6. ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΩΝ 6.. Ενισχυτές ανοικτού βροχου (χωρίς ανάδραση) Ανεξάρτητα από την τάξη (Α, Β, C), το είδος της σύζευξης (R-C, με μετασχηματιστή, άμεση κλπ.), υπάρχουν (με κριτήριο τη χρήση τους) τέσσερις (4) διαφορετικοί τύποι ενισχυτών: Οι ενισχυτές τάσης. Οι ενισχυτές διαγωγιμότητας (ουσιαστικά, μετατροπείς τάσης σε ρεύμα). Οι ενισχυτές διαντίστασης (ουσιαστικά, μετατροπείς ρεύματος σε τάση). Οι ενισχυτές ρεύματος. Ορισμένες παράμετροι, ανά τύπο ενισχυτή, φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί (οι παράμετροι ισχύουν ανεξάρτητα από το αν στον ενισχυτή εφαρμόζεται ή όχι ανάδραση). Τύπος ενισχυτή (με κριτήριο τη χρήση του) Τάσης Διαγωγιμότητας Διαντίστασης Ρεύματος Χαρακτηρισμός Ενισχυτής τάσης (VCVS) Μετατροπέας τάσης σε ρεύμα (VCIS) Μετατροπέας ρεύματος σε τάση (ICVS) Ενισχυτής ρεύματος (ICIS) Σήμα εισόδου Σήμα εξόδου Κέρδος A = Y m = Z m = A = Από τη στιγμή που, για έναν ενισχυτή, έχουν υπολογιστεί (π.χ. με βάση την ανάλυση και τα μοντέλα του κεφαλαίου ) ή είναι ήδη γνωστά, το κέρδος (Α, Y m, Z m ή Α ), η αντίσταση εισόδου και η αντίσταση εξόδου, είναι δυνατή η συνολική «αντικατάσταση» του ενισχυτή από ένα ισοδύναμο κύκλωμα που θα περιλαμβάνει τα ισοδύναμα Theen ή Norton, ξεχωριστά για το βρόχο εισόδου και το βρόχο εξόδου. Τα ισοδύναμα κυκλώματα, ανά περίπτωση, φαίνονται αμέσως παρακάτω 3. Eπισημαίνεται ότι στις περιπτώσεις των ενισχυτών διαγωγιμότητας και διαντίστασης, το κέρδος δεν είναι καθαρός αριθμός, αλλά έχει διαστάσεις αγωγιμότητας και αντίστασης αντίστοιχα. Γι αυτό και, πολλές φορές, αντί για τον όρο «κέρδος», χρησιμοποιείται ο όρος «συντελεστής μεταφοράς». Για παράδειγμα, στη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (CE) ήταν = R //R //,base = R //R //β ac r e ενώ, στη συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη (CC) ήταν = R //R //,base = (R //R ) // β ac.(r Ε //R + r e ). 3 Μολονότι οι S,,, και (που εμφανίζονται στα ισοδύναμα κυκλώματα που ακολουθούν) είναι, γενικά, μιγαδικές (δηλαδή, σύνθετες αντιστάσεις ή εμπεδήσεις) για την ανάλυση του Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.
Ενισχυτής τάσης (VCVS) s s ~ ~ A Ενισχυτής διαγωγιμότητας (VCΙS) s Υ m s ~ Ενισχυτής διαντίστασης (ΙCVS) s s ~ Ζ m. Ενισχυτής ρεύματος (ΙCΙS) s Α s παρόντος κεφαλαίου, θα θεωρηθεί ότι είναι ωμικές και θα χαρακτηρίζονται ως «αντιστάσεις» (υπό την έννοια αυτή, θα μπορούσαν να συμβολιστούν και ως R S, R, R, και R ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.
