> R ; - amplfcatr deal tranmpedanţă (ntrare în curent ş eşre în tenune), defnt de: Z << Rg ş Z << R. În cncluze, un amplfcatr deal are prpretatea că prduce amplfcare ndependentă de valrle mpedanţelr de generatr ş de arcnă. Aceată nţune nu e aplcă în cazul tranferulu maxm de putere Cnectarea în cacadă a etajelr de amplfcare În general, un ngur etaj de amplfcare pate f nufcent pentru cpurle crcutulu. Pentru a bţne amplfcare ma mare, e pun în cacadă ma multe etaje, adcă fecare eşre dntr-un etaj devne ntrare pentru etajul următr (cu excepţa ultmulu). Dacă ntrarea în prmul etaj ş eşrea dn ultmul etaj înt deale, atunc amplfcatrul în anamblu ete deal. În plu, dacă fecare cuplare între duă etaje are caracter deal, atunc amplfcarea în anamblu ete char prduul amplfcărlr etajelr. Spre exemplu, în fgura 2.9, amplfcarea întregulu crcut ete prduul a1 a2 a3, cu cndţa ca tate cuplărle ă fe deale (ndferent de dmenunea fecăre amplfcăr). Fgura 2.9: Etaje de amplfcare cnectate în cacadă Excura maxmă la eşre, puterea maxmă lvrată arcn Una dntre lmtărle extente în funcţnarea unu amplfcatr ete faptul că tenunea pe arcnă ş curentul prn arcnă înt mărgnte la cîte un nterval. Fe mărmle repectve nu pt eş dn ntervalul menţnat, fe valrle dn afara ntervalulu determnă funcţnarea nelnară a amplfcatrulu. Intervalul acceptat pentru emnalul de eşre e numeşte excura maxmă de tenune la eşre, repectv excura maxmă de curent. De cele ma multe r, aceată lmtare ete mpuă de ura de almentare, în enul că valarea maxmă a tenun pe arcnă ete trîn legată de valarea tenun de almentare. Curentul maxm prn arcnă ete cel ma adeea lmtat de plarzarea dpztvelr dn etajul fnal, care ete ndrect nfluenţată tt de almenare. În fne, pentru unele crcute, curentul maxm ş tenunea maxmă la eşre înt lmtate ş de prpretăţle dpztvulu electrnc flt în acel etaj. Exemple: pentru un amplfcatr de curent cntnuu, cu eşrea în tenune, excura maxmă de tenune pate f [ 3V, +4V], aceata fnd măurată faţă de un punct cmun, luat ca refernţă. Pentru un amplfcatr de curent alternatv, tt cu eşre în tenune, excura maxmă ete măurată ca abatere faţă de p..f. Exemplu Mdul de analză a excure maxme a emnalulu depnde de cnfguraţa crcutulu. Pentru a lutra acet ubect, preupunem că la eşre e fleşte un tranztr bplar, care trebue ă funcţneze în zna lnară (regunea actvă nrmală, RAN). Ma preupunem că emnalul de eşre cntă în abaterle faţă de p..f., caz frecvent întîlnt. Pe planul caractertclr de eşre e deenează dreapta dnamcă de arcnă (lcul gemetrc al punctelr pble de funcţnare în regmul dnamc), aşa cum e vede în fgura Excura maxmă a emnalulu de eşre ete ntervalul pentru care dreapta dnamcă de arcnă rămîne în nterrul regun actve nrmale. În Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

14 cazul în peţă, ntervalul adm ete lmtat pre tînga de regunea de aturaţe, ar pre dreapta de regunea de blcare. Scăzînd valarea U CE (p..f.) dn ntervalul adm pentru tenune, aflăm excura maxmă de tenune de la eşre. Excura maxmă în en căzătr ete U U CEat (ete valare negatvă). Excura maxmă în en crecătr ete valarea pztvă U U, U CEblc CEblc unde ete valarea tenun la nterecţa drepte de arcnă cu axa abcelr. Rezultă excura maxmă a tenun la eşre, între cele duă lmte de ma u. Smlar, pentru excura de curent trebue căzută valarea I C dn ntervalul