Cap.7. REACŢIA NEGATIVA

Transcript

1 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag. 7.1 Cap.7. REACŢIA NEGATIVA 7.1. Principiile reacţiei negative Cnceptul de "reacţie negativa" este fundamental pentru viata. Un simplu experiment pate ilustra aceasta: inchideti chii si api incercati sa puneţi in cntact vârfurile degetelr aratatare de la cele dua mâini; prbabil nu veţi reuşi de prima ara. Prin închiderea chilr se întrerupe "cale" (bucla) de reacţie negativa care este vitala întregii acţiuni umane; pentru realizarea unei peraţiuni crecte, trebuie sa fim capabili sa ştim ceea ce facem si astfel sa aplicam mici crecţii când si daca este necesar. De fapt, luam "ieşirea" (acţiunea) si întarcem ( aplicam) la intrare (intenţia sau "instrucţiunea" mentala), astfel încât ieşirea este făcuta egala cu intrarea. Cu alte cuvinte, acţiunea este frţata sa crespunda intru ttul cu intenţia. Exemple de reacţie negativa pt fi găsite de asemenea in dmeniul ingineriei mecanice. Unul din exemplele cele mai clare este regulatrul flsit pentru cntrlul turaţiei maşinilr rtative. Una din frmele cele mai spectaculase de regulatr de turaţie era flsita la vechile maşini cu aburi, care erau principalele surse de putere mtare ale seclului trecut. Regulatrul este prezentat in fig.7.1 si cnsta dintr-un ax care se rteşte la turaţia axului mtr; daca turaţia creste (sau scade), greutatile se indeparteaza ridicând (sau cbrând) cuplajul care actineaza direct rbinetul de cntrl al debitului de vapri. Regulatare similare, intr- frma mult mai evluata, cntrlează si viteza turbinelr actuale, care antrenează alternatarele din staţiile de mare putere. valva abur abur Masina cu abur regulatr turatie Fig.7.1. Reglajul turatiei prin reactie, la masina cu abur Vin Sumatr S e Castig de tensiune Amplif. Semnal de reactie Atenuatr cu castig de tensiune Fig.7.2. Un amplificatr cu castig si circuitul de reactie In aceste exemple, sistemul este ţinut sub cntrl aducând la intrare parte din ieşirea sa. Sistemele de cntrl mecanice, cum ar fi regulatrul de turaţie centrifugal prezentat in fig.7.1, sunt cunscute sub denumirea de serv-sisteme si sunt fundamentale pentru autmatizarea industriala. Acestea frmează baza stiintei intitulate cibernetica Reacţia negativa in electrnica Exact la fel cum "maşina cu aburi" necesita un regulatr, multe amplificatare electrnice necesita "reacţie negativa" daca drim ca amplificarea lr sa fie cu precizie prescrisa si sa ramâna cnstanta la schimbarea temperaturii, frecventei si amplitudinii semnalului. Prin reacţie (feedback) se înţelege aducerea unei parţi a semnalului de ieşire înapi în intrare. După cum se ştie, curentul de clectr de plarizare, la un etaj de amplificare cu un tranzistr biplar, pate varia cu câştigul in curent al tranzistrului β. Vm vedea in cntinuare care sunt parametrii care dictează amplificarea; printre aceştia vr fi: punctul static de funcţinare si tensiunea de alimentare. Când vm avea un număr mare de tranzistare si rezistare fabricate împreuna intr-un circuit integrat, variaţiile acestr cmpnente vr duce la incertitudine de ansamblu in amplificarea glbala de tensiune. Spre exemplu, valare tipica pentru amplificarea unui "amplificatr peraţinal" ppular de tip "741" (µa741, βa741) este de , dar datele de catalg arata ca