Σε ό,τι αφορά τις αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, ισχύουν τα εξής: Η πρέπει να είναι μεγάλη ή μικρή (αντίστοιχα), ανάλογα με το εάν το σήμα στην είσοδο του ενισχυτή είναι τάση ( ) ή ρεύμα ( ). Η πρέπει να είναι μικρή ή μεγάλη (αντίστοιχα), ανάλογα με το εάν το σήμα στην είσοδο του ενισχυτή είναι τάση ( ) ή ρεύμα ( ). Οι παραπάνω απαιτήσεις προκύπτουν από τα ισοδύναμα κυκλώματα του παραπάνω σχήματος με βάση τους υπολογισμούς που ακολουθούν: Αντίσταση εισόδου Στους ενισχυτές τάσης (VCVS) και τους ενισχυτές διαγωγιμότητας (VCΙS), η εξίσωση διαίρεσης τάσης = s s δείχνει ότι η μεγάλη τιμή της αντίστασης εισόδου (για την ακρίβεια, η ιδιότητα >> s ) είναι απαραίτητη προκειμένου, η τιμή της να «τείνει» προς την τιμή της s, δηλαδή, στην είσοδο του ενισχυτή, να εμφανίζεται το μεγαλύτερο δυνατό ποσοστό της τάσης s της πηγής 4. Από την άλλη πλευρά, στους ενισχυτές διαντίστασης (ΙCVS) και ρεύματος (ΙCΙS), η εξίσωση διαίρεσης ρεύματος s = s s δείχνει ότι η μικρή τιμή της αντίστασης εισόδου (για την ακρίβεια, η ιδιότητα << s ) είναι απαραίτητη προκειμένου, στην είσοδο του ενισχυτή, να εμφανίζεται το μεγαλύτερο δυνατό ποσοστό του ρεύματος s της πηγής 5. Αντίσταση εξόδου Στους ενισχυτές τάσης (VCVS) και τους ενισχυτές διαντίστασης (ΙCVS), οι εξισώσεις διαίρεσης τάσης 4 Σημειώνεται ότι η πηγή τάσης s (με την αντίσταση s ) μπορεί να αντιπροσωπεύει την έξοδο της προηγούμενης κυκλωματικής βαθμίδας. Υπό την έννοια αυτή, η απαίτηση >> s, διασφαλίζει ότι s, δηλαδή ότι το σήμα εξόδου s της προηγούμενης βαθμίδας εμφανίζεται, σχεδόν ολόκληρο, στην είσοδο ( ) του ενισχυτή. 5 Και εδώ, η πηγή ρεύματος s (με την αντίσταση s ) μπορεί να αντιπροσωπεύει την έξοδο της προηγούμενης κυκλωματικής βαθμίδας. Υπό την έννοια αυτή, η απαίτηση << s, διασφαλίζει ότι s, δηλαδή ότι το σήμα εξόδου s της προηγούμενης βαθμίδας εμφανίζεται, σχεδόν ολόκληρο, στην είσοδο ( ) του ενισχυτή.. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.3
= = Α Ζ m δείχνουν ότι η μικρή τιμή της αντίστασης εξόδου (για την ακρίβεια, η ιδιότητα << ) είναι απαραίτητη προκειμένου, στην έξοδο ( ) να εμφανίζεται σχεδόν ολόκληρη η τάση A (αν πρόκειται για ενισχυτή τάσης, VCVS) ή η τάση Ζ m (αν πρόκειται για ενισχυτή διαντίστασης, ICVS) 6. Από την άλλη πλευρά, στους ενισχυτές διαγωγιμότητας (VCΙS) και ρεύματος (ΙCΙS), οι εξισώσεις διαίρεσης ρεύματος = Υ m = Α δείχνουν ότι η μεγάλη τιμή της αντίστασης εξόδου (για την ακρίβεια, η ιδιότητα >> ) είναι απαραίτητη προκειμένου, στην έξοδο ( ) του ενισχυτή, να εμφανίζεται σχεδόν ολόκληρο το ρεύμα Y m (αν πρόκειται για ενισχυτή διαγωγιμότητας, VCΙS) ή το ρεύμα Α (αν πρόκειται για ενισχυτή ρεύματος, ICIS) 7. Κέρδος ενισχυτή Ως κερδος ενισχυτή ορίζεται, γενικά, ο λόγος = όπου το σήμα εισόδου (τάση ή ρεύμα) και το σήμα εξόδου (τάση ή ρεύμα). Ενισχυτής τάσης (VCVS) =, = 6 Σημειώνεται ότι η αντίσταση φορτίου μπορεί να αντιπροσωπεύει την αντίσταση εισόδου της επόμενης κυκλωματικής βαθμίδας. Υπό την έννοια αυτή, η απαίτηση << διασφαλίζει ότι η τάση A ή Ζ m, εμφανίζεται, σχεδόν ολόκληρη, στην αντίσταση φορτίου, δηλαδή στην είσοδο της επόμενης κυκλωματικής βαθμίδας. 