adm, care ete mărgnt în j de regmul de blcare ar în u de nterecţa drepte cu regmul de aturaţe. Pentru cazul cînd ete blgatru ă bţnem la eşre emnal metrc, excura maxmă ete determnată de valarea cea ma mcă în mdul, dntre cele duă lmte. Dacă la eşre ete utlzat un TEC (cazul tpc în crcute ntegrate MOS), analza decurge mlar, dar lmtarea la tenun mc ete nduă de regmul de trdă. Excura maxmă a emnalulu pentru etajul de eşre nu ete ngura lmtare care ntervne în funcţnarea amplfcatrulu (excura maxmă pentru etajele precedente ş repectarea cndţe de emnal mc trebue ş ele examnate). În paragraful extă un exemplu de analză a etajulu de amplfcare, care cnţne evaluarea excure maxme. Exemple ma dezvltate e găec în culegerea [3], captlul 3. CE CE Fgura 2.10: Determnarea excure maxme a emnalulu de eşre (a- TB, b-tec) Puterea maxmă în arcnă, preupunînd că crcutul lucrează lnar, ete un alt parametru al amplfcatrulu. De regulă, fabrcantul ndcă valare extremă a reztenţe de arcnă ş valarea maxmă crepunzătare a puter în arcnă, pentru frmă fxată a emnalulu. Spre exemplu, pentru eşre în tenune ş emnal nudal, puterea maxmă în arcnă ete dată de: 2 ( U max ) U P max =, dacă raprtul max nu depăşeşte curentul maxm adm. 2R mn R mn Dtrunle Mdelele prezentate cnderă că funcţnarea amplfcatrulu ete lnară, ndependent de ampltudnea emnalulu de ntrare, de prpretăţle ure de emnal ş ale arcn. Aceată pteză permte evaluarea cmdă a emnalulu de eşre, dar nu ete înttdeauna valablă. Cazurle cele ma frecvente în care funcţnarea amplfcatrulu devne nelnară înt: - ampltudnea emnalulu de ntrare ete prea mare, ceea ce determnă lmtare în funcţnarea unr dpztve electrnce au încalcă pteza de emnal mc; - valarea reztenţe de arcnă determnă abrbţa une puter exagerate de la eşrea amplfcatrulu, care mdfcă prpretăţle dpztvelr. Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

15 Funcţnarea nelnară a amplfcatrulu prduce alterarea nfrmaţe dn emnalul de eşre. Cel ma adeea, dacă e depăşeşte excura maxmă, emnalul de eşre apare trunchat au turtt (vez fgura 2.11a, b, c, în care emnalul de ntrare a ft nudal). Se pune că emnalul a ufert dtrun nelnare. Anvelpa rgnală a emnalulu nu ma pate f recnttută, după dtrnarea nelnară. Fgura 2.11: Dtrun nelnare cauzate de aturaţe ş blcare (a, b, c) ş de încălcarea cndţe de emnal mc (d) Tt dtrun nelnare uferă emnalul care a depăşt lmta emnalulu mc (ca în fgura 2.11d). Anvelpa emnalulu pate f mdfcată char dacă amplfcatrul funcţnează lnar. Aceata e întîmplă cînd cnţnutul pectral al emnalulu depăşeşte ntervalul în care amplfcarea ete cntantă ar defazajul ete nul. Unele cmpnente pectrale vr f amplfcate au vr f defazate dfert de celelalte, ceea ce mdfcă anvelpa emnalulu. Se pune că emnalul a ufert dtrun lnare. Pentru lutrare, preupunem că amplfcatrul are caractertcă de tp trece-j, ca în fgura Semnalul amplfcat la un mment dat ete un ametec între duă nude, dntre care una are frecvenţa ma mcă decît lmta dn fgura 2.12 (frecvenţa de frîngere a carctertc) ar cealaltă are frecvenţa cnderabl ma mare decît aceeaş lmtă. A dua cmpnentă va f amplfcată mult ma puţn decît prma ş va f defazată prn întîrzere. Semnalul de eşre va cnţne aprape numa prma cmpnentă, ceea ce arată că anvelpa a ft mdfcată. Fgura 2.12: Caractertca de frecvenţă a unu fltru trece-j Pentru început, putem