2 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag. 7.2 unele exemplare pt sa aibă un câştig de dar Reacţia negativa va găsi răspunsul (sluţia) pentru aceste prbleme de amplificare. Examinarea unui circuit tipic de reacţie negativa si câteva calcule simple vr arata clar efectul reacţiei negative. Fig.7.2 prezintă schema blc a unui amplificatr cu un câştig de tensiune A, cu bucla de reacţie ce cnţine un atenuatr (cu câştigul, mai precis atenuarea β, ntaţie intamplatr identica cu câştigul in curent al tranzistrului biplar) care aduce la intrare fracţiune cnstanta β (ntata uneri si f) din semnalul de ieşire. In acest caz general, vm cnsidera plaritatea semnalului amplificat si reacţia pzitive, semnalul de reacţie fiind "adunat" la semnalul de intrare. După ce am făcut calculele putem schimba semnul la tensiunea de reacţie, sau la câştigul amplificatrului, pentru ca reacţia sa fie negativa. In fig. 7.2 putem lua amplificarea efectiva de tensiune, A, pentru amplificatrul cu reacţie. Aceasta este data simplu prin raprtul dintre tensiunea de ieşire si tensiunea prezenta la intrare: A = V ies / V in Acum vm cnsidera semnalul "e" la intrarea amplificatrului de baza cu amplificarea A dat de : e = V in β V ies dar ştim ca: V ies = A e si deci: V ies = A (V in β V ies ) Rearanjand, V ies (1- β A ) = A V in = V 1 βa De unde: in A = (7.1) 1 βa Ecuaţia (7.1) este ecuaţia generala pentru "un amplificatr cu reacţie". Amplificarea de baza, A, este numita adesea "amplificarea in bucla deschisa" a amplificatrului (amplificarea fara reacţie). După cum se vede din ecuaţia (7.1), reacţia este pzitiva, si se pate arata imediat ca amplificarea devine infinita daca βa =1. Un câştig infinit implica faptul ca amplificatrul va avea semnal de ieşire fara semnal la intrare, si aceasta este exact ceea ce se întâmpla. Reacţia pzitiva este fenmenul de baza in cazul "scilatarelr" (generatarelr de semnal). Pentru reacţie negativa, putem face β negativ, scăzând reacţia din semnalul de intrare si nu adunând-. Astfel: = (7.2) V 1 βa in Acum daca, cum este situaţia uzuala, βa >>1 (A >> 1/β) putem neglija cifra "1" de la "numitr" si A A /βa, adică: A 1/β (7.3) Aceasta este cea mai imprtanta ecuaţie, întrucât am bţinut un amplificatr cu amplificare precis determinata. Atâta timp cât amplificarea in bucla deschisa A este mai mare (ex. de sute de ri mai mare) decât amplificarea in bucla închisa A, aceasta (amplificarea in bucla închisa A) va fi independenta de caracteristicile amplificatrului si va depinde dar de "β". Aceasta fracţie de reacţie β (ntat si f = factr de reacţie; f<1), uzual depinde dar de dua rezistente intr-un divizr de tensiune (stabilesc ce fracţiune a semnalului de ieşire este adusa la intrare), si care frmează reţeaua de reacţie (atenuatr de precizie, cu atenuarea egală cu β=f). Rezistentele sunt cele mai stabile cmpnente in electrnica, valrile lr pt fi precis stabilite cu acurateţea drita si sunt stabile in timp. Reacţia negativa extinde aceste calitati de acurateţe si stabilitate in timp, asupra prprietatilr si câştigului întregului amplificatr. Reacţia negativă asigura micşrarea zgmtului, lărgirea benzii de frecvenţă, creşterea stabilităţii, micşrarea distrsiunilr, mdificarea impedanţelr de intrare şi de ieşire în sensul în care amplificatrul tinde ca să devină ideal.