7 Και εδώ, η αντίσταση φορτίου μπορεί να αντιπροσωπεύει την αντίσταση εισόδου της επόμενης κυκλωματικής βαθμίδας. Υπό την έννοια αυτή, η απαίτηση >> διασφαλίζει ότι το ρεύμα Y m ή A, εμφανίζεται, σχεδόν ολόκληρο, στην αντίσταση φορτίου, δηλαδή στην είσοδο της επόμενης κυκλωματικής βαθμίδας. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.4
= Α άρα Α = Α = Προφανώς, αν << A A Ενισχυτής διαγωγιμότητας (VCΙS) =, = = Υ m άρα Υ m = Υ = m Προφανώς, αν >> Υ m Υ m Ενισχυτής διαντίστασης (ΙCVS) =, = = Ζ m άρα Z m = Ζ = m Προφανώς, αν << Z m Z m Ενισχυτής ρεύματος (ΙCΙS) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.5
=, = = Α άρα Α = Α = Προφανώς, αν >> A A ( 8 ) Σύνοψη Με βάση τα παραπάνω, μπορεί να καταρτιστεί ο πίνακας που ακολουθεί: Τύπος ενισχυτή Χαρακτηρισμός Κέρδος () Τάσης Ενισχυτής τάσης μεγάλη μικρή = = A A (VCVS) Διαγωγιμότητας Διαντίστασης Ρεύματος Μετατροπέας τάσης σε ρεύμα (VCIS) Μετατροπέας ρεύματος σε τάση (ICVS) Ενισχυτής ρεύματος (ICIS) = = = = Y m Y m = Z m Z m = A A μεγάλη μικρή μικρή μεγάλη μικρή μεγάλη Παραπομπές Θεοδώρου Ι. Ν., Ηλεκτρικές Μετρήσεις (ΙΙ: Ηλεκτρονικές και Ψηφιακές Μετρήσεις), ενότητα Α. 8 Στους ενισχυτές όπου (ανάλογα με την εφαρμογή) ισχύει η απαίτηση << ή >>, άρα, για το κέρδος του ενισχυτή, χρησιμοποιείται ο μη τονούμενος συμβολισμός (Α, Y m, Z m, A ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.6
6.. Ενισχυτές κλειστού βροχου (με ανάδραση) Γενικεύοντας την ανάλυση της ενότητας 5.3. (υπό την έννοια ότι τα σήματα εισόδου και εξόδου μπορεί να είναι τάσεις ή/και ρεύματα), προκύπτει το παρακάτω σχήμα: error = b. Τελεστικός ενισχυτής χωρίς ανάδραση Ο =. error =.( b. ) f = b. Στοιχείο ανάδρασης (όγος ανάδρασης = b) Tελεστικός ενισχυτής με ανάδραση (κέρδος κλειστού βρόχου C ) Η διεργασία της ανάδρασης προβλέπει την «επιστροφή» τμήματος f = b του σήματος εξόδου στην είσοδο του τελεστικού ενισχυτή. Η αρνητική ανάδραση προβλέπει την αφαίρεση του σήματος f από το σήμα. Στα κυκλώματα τελεστικών ενισχυτών, χρησιμοποιείται, σχεδόν αποκλειστικά, η αρνητική ανάδραση. Η θετική ανάδραση προβλέπει την πρόσθεση του σήματος f στό σήμα. H θετική χρησιμοποιείται στα κυκλώματα ταλαντωτών. Οι βασικές εξισώσεις της αρνητικής ανάδρασης είναι οι παρακάτω: Κέρδος ανοικτού βρόχου (κέρδος χωρίς ανάδραση): Ο = όγος (κλάσμα) ανάδρασης: b = Κέρδος κλειστού βρόχου (κέρδος με ανάδραση): C = f error ( 9 ) b Aν b >>, τότε C ( 0 )( ) b b 9 Για λόγους ευκολίας, το κέρδος ανοικτού βρόχου (κέρδος χωρίς ανάδραση) θα συμβολίζεται με ( O ). 0 H προσέγγιση C (που στηρίζεται στην υπόθεση >>, ώστε να είναι b >> ) b b υποδηλώνει (μέσω τη σχέσης error = ) την προσέγγιση error 0 f. Επίσης, καταδεικνύει το πολύ σημαντικό γεγονός ότι το κέρδος κλειστού βρόχου C καθορίζεται, Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.7