renunţa la analza funcţnăr nelnare, preupunînd că ampltudnea emnalulu nu depăşeşte lmtele adme. Smplfcarea ete acceptablă aprape înttdeauna, pentru că fe cntrum amplfcatarele atfel încît ă fe adecvate emnalulu, fe nu ne ntereează emnalele care au depăşt lmtele. Ttuş, fecare etaj trebue analzat dn perpectva dtrunlr nelnare, atunc cînd trebue ă preczăm lmtele funcţnăr lnare Zgmtul În acet punct e cuvne ă facem preczare aupra aşteptărlr uzuale în legătură cu funcţnarea unu amplfcatr. În md frecvent, cnderăm că rezultatele bţnute într-un tem (electrnc au de altă natură) înt unvc determnate de emnalele de ntrare ş de mdelul acelu prce, preupu a f cuncut fără erare. Altfel pu, dacă cunaştem emnalele de ntrare ş mdelul temulu, Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

16 putem prezce fărăr erare emnalul de eşre. Se pune că mdelul aplcat realtăţ ete determnt. Dn păcate, aceată pteză ete cel ma adeea cntrază de temele cu care lucrăm. Pe de parte, mdelul temulu ete dar aprxmare a funcţnăr reale, pentru că nu putem lua în calcul tate fenmenele care apar (prea multe, unele necuncute, ar mdelul ar deven mpbl de flt). Ma mult, un dntre parametr temulu înt ncerţ au varază în md mpredctbl. Se pune că mdelul are ncerttudn ş abater parametrce. Pe de altă parte, emnalele de ntrare, ca ş prpagarea lr prn tem, înt upue unr perturbaţ dn medul exterr. Exemple tpce de perturbaţ ale crcutelr electrnce înt emnalele parazte clectate nductv ş capactv, de la urele externe de cîmp electrmagnetc. Tt perturbaţ înt varaţa temperatur, lumnarea paraztă a unr enzr de lumnă, vbraţle mecance nedrte care nfluenţează un mcrfn etc. Efectul acetr perturbaţ trebue cuncut, pentru a ntrduce măur de lmtare a efectulu lr. Unele perturbaţ înt măurable, dec predctble (cazul temperatur). Altele înt de rgne necuncută, au de rgne cuncută, dar nemăurable. Acetea e numec zgmt electrc. Zgmtul pate f de rgne nternă au externă. Cazur tpce de zgmt, în practca electrnştlr: - zgmtul de vbraţe a reţele crtalne dn emcnductr; - zgmtul termc dn cnductare; - zgmtul ndu de ure de cîmp electrmagnetc aprpate; - zgmtul ndu la brnele ure de almentare de celalţ cnumatr, almentaţ de la aceată ură. Dn mtvul arătat, analza crcutelr trebue ă cuprndă ş evaluare a efectulu perturbaţlr, prn care ă e preczeze: - gradul de prtecţe a crcutulu împtrva perturbaţlr externe, fe ele predctble au nu; - nvelul zgmtulu prpru al crcutulu Alţ parametr a amplfcatarelr - Intervalul temperaturlr de lucru - Varaţa parametrlr în funcţe de temperatură - Cnumul de la almentare ş randamentul (relevant numa pentru crcutele de putere au pentru cele almentate dn reure lmtate) Exemplu de analză a unu etaj de amplfcare Etaj de amplfcare cu un tranztr bplar, funcţnînd în cnexunea emtr cmun (EC) Fgura 2.13: Schema etajulu de amplfcare cu un tranztr bplar, în cnexune EC În fgura 2.13 ete prezentată chema frecvent întîlntă a unu etaj de amplfcare cu tranztr bplar, aflat în cnexunea EC. Analza crcutulu decurge în rdnea: tablrea p..f., crcutul Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