3 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag Reacţia negativa si răspunsul in frecventa Nici un amplificatr nu are acelaşi câştig la tate frecventele. După cum se ştie, câştigul amplificatarelr începe sa cada la frecvente mari, datrita capacitatilr de pierderi interne. Când un amplificatr prezintă variaţii excesive ale amplificării funcţie de frecventa semnalului, se spune ca are un răspuns prst in frecventa. Aceasta deficienta este adesea denumita "distrsiune de frecventa" sau "distrsiune de liniaritate" (dearece amplificatrul lucrează in regiunea liniara a caracteristicii de transfer), si nu trebuie sa fie cnfundata cu "distrsiunile de neliniaritate" care vr fi discutate in subcapitlul 7.4. Reacţia negativa pate crecta un răspuns prst in frecventa, atâta timp cât amplificarea in bucla deschisa rămâne mult mai mare decât cea in bucla închisa. Ecuaţia (7.3) se pate deci aplica si in cnsecinţa amplificarea nu depinde de frecventa. Fig.7.3 prezintă grafic câştigul unui amplificatr integrat de tip 741, reprezentat in funcţie de frecventa. Linia superiara reprezintă amplificarea in bucla deschisa; enrma cădere a amplificării la frecvente înalte este de fapt deliberat intrdusa printr-un cndensatr intern, pentru cnsiderente de stabilitate. Curbele inferiare ilustrează mdul in care reacţia negativa "aplatizează" răspunsul in frecventa, dar in detrimentul câştigului: răspunsurile in frecventa sunt reprezentate pentru câştigul in bucla închisa de 1000, 100, 10 si au un astfel de nivel ca pt fi trasate cu rigla până in vecinătatea curbei ce indica caracteristica in bucala deschisa. Cu tate ca întreaga pierdere de amplificare datrata reacţie negative pare seriasa, este de fapt uşr sa cnectezi in serie (cascada) dua amplificatare cu reacţie negativa si astfel sa refacem câştigul amplificatrului fara reacţie negativa, dar cu un răspuns in frecventa mult imbunatatit Castig de tensiune 10 4 Castig in =0, bucla deschisa =0, =0,1 10 f(hz) k 1M Fig.7.3. Raspunsul in frecventa al unui amplificatr cu reactie negativa V _ V _ V _ 7.4. Distrsiuni de neliniaritate Oricine a flsit un aparat de radi cu baterii uzate, a putut asculta si identifica "distrsiunile de neliniaritate". Distrsiunile apar când un amplificatr nu furnizează replica amplificata perfecta a frmei de unda de intrare, schimbând intr-un anumit fel frma sa, din cauza caracteristicii sale de transfer neliniare. Fig.7.4 reprezintă un semnal de intrare pur sinusidal si dua versiuni ale acestui semnal după ce el este subiectul a dua frme diferite de distrsiuni de neliniaritate. Aceste varietati de distrsiuni apar din cauza câştigului amplificatrului care este intr-un anumit fel dependent de valarea instantanee a amplitudinii semnalului. In fig.7.4.(b) câştigul amplificatrului cade la valri instantanee mari, pzitive sau negative, ale semnalului de intrare ("clipping distrtin" - distrsiuni de limitare), pe când in fig.7.4.(c) se prezintă distrsiunile ce apar la valri farte mici ale amplitudinii semnalului, in vecinătatea trecerii prin zer. Aceste defecte ale amplificatrului pt fi grupate împreuna sub un nume cmun "distrsiuni de neliniaritate"(dearece amplificatrul nu mai lucrează in regiunea liniara a caracteristicii de transfer) sau "distrsiuni de amplitudine" si pt fi cnsiderate ca erare la ieşirea amplificatrului. Pentru aceste cnsiderente clare, exemplul din fig.7.4.(c) este numit "distrsiune de (a) (b) (c) timp timp timp Fig.7.4.(a) Sinusida pura (b) Distrsiuni de limitare (c) Distrsiuni de trecere