Συχνότητα διέλευσης: C.f 3dB,C = Ο.f 3dB,O Of 3dB,O f 3dB,C = = (+b).f 3dB,O Συχνότητα μοναδιαίου κέρδους: f unty,c = f unty,o = C.f 3B,C = Ο.f 3B,O ( ) Ο παράγοντας D = + b ονομάζεται απευαισθησία (de-senstty) και εμφανίζεται συχνά ως συντελεστής (πολλαπλασιαστής) ή ως διαιρέτης σε παραμέτρους κυκλωμάτων με ανάδραση (κέρδος, αντιστάσεις εισόδου και εξόδου κλπ). Το σημαντικότερο πλεονέκτημα των κυκλωμάτων με ανάδραση είναι η σταθερότητα του κέρδους κλειστού βροχου C (όπως καταδεικνύεται και από τον προσεγγιστικό τύπο C d ). Πράγματι, μπορεί να αποδειχθεί (βλ. αμέσως παρακάτω) ότι C d, b ( b) δηλαδή η σχετική (ποσοστιαία) μεταβολή του κέρδους κλειστού βρόχου είναι D=(+b) φορές μικρότερη από τη σχετική μεταβολή του κέρδους ανοικτού βρόχου 3. Απόδειξη: Θεωρώντας το C ως συνάρτηση του, δηλαδή ότι C = C (), προκύπτει ότι '( b) ( b)' ( b) b d C = ( C ) d = d = d = d ( b) ( b) ( b) d d C ( b) b d = d = C ( b) ( b) b C C κυρίως, από το στοιχείο ανάδρασης ενώ εξαρτάται ελάχιστα από το κέρδος του τελεστικού ενισχυτή. Επισημαίνεται ότι το κέρδος (όπως και το C ), ανάλογα με τον τύπο του ενισχυτή, μπορεί να είναι καθαρός αριθμός (για ενισχυτές τάσης ή ρεύματος) ή να έχει διαστάσεις διαγωγιμότητας ή διαντίστασης. Κάτι αντίστοιχο ισχύει και για το συντελεστή ανάδρασης b, όμως κατά τρόπο ώστε το γινόμενο b να είναι καθαρός αριθμός). Oι σχέσεις C = b b f 3dB,C = Ο f 3dB,O C = (+b).f 3dB,O και f unty,c = f unty,o = C.f 3dB,C = Ο.f 3dB,O ισχύουν γενικά, ανεξαρτήτως του τύπου ανάδρασης. 3 Επισημαίνεται ότι, παρ όλο που η αρνητική ανάδραση συσχετίζεται, συνήθως, με τους τελεστικούς ενισχυτές, είναι μια διεργασία που μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιονδήποτε ενισχυτή. Για παράδειγμα, η αντίσταση εξουδετέρωσης r E στους ενισχυτές κοινού εκπομπού (CE) συνιστά μηχανισμό αρνητικής ανάδρασης που μeιώνει το κέρδος του ενισχυτή (από την τιμή R C//R R C//R στην τιμή ) αλλά ταυτόχρονα το σταθεροποιεί καθιστώντας το λιγότερο re ' re ' re ευάλωτο στις μεταβολές της r e. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.8
Γενικά, οι σημαντικότερες επιδράσεις της αρνητικής ανάδρασης είναι οι παρακάτω: Το κέρδος του ενισχυτή μειώνεται ( C = O ) D αλλά, ταυτόχρονα, d C d σταθεροποιείται. ( ). D C Οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου αυξάνονται ή μειώνονται ανάλογα με την εφαρμογή. Η επίδραση της αρνητικής ανάδρασης είναι τέτοια ώστε να ενισχύονται τα επιθυμητά, για την εφαρμογή, χαρακτηριστικά (μεγάλη ή μικρή τιμή των αντιστάσεων εισόδου και εξόδου). Το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας του ενισχυτή αυξάνεται. Πράγματι Δf C = D.Δf O ( 4 ) Τα παραπάνω απεικονίζονται στον πίνακα που ακολουθεί: Τύπος ενισχυτή (κλειστού βρόχου) Χαρακτηρισμός Κέρδος ανοικτού βρόχου Κέρδος κλειστού βρόχου,c,c Τάσης Διαγωγιμότητας Διαντίστασης Ρεύματος Ενισχυτής τάσης (VCVS) Μετατροπέας τάσης σε ρεύμα (VCIS) Μετατροπέας ρεύματος σε τάση (ICVS) Ενισχυτής ρεύματος (ICIS) Ο = Ο = Ο Ο = Ο = = A A = Y m Y m = Z m Z m = A A C A,C = Α D s +.D Y m,c = Y m D s +.D Z m,c = Z m D A,C = Α D s // D s// D // D // D D D (D = + b) Παραπομπές Θεοδώρου Ι. Ν., Ηλεκτρικές Μετρήσεις (ΙΙ: Ηλεκτρονικές & Ψηφιακές Μετρήσεις), ενότητες Β.