17 echvalent de c.a., mdelul de emnal mc, determnarea amplfcăr ş mpedanţelr, excura maxmă a emnalelr, banda de lucru. Pentru analza de curent cntnuu, e îndepărtează cndenatarele ş cmpnentele cuplate numa prn cndenatare (arcna ş generatrul de emnal) ş rezultă crcutul dn fgura 2.14a. Fgura 2.14: Schema crcutulu de plarzare (a,b) ş chema echvalentă de c.c. (c) Pentru mplfcarea analze, e redeenează crcutul ca în fgura 2.14.b, ap e echvalează ura ş dvzrul de plarzare cnfrm tereme ure de tenune echvalente. Se cru ecuaţle Krchhff pentru nul crcut de c.c. (2.14.b), precum ş ecuaţle care mdelează dpztvul, în pteza că aceta e află în regunea actvă nrmală. Se determnă luţa temulu de ecuaţ ş e verfcă crecttudnea pteze prvtare la RAN. Dacă aceata e cnfrmă, e trece la analza de c.a. În caz cntrar, e frmulează nuă pteză, prvtare la regmul de lucru al dpztvulu ş e rea analza p..f.. Sura echvalentă de tenune dn fgura 2.14c ete dată de relaţle: R2 E B = E ; R + R 1 2 R R R B = R1 R2 = (2.7) R1 R2 Pentru cazul că tranztrul funcţnează în RAN, punctul tatc de funcţnare ete dat de temul de ecuaţ: E B = IBRB + U BE + IE RE E = RC IC + UCE + RE I E (2.8) IC = βi B Prmele duă înt ecuţle Krchhff, cre pe chul de ntrare, repectv de eşre. Ultma ecuaţe prvne dn mdelul de regm tatc al TB, pentru RAN. Mdelul ete în eenţă nelnar, dar pentru RAN e pate fl aceată aprxmaţe, care mplfcă analza p..f.. Sluţa ete dată de relaţle: E U B BE I B = RB + ( β +1) RE IC = βi B (2.9) U CE = E RC IC RE I E E IC ( RC + RE ) Verfcăm dacă tranztrul lucrează în RAN. Tenunea pe jncţunea bază-emtr ete de 0,6 0,7V. Curentul de clectr trebue ă fe cel puţn de rdnul mcramperlr (tranztrul ă nu fe blcat) ar tenunea clectr-emtr trebue ă fe cel puţn cît tenunea bază-emtr (tranztrul ă nu fe aturat). Pentru aplcaţle pretenţae, e ma face un tudu al enbltăţ p..f. în raprt cu perturbaţle ş cu dpera parametrcă (vez captlul 2 dn culegerea [3]). Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

18 Preupunînd că e verfcă pteza prvtare la RAN, determnăm parametr mdelulu de emnal mc al tranztrulu (pre exemplu, parametr h, dn relaţle ). Fgura 2.15: Schema echvalentă de c.a. a etajulu de amplfcare Regmul dnamc prveşte abaterle faţă de p..f. ş ete analzat pe chemă echvalentă, în care înt cnderate acete abater (chema echvalentă de curent alternatv). Pentru crcutul luat ca exemplu, chema echvalentă de c.a. ete prezentată în fgura Se bervă că ura de almentare (cnderată ură deală de tenune) a ft înlcută cu un curtcrcut, ca ş cndenatarele de cuplare, dearece ele reprezntă cmpnente cu tenune cntantă, pe care nu apar abater de tenune. Cele duă reztenţe de plarzare dn bază au ft înlcute cu reztenţa echvalentă. În prvnţa rlulu cndenatarelr, ete neceară bervaţe uplmentară. În md ntutv, cndenatarele de cuplare cu generatrul ş cu arcna lmtează banda de trecere în partea nferară. Lmtarea uperară a benz e datrează funcţnăr tranztrulu, dearece amplfcarea în curent cade rapd, la frecvenţe ma mar decît frecvenţa de tăere (parametru de catalg). În ntervalul dntre cele duă lmte, amplfcarea ete cvacntantă, mtv pentru care cnvenm ă numm acet nterval de frecvenţe "frecvenţe med". Analza de c.a. care urmează e referă numa la ntervalul frecvenţelr med. Cmprtarea amplfcatrulu în afara benz ş dmennarea cndenatarelr vr f tratate eparat, în ubcaptlul 2.4. Fgura 2.16: Schema echvalentă de c.a., pentru emnal mc În chema echvalentă de c.a., ete necear un mdel matematc al cmprtăr tranztrulu în regm dnamc. Dacă preupunem că abaterle mărmlr faţă