4 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag. 7.4 trecere" (racrdare, incrucisare) si este un defect cmun in amplificatarele de putere prst priectate sau reglate. Este farte clar ca daca reacţia negativa pate sa facă câştigul unui amplificatr independent de variabile cum ar fi: caracteristicile tranzistrului si frecventa semnalului, ar trebui sa elimine distrsiunile de neliniaritate făcând câştigul independent de amplitudinea semnalului. Aceasta situaţie este desigur adevărata atâta timp cât amplificarea in bucla deschisa rămâne mult mai mare ca amplificarea in bucla închisa Măsurarea distrsiunilr armnice Flsirea unui semnal sinusidal pentru a ilustra distrsiunile in fig.7.4 nu a fst alegere arbitrara. Analiza Furier arata ca rice unda repetitiva, de rice frma, pate fi sintetizata din semnale sinusidale multipli întregi ai frecventei riginale. Cu alte cuvinte, este bine de ştiut ca semnalul sinusidal este un semnal de un tip unic, dearece acesta cnţine dar singura frecventa. Orice alta frma de unda (semnal) cnţine serie de frecvente, numite "armnice". Prima armnica este numita "fundamentala" si determina frecventa de repetiţie a semnalului. Frecventele "multipli ai fundamentalei" sunt numite "armnice" iar amplitudinea si faza lr determina alura frmei de unda (a semnalului). Când un semnal sinusidal suferă distrsiuni de neliniaritate intr-un amplificatr, amplificatrul de fapt adaugă armnici semnalului riginal sinusidal. Astfel distrsiunile sunt cnvenabil măsurate, injectând un semnal pur sinusidal in amplificatr si determinând ce prprţie din semnalul ttal de ieşire este reprezentata prin armnice. Aceasta metda de exprimare a distrsiunilr neliniare este numita măsurătare de distrsiuni armnice. Pentru a măsura cnţinutul armnic, un circuit rejectr de frecventa este cnectat la ieşirea amplificatrului si este acrdat pentru a elimina "frecventa fundamentala". Astfel rămân dar armnicele si "distrsiunile ttale armnice" (THD) sunt uzual exprimate prcentual după cum urmează: tensiunea armnica r.m.s. THD = *100% tens.ttal a r.m.s. de iesire Măsurarea distrsiunilr de intermdulatie Alt efect de neliniaritate in amplificatare este bservat când dua semnale sunt amplificate împreuna: suplimentar semnalelr riginale, ieşirea va cnţine un semnal egal cu suma frecventelr de intrare si altul cu diferenţa frecventelr. Cu alte cuvinte daca aducem la intrarea unui amplificatr neliniar dua semnale cu frecventele de exemplu de 800Hz si 900Hz, ieşirea va cnţine suplimentar semnalelr de 800Hz, 900Hz si armnicelr lr, ni semnale cu frecventele de 100Hz, 1700Hz, etc. Frecventele suma si diferenţa sunt numite "prduse de intermdulatie" si sunt neplăcute in dmeniul audi, dearece spre desebire de armnicile de rdin inferir, acestea nu sunt crelate muzical cu frecventele riginale. Intermdulatia pate fi flsita ca măsura a neliniaritatii unui amplificatr, exprimând prcentual distrsiunile de intermdulatie (IMD) după cum urmează: tens. r.m.s. a prd.de itermdulatie IMD = *100% tens. r.m.s. ttala de iesire Măsurătrile de IMD cer rejectia a dua frecvente fundamentale, in lc de dar una in cazul măsurătrilr de THD, si trebuie flsit ri un analizr care este acrdat separat pe fiecare prdus de intermdulatie, sau un demdulatr ca un detectr radi pentru a măsura tate prdusele împreuna. Cele dua metde nu aduc, una in raprt cu alta, infrmaţii suplimentare, dar ele sunt dua cai pentru a măsura (evidenţia) neliniaritatile intr-un amplificatr. In practica, este dificil de făcut măsurătri ale distrsiunilr de neliniaritate la frecvente mari, când armnicele se întind peste banda de trecere a amplificatrului. In aceasta situaţie, măsurătrile de intermdulatie pt da rezultate mult mai crecte ale neliniaritatii la frecvente înalte.