Β.3 4 Δf = f Y f X όπου f X, f Y η χαμηλότερη και η υψηλότερη συχνότητα λειτουργίας του ενισχυτή. Στις συχνότητες f X και f Y, το κέρδος του ενισχυτή μειώνεται στο = 0,707 (3 db) της μέγιστης τιμής. Στους τελεστικούς ενισχυτές (βλ. ενότητα 5..3), συνήθως είναι f X = 0 ενώ η f Y συμβολίζεται και με f 3dB (οπότε Δf = f Y f X = f 3dB 0 = f 3dB ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.9
6.3. Συμπεριφορά ενισχυτών σε σχέση με τη συχνότητα Σε όλους τους ενισχυτές, το κέρδος (τάσης, ρεύματος ή ισχύος) είναι συνάρτηση της συχνότητας f. Για τους περισσότερους ενισχυτές, υπάρχουν δύο χαρακτηριστικές συχνότητες, η f f 3dB,m και η f f 3dB,ma στις οποίες το κέρδος τάσης ή ρεύματος του ενισχυτή μειώνεται στο = 0,707 (3 db) της μέγιστης τιμής A. Ισχύει δηλαδή ότι A(f 3dB,m ) = A(f 3dB,ma ) = όπου Α η μέγιστη τιμή του κέρδους τάσης (Α ) ή του κέρδους ρεύματος (Α ) του ενισχυτή 5. H ζώνη συχνοτήτων (f f f 3dB,ma f 3dB,m ) είναι το εύρος ζώνης λειτουργίας του ενισχυτή. Το κέρδος του ενισχυτή μπορεί να θεωρηθεί ότι προσεγγίζει ικανοποιητικά τη μέγιστη τιμή A md Α στην (ενδιάμεση) περιοχή συχνοτήτων (περίπου, μεταξύ των συχνοτήτων 0.f και 0,.f ) 6 Α (f) ή Α (f) Α md A f f f 3dB,m f f 3dB,ma Επισημαίνεται ότι για τους ενισχυτές που επιτρέπουν τη διέλευση σημάτων DC (όπως π.χ. οι διαφορικοί και οι τελεστικοί ενισχυτές) ισχύει ότι f f 3dB,m = 0. Εάν ο ενισχυτής προορίζεται να λειτουργήσει στην ενδιάμεση περιοχή συχνοτήτων (0.f και 0,.f ) η συχνοτική (φασματική) μεταβολή του κέρδους μπορεί να αμεληθεί 7. Εάν όμως η μελέτη του ενισχυτή πρέπει να επεκταθεί και σε περιοχές συχνοτήτων κοντά στις κρίσιμες συχνότητες, η φασματική μεταβολή του κέρδους θα πρέπει (έστω και προσεγγιστικά) να υπολογιστεί. Οι σχετικοί υπολογισμοί μπορούν να γίνουν είτε στο 5 Επισημαίνεται ότι στις συχνότητες f f 3dB,m και f f 3dB,ma, το κέρδος ισχύος του ενισχυτή μειώνεται στο της μέγιστης τιμής του. 6 Πολλές φορές, η μέγιστη τιμή κέρδους του ενισχυτή συμβολίζεται με Α md ( mddle = μεσαία περιοχή συχνοτήτων). 7 Για παράδειγμα, κατά τη μελέτη των ενισχυτικών βαθμίδων CE και CC, θεωρήθηκε ότι οι βαθμίδες λειτουργούν στην ενδιάμεση περιοχή συχνοτήτων. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.0
πεδίο της συχνότητας (οπότε μελετάται η απόκριση του ενισχυτή σε ημιτονοειδή σήματα εισόδου) είτε στο πεδίο του χρόνου (οπότε μελετώνται τα μεταβατικά φαινόμενα, όταν στην είσοδο του ενισχυτή εφαρμόζονται βηματικά σήματα). Για τον υπολογισμό των κρίσιμων συχνοτήτων ενός ενισχυτή, χρησιμοποιούνται διάφορες προσεγγίσεις. Για παράδειγμα, σε ενισχυτές με διακριτά στοιχεία και σύζευξη R-C (παρεμβολή πυκνωτή μεταξύ πηγής και κυκλώματος καθώς και κυκλώματος και φορτίου) οι συχνότητες αποκοπής προσδιορίζονται με βάση τις επιμέρους διατάξεις αντιστατώνπυκνωτών που λειτουργούν ως φίλτρα. Έτσι, στον ενισχυτή με συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (CE) ορίζονται οι παρακάτω συχνότητες αποκοπής. Συχνότητα αποκοπής εισόδου (πυκνωτής σύζευξης C ): f = π(r S )C Συχνότητα αποκοπής εξόδου (πυκνωτής σύζευξης C ): f = π(r C R )C Συχνότητα αποκοπής εκπομπού (πυκνωτής παράκαμψης C Ε ): f Ε = π(r E // )CE Οι συχνότητες f, f και f E θεωρούνται ως «κάτω» συχνότητες αποκοπής, συνεπώς το ενισχυτικό κύκλωμα λειτουργεί (ενισχύει) ικανοποιητικά σε συχνότητες υψηλότερες και από τις τρεις συχνότητες αποκοπής. Οι «άνω» συχνότητες αποκοπής καθορίζονται κυρίως από την παράμετρο β ac h fe των τρανζίστορ. Παραπομπές Α.P. Malo, Ηλεκτρονική, κεφάλαιο 4 (και λυμένα παραδείγματα) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.
6.4. Κατηγοριοποίηση ενισχυτών Υπάρχουν διάφορα κριτήρια για την κατηγοριοποίηση ενισχυτών. Ορισμένα από αυτά φαίνονται αμέσως παρακάτω: Κατηγοριοποίηση με κριτήριο το εύρος «μετακίνησης» του σημείου λειτουργίας γύρω από το σημείο ηρεμίας Q Ενισχυτές μικρού σήματος: Στους ενισχυτές αυτούς, το AC σήμα εισόδου (t) είναι μικρότερο του 0% του σήματος εισόδου DC, οπότε η μετακίνηση του σημείου λειτουργίας γύρω από το σημείο ηρεμίας Q είναι σχετικά περιορισμένη Ενισχυτές ισχύος: Στους ενισχυτές αυτούς, χρησιμοποιείται το μεγαλύτερο τμήμα ή και ολόκληρη η ευθεία φορτίου 8,9. Στην περίπτωση αυτή, προβλέπονται τρεις (3) τάξεις λειτουργίας (η τάξη A, η τάξη B και η τάξη C). Ενισχυτές τάξης Α: Ενισχύουν το σήμα εισόδου καθ όλη τη διάρκειά του χωρίς παραμόρφωση (το σημείο Q βρίσκεται στο μέσο, περίπου, της AC γραμμής φορτίου). Η απόδοση των συγκεκριμένων ενισχυτών είναι, γενικά, χαμηλή (<5%). Ενισχυτές τάξης B: Ενισχύουν το σήμα εισόδου κατά τη μισή διάρκειά του (το σημείο Q βρίσκεται στο άκρο αποκοπής της AC γραμμής φορτίου). Οι συγκεκριμένοι ενισχυτές προκαλούν παραμόρφωση, έχουν όμως σχετικά υψηλή απόδοση. Προκειμένου να μειωθεί η παραμόρφωση, συνήθως χρησιμοποιούνται δύο ενισχυτές τάξης Β σε συνδεσμολογία push-pull (βλ. ενότητα 4.4). Ενισχυτές τάξης C: Ενισχύουν το σήμα εισόδου για χρόνο λιγότερο από τη μισή διάρκειά του (<50% του κύκλου). Οι συγκεκριμένοι ενισχυτές προκαλούν σημαντική παραμόρφωση έχουν όμως πολύ υψηλή απόδοση η οποία μπορεί να πλησιάσει το 00%. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με συντονισμένα κυκλώματα (βλ. ενότητα 4.5). Κατηγοριοποίηση με κριτήριο τη σύζευξη μεταξύ των ενισχυτικών βαθμίδων 8 Ο όρος «ενισχυτής ισχύος» δηλώνει ότι ο ενισχυτής μπορεί να δέχεται στην είσοδό του μεγάλα εναλλασσόμενα σήματα και δεν θα πρέπει να συγχέεται με τον όρο «κέρδος ισχύος» Α p = p /p = A.A. 9 Μια βασική διαφορά μεταξύ των ενισχυτών μικρού σήματος και των ενισχυτών ισχύος είναι ότι, στους πρώτους (λόγω των μικρών διακυμάνσεων των σημάτων) η θέση του σημείου ηρεμίας δεν είναι τόσο σημαντική, σε αντίθεση με τους ενισχυτές ισχύος όπου η θέση του σημείου ηρεμίας πρέπει να είναι τέτοια ώστε να μεγιστοποιείται η ενδοτικότητα του ενισχυτή (και να αποφεύγεται ο ψαλιδισμός των σημάτων). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.