p..f. înt ufcent de mc, e pate fl un mdel lnar (mdelul de emnal mc). Dntre dverele varante de mdel, pentru unfrmtatea analzelr de crcut dn acet cur, vm fl mdelul parametrlr de cuadrpl. Pentru cmdtate, cnderăm mdelul cu parametr hbrz, crepunzătr cnexun EC a tranztrulu, dar rce alt mdel trebue ă dea rezultate dentce. Crcutul echvalent ete cel dn fgura Pe acet crcut e pt calcula mărmle care caracterzează regmul dnamc. Se bervă că am negljat parametrul care decre tranferul în en nver prn tranztr, dearece tenunea creată prn acet mecanm ete farte mcă faţă de tenunea de ntrare. Începem cu amplfcarea de tenune ş cea de curent, în abenţa arcn ş fără a cndera mpedanţa generatrulu. Defnm: Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

19 U A u = ; (2.10) U =0 I I A =. (2.11) I U =0 În md frec, abenţa arcn ete trancră prn curent de arcnă nul - dacă cnderăm eşrea în tenune, au prn tenune de arcnă nulă - dacă eşrea ete în curent. Au lc relaţle: U 1 I b = ş U = h f Ib ( RC R ). h h Rezultă mărmle: 1 h f ( RC ) h Au = (2.12) h R A = h f 12 (2.13) R12 + h Semnul " " dn exprea amplfcăr de tenune arată că tenunea de la eşre ete în antfază cu cea de la ntrare, cînd amînduă înt măurate faţă de punctul cmun. Pentru a afla mpedanţa de ntrare, e pate analza drect crcutul echvalent dn fgura 2.16: U I = R12 h ; U Z = = R12 h = R1 R2 h. (2.14) I Pentru a calcula mpedanţa de eşre, e crează un nu crcut de tet, în care eşrea amplfcatrulu ete exctată cu un generatr extern, în tmp ce generatrul de la ntrare ete pavzat. Rezultă crcutul dn fgura 2.17, care crepunde cu crcutele utlzate în md bşnut, pentru măurarea mpedanţe de eşre. Fgura 2.17: Schema de măurare a mpedanţe de eşre Curentul de bază ete nul, dn cauză că am negljat reacţa nternă prn tranztr. Implct, curentul generatrulu ntern al tranztrulu ete nul. Rezultă: U 2 I 2 = ; 1 RC h U 1 Z = 2 = RC. (2.15) I 2 h Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

20 Dacă retrîngem analza la tranztrul flt în amplfcatr, e bervă că mpedanţa a de ntrare 1 ete h ar mpedanţa de eşre ete. h Pentru a determna valrle mărmlr (amplfcare ş mpedanţe) dn cazul real, în funcţe de mpedanţele generatrulu ş arcn, e cnderă crcutele echvalente dn fgura 2.18 (preluată dn fgura 2.8). Spre exemplu, pentru a ţne cnt de reztenţa nternă a generatrulu, amplfcarea Z de tenune e înmulţeşte cu raprtul. Smlar, la atacul în curent, amplfcarea de curent Z + Rg Rg e înmulţeşte cu raprtul. La eşre, în prezenţa arcn, amplfcarea de tenune e Z + Rg R Z înmulţeşte cu raprtul ar amplfcarea de curent cu raprtul. Z + R Z + R U E g Z = Z + R g I I g Rg = Z + Rg U au R = Z + R I ai Z = Z + R Fgura 2.18: Crcute echvalente la ntrarea ş la eşrea amplfcatrulu Aplcînd relaţle de ma u, e bţne amplfcarea de tenune, de la generatr pînă la arcnă: U E g h = f 1 ( h h R C ) Z Z + R g Z R + R. (2.16) În funcţe de cpul analze, e pt calcula ş amplfcărle tranmpedanţă au tranadmtanţă, care nu rdcă nc dfcultate. Tranadmtanţa ete char panta tranztrulu, g m, pe care putem determna dn regmul de c.c. (vez relaţa (0.21) ş rîndurle următare). Aceeaş mărme putem exprma prn parametr de cuadrpl: h f a y = gm =. (2.17) h Tranmpedanţa ete N.B.: calculul aprxmatv! a z R 1 = 12 h f ( RC ). (2.18) R + h h 12 În legătură cu exprmarea analtcă a mărmlr evaluate ma u, ete mprtant de bervat prpretate eenţală în practca crcutelr electrnce: deş relaţle dedue înt exacte, atunc cînd înt aplcate unu crcut partcular, ele nu cnduc la valrle adevărate ale parametrlr. Aceata e întîmplă dn cauza ncerttudnlr aupra mărmlr cu care e lucrează, în pecal aupra parametrlr dpztvelr emcnductare (atît ce de regm taţnar cît ş ce de regm dnamc), temperatur ş Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