5 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag. 7.5 Pentru a da imagine cmpleta a prduşilr de "distrsiune", indiferent daca ei sunt armnice ale unei singure frecvente, sau frecventele suma si diferenţa pentru dua semnale, frecventele individuale pt fi detectate cu ajutrul unui filtru acrdabil de banda îngusta, adesea numit analizr de banda îngusta. Un astfel de analizr este in general cstisitr, dar el permite extragerea armnicilr din zgmt, lucru semnificativ când măsurătrile sunt făcute la nivele de ieşire cbrâte. Analizrul de semnal indica de asemenea daca distrsiunile sunt mai cu seama armnice de rdin inferir (a dua si a treia) sau de rdin superir care, sunt mult mai nedrite in dmeniul audi. Daca armnicile sunt măsurate separat si tensiunile r.m.s. măsurate pentru armnicile a dua, treia, patra, etc., sunt V 2, V 3, V 4 etc. atunci: THD = V2 V3 V4... *100% V V V V unde V 1 este nivelul fundamentalei si este prbabil singurul termen semnificativ la numitr. Prduşii de intermdulatie pt fi cmbinaţi intr-un md similar pentru a da valarea r.m.s. si astfel prcentajul pentru IMD Reacţia negativa si distrsiunile Din descrierile de mai sus, distrsiunile de neliniaritate pt fi privite ca semnale nedrite adăugate de amplificatr semnalului riginal. Calculele care urmează arata ca reacţia negativa reduce distrsiunile cu acelaşi factr cu care reduce câştigul. Cnsiderând amplificatrul din fig.7.5 care are un câştig de tensiune in bucla deschisa A si un cnţinut de distrsiuni D la ieşire înainte de a aplica reacţia; spre exemplu fara reacţie: V ies = A V in D Acum cnectând reacţia negativa, aducem la intrare fracţiunea -β a ieşirii. Daca e este semnalul de tensiune intre brnele de intrare ale amplificatrului cu reacţie negativa, atunci: V ies = A e D unde: e = V in - β V ies Atunci: V ies = A (V in - β V ies ) D Rearanjând: V ies (1 β A ) = A V in D D si deci: = Vin (7.4) 1 β A 1 βa dar, V ies = A V in D unde A = A /(1βA ) este câştigul de tensiune in bucla închisa si D=D /(1βA ) este distrsiunea la ieşire cu reacţie negativa. V in Sumatr S - V ies e Castig de tensiune cntinut in dist. D Semnal de reactie Factr de reactie - V ies Fig.7.5. Amplificatr cu distrsiuni si reactie negativa (- ) 47k 10u Vin 10k Astfel am văzut ca atunci când aplicam reacţia negativa la un amplificatr, distrsiunile sunt reduse printr-un factr (1βA ), dar in schimb, semnalul de intrare pate fi crescut prin acelaşi 2 4 R s 4k7 1k Ec 9V 10u Vin R E 0V Fig.7.6. Rezistenta de emitr R E nedecuplata = reactie de curent serie - Reactie Rf R1 Fig.7.7. Amplificatr de tensiune cu reactie negativa

6 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag. 7.6 factr (1βA ) pentru a menţine semnalul de ieşire nemdificat. Trebuie făcuta acum bservaţia ca virtual tate distrsiunile sunt generate in etajul final al amplificatrului, singurul care manevrează semnale mari. Prin flsirea unui al dilea etaj de amplificare pentru a ridica intrarea prin factrul (1 βa ) cerut, nu vm avea creştere semnificativa a distrsiunilr întrucât la acest nivel sunt manevrate dar semnale mici. Câştigul de tensiune este mic si pate fi relativ uşr de realizat cu distrsiuni mici. Este dificil de priectat un amplificatr de putere cu mai puţin de 1% distrsiuni armnice ttale in cndiţiile unei bucle deschise, dar cu reacţie negativa, factri de distrsiune mai mici de 0,1% sunt des întâlniţi la amplificatare de audifrecvenţa. Cu tate ca reacţia negativa pare a fi "dctrie" pentru tate cerinţele impuse de amplificare de calitate (ideala), este imprtant de reamintit ca aceasta este efectiva dar in cndiţiile menţinerii unei amplificări