Ενισχυτές με άμεση σύζευξη: Η έξοδος της προηγούμενης βαθμίδας διασυνδέεται απευθείας στην είσοδο της επόμενης. Ο συγκεκριμένος τρόπος σύζευξης επιτρέπει τη διέλευση τόσο της DC όσο και της AC συνιστώσας. Το βασικό του μειονέκτημα είναι ότι η πόλωση μιας βαθμίδας επιτυγχάνεται μέσω της προηγούμενής της βαθμίδας και αυτό δυσχεραίνει τη σχεδίαση του κυκλώματος. Χαρακτηριστικά παραδείγματα ενισχυτών με άμεση σύζευξη είναι το ζεύγος Darlgton, ο διαφορικός ενισχυτής και ο τελεστικός ενισχυτής. Ενισχυτές με σύζευξη R-C (ή χωρητική σύζευξη): Μεταξύ των διαδοχικών βαθμίδων παρεμβάλλεται πυκνωτής ο οποίος αποκόπτει τη DC συνιστώσα (στην επόμενη βαθμίδα διασυνδέεται «αμιγές» σήμα ΑC). Πλεονέκτημα του συγκεκριμένου τρόπου σύζευξης είναι το γεγονός ότι, επειδή, στο DC, οι βαθμίδες είναι απομονωμένες μεταξύ τους, η πόλωση της μιας δεν επηρεάζει την πόλωση της άλλης και, συνεπώς, όλες οι βαθμίδες μπορεί να είναι ίδιες. Ενισχυτές με επαγωγική σύζευξη (συνήθως, μέσω μετασχηματιστή): Μεταξύ διαδοχικών βαθμίδων παρεμβάλλεται μετασχηματιστής ο οποίος αποκόπτει τη συνιστώσα DC (στην επόμενη βαθμίδα διασυνδέεται «αμιγές» σήμα ΑC). Πλεονέκτημα του συγκεκριμένου τρόπου σύζευξης (έναντι της σύζευξης R-C) είναι ο αυξημένος συντελεστής αποδοσης ισχύος. Κατηγοριοποίηση με κριτήριο τη συχνοτική συμπεριφορά του ενισχυτή Ενισχυτές DC: Ενισχύουν σήματα με συχνότητες από 0 (DC) έως μια μέγιστη συχνότητα f ma. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι οι ενισχυτές με άμεση σύζευξη (π.χ. το ζεύγος Darlgton), οι διαφορικοί ενισχυτές και οι τελεστικοί ενισχυτές. Ενισχυτές ακουστικών συχνοτήτων (AF): Ενισχύουν «ακουστικά» σήματα, δηλαδή σήματα με συχνότητες από (περίπου) 0 Η έως (περίπου) 0 kh. Ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων (RF): Ενισχύουν σήματα ραδιοφωνικών συχνοτήτων. Οι ενισχυτές αυτοί χαρακτηρίζονται ως «στενής ζώνης», υπό την έννοια ότι ενισχύουν μια μικρή περιοχή συχνοτήτων γύρω από την κεντρική συχνότητα λειτουργίας. Για παράδειγμα, οι συντονισμένοι ενισχυτές τάξης C είναι συνήθως ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων (στενής ζώνης). Παραπομπές Α.P. Malo, Ηλεκτρονική, ενότητα. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία) 6.3