21 parametrlr cmpnentelr pave. În acet cntext, dacă e repectă cndţa de emnal mc adptată în paragraful 0.2 (relaţa (0.22)), erarea prduă de nelnartate ete ma mcă decît erarea prduă datrtă parametrlr menţnaţ ma u. În cnecnţă, electrnşt flec adeer aprxmăr ale exprelr exacte, care ntrduc err ma mc decît cele datrate ncerttudn ş nelnarătăţ. Una dntre aprxmărle frecvente ete negljarea admtanţe de eşre a tranztrulu, în cmparaţe cu reztenţa dn clectr ş cu reztenţa de arcnă. Spre exemplu, dacă tranztrul lucrează la un curent de clectr de 1mA, mpedanţa de eşre dn tranztr ete cam de 100kΩ. Reztenţa dn clectr nu depăşeşte cîţva kω, dec e pt fl aprxmărle: h f R Au = I =0 h C ş Z = R C. Alte aprxmăr aemănătare e flec în calculul regmulu taţnar ş în analza parametrlr crcutelr cu ma multe tranztare. Ele au avantajul că evdenţază parametr eenţal a unu crcut, în frmule relatv mple, fără a ntrduce err exagerate. Ttuş, electrntul trebue ă apreceze cu dcernămînt dacă analza e pretează au nu la anumtă aprxmare, dearece unele mplfcăr pt duce la err ubtle ş rezultate derutante. Una dntre perfrmanţele care ntereează la rce amplfcatr ete excura maxmă a emnalulu de eşre. Aceata îneamnă ampltudnea maxmă a abaterlr faţă de p..f. ale eşr, care pătrează funcţnarea amplfcatrulu în dmenul lnar. Pentru a analza aceată prpretate, ete utl ă e deeneze lcul gemetrc al punctelr de funcţnare ale tranztrulu, în regm dnamc. S-a pu deja în evdenţă că p..f. aparţne drepte tatce de arcnă, care rezultă dn crerea ecuaţe II Krchhff în crcutul de eşre (a dua ecuaţe dn temul (2.8)). Aceată dreaptă (în fgura 2.19a, dreapta ma aprpată de rzntală, care nterectează ambele axe) cnţne mulţmea punctelr de funcţnare pble, în regm taţnar, determnate de cmanda dn bază. În regm dnamc, lcul gemetrc al punctelr de funcţnare nu ma ete dreapta tatcă de arcnă, datrtă cmprtăr cndenatrulu C E ca un curtcrcut, în banda frecvenţelr med. Dearece funcţnarea întregulu crcut (ncluv tranztrul) ete aprxmată lnar, acet lc gemetrc va f dreaptă ş va trece prn p..f. (ete jutfcată denumrea de "dreaptă dnamcă de arcnă"). Relaţa între abaterea de tenune ş cea de curent ete dată de: 1 U = I ( RC R ). (2.19) h 1 Rezultă că mdulul pante drepte dnamce de arcnă (2.19) ete nverul reztenţe RC R, h care ete arcna dnamcă a generatrulu de curent dn tranztr. Pentru mpltatea frmulelr, ntăm cu R L aceată reztenţă. Semnul mnu e datrează faptulu că eşrea dn tranztr generează tenune în pzţe de fază cu curentul. În planul caractertclr de eşre, dreapta dnamcă de arcnă are apectul dn fgura 2.19a. Pentru a renunţa la mărmle dn regmul tatc, e pate face chmbare de crdnate, prn trecerea la abaterle I c ş U ce. Dreapta dnamcă de arcnă are pzţa dn fgura 2.19b, rgnea cnczînd cu p..f.. Ttuş, pentru a tabl lmtele de varaţe ale tenun ş curentulu, trebue examnate caractertcle dn fgura 2.19a. Lmtele de funcţnare lnară (fără truncherea emnalulu) înt date de blcarea ş aturaţa tranztrulu. Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