mari in bucla deschisa (A ) in raprt cu amplificarea in bucla închisa (A). Nu acesta este situaţia la frecvente înalte unde capacitatile semnificative la tranzistarele de putere, au un efect de suntare. Din aceasta cauza distrsiunile cresc semnificativ la frecvente mai mari de 10kHz, in amplificatarele audi. Alta situaţie este atunci când amplificarea in bucla deschisa cade, spre exemplu atunci când amplificatrul este in suprasarcina, etajul final este ri saturat ri blcat datrita semnalului. In aceste cndiţii semnalul de ieşire nu mai pate urmări semnalul de intrare; câştigul cade la zer si nici un nivel al reacţiei negative nu mai pate crecta distrsiunile rezultate Instabilitatea si reacţia negativa Intr-un amplificatr cu reacţie negativa s-a cnsiderat ca βa este negativ la tate A frecventele. Daca βa va deveni pzitiv, revenind la ecuaţia generala a reacţiei A = unde, 1 βa daca βa =1, A devine infinit si amplificatrul va "scila". Este psibil ca βa sa devină pzitiv intr-un amplificatr, uzual ca rezultat al schimbării semnului lui A la frecvente înalte unde defazarea prdusa de capacitatile parazite se aduna la defazarea ttala de 180 dintre intrare si ieşire. Schimbarea maxima de faza care pate fi prdusa de rezistenta si un cndensatr este de 90, astfel ca, metda frecventa de surmntare a prblemelr de defazaj este adăugarea unui cndensatr de cmpensare de mare capacitate care dmina caracteristica de înalta frecventa si asigura netezire si atenuare de 6dB la fiecare dublare de frecventa ( astfel de atenuare indica schimbare de faza de 90 ). La frecvente înalte chiar pentru capacitati parazite care prduc schimbare de faza de 180, atenuarea intrdusa prin cndensatrul de cmpensare asigura amplificare in bucla deschisa atât de mica încât βa << 1 si astfel instabilitatea nu pate sa apară. Acest tip de cmpensare da naştere caracteristicii de frecventa prezentata in fig.7.3 pentru amplificarea in bucla deschisa a unui amplificatr peraţinal de tip Tplgii de reacţie. Reacţia de curent serie Semnalul de ieşire pate fi curent sau tensiune. Reţeaua de reacţie ia un eşantin din semnalul de ieşire şi-l cmpară cu semnalul de intrare. Semnalul de intrare pate fi (independent de tipul celui de ieşire), fie curent, fie tensiune. Există în ttal patru psibilităţi, deci patru tplgii de circuite cu reacţie. Dacă cnexiunile la intrare sau la ieşire sunt în serie avem de a face cu buclă, iar dacă sunt în paralel avem un nd. Pentru denumire se priveşte de la ieşirea amplificatrului spre intrarea lui (de la intrarea reţelei de reacţie spre ieşirea ei), deci mai întâi se urmăreşte mărimea eşantinata la ieşirea amplificatrului si api ce se cmpara la intrarea lui. Discuţiile purtate in acest capitl au fst cncentrate in direcţia "reacţiei negative de tensiune serie", dearece acest tip de reacţie este cel mai frecvent întâlnit. Denumirea cmpleta este amplificatr de tensiune sau amplificatr cu reacţie cu eşantinare în nd şi cmparare pe buclă; reacţie de tensiune (la ieşire) serie (la intrare); reacţie paralel-serie (figurile 7.5, 7.7, 7.8). Celelalte trei tplgii de circuite cu reacţie sunt:

7 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag Amplificatr de transimpedanţă sau amplificatr cu reacţie cu eşantinare în nd şi cmparare în nd; reacţie de tensiune (la ieşire) paralel (la intrare); reacţie paralel-paralel (şunt). 2. Amplificatr de curent sau amplificatr cu reacţie cu eşantinare pe buclă şi cmparare în nd; reacţie de curent (la ieşire) paralel (la intrare); reacţie serie-paralel (privind de la ieşirea la intrarea amplificatrului). 3. Amplificatr de transadmitanţă (transcnductanţă) sau amplificatr cu reacţie cu eşantinare pe buclă şi cmparare pe buclă; reacţie de curent (la ieşire) serie (la intrare); reacţie serie-serie (fig.7.6). Reacţia negativa de curent serie (fig.7.6) are aceleaşi caracteristici de baza ca reacţia de tensiune serie: stabilizează câştigul si reduce distrsiunile. Ea pate fi întâlnita la un etaj de amplificare care incrprează rezistenta "de emitr" sau "de sursa". In md nrmal rezistenta din emitr sau sursa este decuplata cu un cndensatr de capacitate mare, in sensul de a împiedica apariţia unei tensiuni de semnal pe ea, dar daca cndensatrul de decuplare este îndepărtat tensiunea a.c. de pe rezistenta de emitr (sau de sursa) apare in serie cu semnalul de intrare. Fig.7.6 prezintă un etaj cu tranzistr biplar cu rezistenta de emitr R E nedecuplata; aici se pate vedea ca tensiunea de intrare V in nu se aplica direct pe jncţiunea baza-emitr, ci prin intermediul rezistentei R E. Acum suplimentar pe R E, fata de tensiunea cntinua datrata punctului static de funcţinare, avem tensiune alternativa (a.c.) prprţinala cu cmpnenta de semnal a.c. din curentul de emitr. Pe aceasta cale, un semnal de tensiune, prprţinal cu curentul de ieşire este adusa de la ieşire din nu la intrare. Este util de ntat ca semnalele pe rezistenta R E si R S sunt defazate cu 180 (pziţie de faza), iar semnalul pe R E in raprt cu cel de intrare sunt in faza. Se pt bţine de pe R E si R S dua semnale in pziţie de faza, iar daca aceste rezistente sunt si egale, cele dua semnale vr fi egale in mărime, iar circuitul va fi numit "circuit separatr de faza" (phase splitter), defazr. Uneri R E este parţial decuplata, flsind dua rezistente in serie si dar una din ele fiind decuplata. Rezistenta ttala din circuitul de emitr este decisa din cndiţiile de plarizare in curent cntinuu, iar prţiunea nedecuplata este aleasa pentru a da valare ptrivita lui β si a bţine astfel amplificarea drita in bucla închisa Amplificatare peraţinale cu reacţie negativa In fig.7.7 se prezintă circuitul de baza pentru un amplificatr cu reacţie de tensiune serie. O fracţiune β a tensiunii de ieşire este adusa înapi la intrare, in serie cu semnalul de intrare, dar in pziţie de faza. Triunghiul din fig.7.7 este simblul cnvenţinal pentru un amplificatr peraţinal (AO). Cnexiunile marcate cu "" si "-" sunt terminalele de intrare, iar al treilea terminal este cel de ieşire. Din cnsiderente de claritate (simplitate) nu au fst figurate brnele de alimentare ale circuitului. Amplificatrul acesta, la fel ca multe amplificatare integrate, are ieşirea simpla si intrarea diferenţiala. Cu alte cuvinte, semnalul de ieşire apare intre terminalul de ieşire si masa mntajului, pe când intrarea răspunde diferenţei de ptenţial dintre cele dua terminale de intrare. Terminalul marcat cu "" este intrarea "neinversare": un semnal pzitiv adus la aceasta intrare relativ la celalalt terminal va da ieşire de asemenea pzitiva. Terminalul marcat "-" este intrarea "inversare": un semnal pzitiv relativ la celalalt terminal va da un semnal negativ la ieşire. Daca se aplica accidental acelaşi semnal relativ la pământ (masa mntajului) pe ambele intrări in acelaşi mment, nu vm avea un semnal de ieşire (pentru AO ideal). Intrarea diferenţiala face aplicarea reacţiei negative farte uşara: fracţiune a tensiunii de ieşire este adusa înapi la intrarea inversare, pe când semnalul de intrare este aplicat intre intrarea neinversare si masa. Divizrul de tensiune R f si R 1, determina valarea lui β: β = R 1 /(R 1 R f ) Astfel daca amplificarea in bucla închisa A este mult mai mica decât amplificarea in bucla deschisa A, vm avea: A = 1/β A = (R 1 R f )/R 1 (AO in mntaj neinversr) Fig.7.8 prezintă un amplificatr cu un circuit integrat, funcţinal, flsind un amplificatr peraţinal din seria 741, bun pentru experienţe vizând reacţia negativa. Acest mntaj deriva din cel