22 Fgura 2.19: Dreapta dnamcă de arcnă, în planul caractertclr de eşre ale tranztrulu În enul pre blcare, curentul pate cădea cu valarea I C (valarea dn regmul taţnar), ceea ce face ca tenunea ă pată creşte cu valarea I C R L. În enul pre aturaţe, tenunea pate U CE 0, 6V cădea cu U CE U BE U CE 0, 6V, de unde creşterea maxmă a curentulu:. RL Preupunînd că emnalul aplcat ete metrc faţă de valarea mede, rezultă ampltudnle maxme ale emnalulu de tenune ş celu de curent, la eşre: U ce max = mn( U CE 0,7V, IC RL ) (2.20) U CE 0,7V Ic max = mn( IC, ). (2.21) RL Trecînd la mărmle legate de arcnă, U max = U ce max ş I max = Ic max. Z + R Pentru a determna lmtele emnalelr de ntrare, e împarte lmta crepunzătare a emnalulu de eşre la amplfcare. Spre exemplu, ampltudnea maxmă a tenun generatrulu, E g, ete U max U, unde A u ete amplfcarea de tenune, în raprt cu tenunea de generatr, A u =. Au Eg În cazul cînd nu e repectă lmtele emnalulu de ntrare, emnalul de eşre rezultă trunchat, aşa cum ete reprezentat emnalul de tenune în fgura Cu lne punctată a ft fgurată valarea dn regmul tatc. Cauza truncher prezentate în fgură ete (în rdne): blcare, aturaţe, blcare + aturaţe. Z Fgura 2.20: Lmtarea tenun de eşre datrtă blcăr, aturaţe au amîndrura O altă lmtă mpuă de nelnartatea dpztvulu emcnductr ete cea de emnal mc. Cnderăm că erarea maxmă admblă a du la cndţa U be < 3mV ş, în funcţe de mdelul Rg adptat pentru generatrul de emnal, rezultă una dn cndţle: E g < 3mV (1 + ) au Z Rg + Z I g < 3 mv. Dacă nu e repectă lmtarea mpuă de cndţa de emnal mc, emnalul de Rg Z Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale

23 eşre pate avea apectul dn fgura În atfel de tuaţ, valrle med ale tenun ş curentulu, măurate în regm dnamc, nu ma înt egale cu valrle dn regmul tatc. Fgura 2.21: Dtrnarea emnalulu de eşre, datrtă nerepectăr cndţe de emnal mc Valrle tpce ale mărmlr pecfce amplfcatrulu analzat, în pteza că ete vrba de un amplfcatr de emnal mc, înt: - amplfcare de tenune de rdnul zeclr au utelr; - amplfcare de curent de rdnul zeclr au utelr; - mpedanţă de ntrare de rdnul klhmlr; - mpedanţă de eşre de rdnul utelr de hm au klhm (cu excepţa tuaţe cînd reztenţa de clectr ete în acelaş tmp ş arcnă, cînd mpedanţa de eşre ete char mpedanţa de eşre dn tranztr, de rdnul zeclr au ute de klhm). Dn valrle menţnate ma u, e cntată că etajul de amplfcare ete un etaj "bun la tate", cu amplfcare emnfcatvă atît în tenune cît ş în curent. Ttuş, mpedanţele de ntrare ş eşre nu înt caractertce unu amplfcatr deal, pentru că ele nu înt nc mult ma mar nc mult ma mc decît mpedanţele uzuale de generatr ş de arcnă. Obervaţ: - Amplfcarea în tenune de valare mare. Ete etaj nverr de fază. Depnde de p..f. (prn ntermedul mpedanţe de ntrare în tranztr) - Amplfcare în curent de valare mare - Amplfcarea în putere ete ubtanţală - Impedanţa de ntrare ete mede (nu jutfcă ntrare deală nc de tenune, nc de curent) ş depnde de p..f. - Impedanţa de eşre ete mede (reztenţa de clectr) ş nu depnde emnfcatv de p..f. - Etajul ete flt în amplfcatare de aud- ş vdefrecvenţă, de puter mc, în tehnca de măurăr ş aparatura electrcancă. Laurenţu Frangu, Crcute Electrnce Fundamentale