8 INTRODUCERE IN ELECTRONICA APLICATA - S.l. ing. ILIEV MIRCEA Pag. 7.8 prezentat in fig.7.7, la care s-au adăugat circuitul de alimentare si circuitele de cuplaj. Rezistentele de 220kΩ (R 2 si R 3 ) fixează punctul static de funcţinare al amplificatrului integrat, ţinând ptenţialul intrării neinversare la tensiune de mijlc intre ptenţialul de alimentare si ptenţialul masei. Prezenta cndensatrului C 3 in divizrul de reacţie asigura ca factrul de reacţie β in d.c. sa fie egal cu unitatea; astfel ieşirea va urmări nivelul de tensiune al intrării neinversare si se va aşeza la jumătatea tensiunii de alimentare; in aceasta situaţie circuitul pate amplifica atât semnale de intrare pzitive cât si negative. In c.a. β = R 1 /(R 1 R f )=1/101. A = 1/β = 1R f /R 1 = Câştigul in tensiune al amplificatrului cu reacţie negativa pate fi măsurat cuplând intrarea la un generatr de semnal si cmparând semnalele de intrare si de ieşire pe un scilscp; valrile specificate pentru R f si R 1 dau amplificare in bucla închisa de 100. Pentru a examina amplificatrul fara reacţie, rezistenta R 1 din divizrul de reacţie pate fi scurtcircuitata; acest lucru va elimina reacţia negativa, dar nu va mdifica punctul static de funcţinare d.c. Câştigul de tensiune fara reacţie negativa va fi farte mare (de rdinul 10 5 ) la frecvente jase (in jurul frecventei de 100Hz). El va scădea cu creşterea frecventei, răspuns similar cu cel prezentat in fig V 220k R 2 10u C1 C2 1u - R f 100k Vin 220k R R 3 1 1k C 3 100u Generatr semnal E(vlti) Masuram E(vlti) cu un scilscp O cădere neaşteptata a câştigului apare la frecvente sub 100Hz datrita reactanţei finite a cndensatrului C 3 la frecvente jase, care va intrduce mica reacţie negativa. Cu reacţia in circuit, valarea lui R f pate fi schimbata pentru a bţine diferite amplificări in bucla închisa, pentru fiecare urmând a testa răspunsul in frecventa (curbele din fig.7.3 sunt un bun ghid pentru rezultatele bţinute ca răspuns in frecventa). Tensiunea de alimentare pate fi variata in dmeniul 6V 36V fara a perturba cmprtamentul circuitului. Amplificarea in bucla deschisa a amplificatrului peraţinalului 741 variază cnsiderabil cu tensiunea de alimentare, astfel ca acest lucru va permite sa demnstram prprietatea reacţiei negative de a stabiliza câştigul. Cu β = 0,01 mdificarea câştigului in bucla închisa, datrita variaţiei tensiunii de alimentare, este neglijabila (se bserva insa punând R 1 in scurtcircuit, variaţii ale amplificării in bucla deschisa, datrita mdificării tensiunii de alimentare). Daca nu dispunem de aparatura necesara măsurării distrsiunilr de neliniaritate, putem flsi un scilscp cu dua canale pentru a cmpara frma de unda a semnalelr de intrare si de ieşire (studiu calitativ). Când măsuram câştigul mare in bucla deschisa, prbabil vr fi prbleme cu măsurarea tensiunilr mici de intrare (<1mV). Multe scilscape nu sunt atât de sensibile. Un divizr de ptenţial cnectat la generatrul de semnal va rezlva prblema (vezi fig.7.9). Cu valrile prezentate in fig.7.9 semnalul de ieşire va fi divizat de 1000 de ri, erarea fiind dictata de precizia rezistentelr intrebuintate in divizr. Cu scilscpul vm măsura tensiunea furnizata de generatr si care api divizata, va ataca intrarea amplificatrului testat. 10k 10 Spre amplif. testat E/1000 V Fig.7.9. Divizr de tensiune pentru teste <<<Fig.7.8. Amplif. exp. cu reactie negativa