Transcript Pojačala - Oss.unist.hr

Pojačala (amplifiers)
• Koriste se u slučajevima u kojima se prenose signali koji sadrže
neke važne informacije ili mjerne podatke, ali je problem što je
veličina tih signala premalena da bi bila direktno iskoristiva
• Mogućnost pojačanja je fundamentalno svojstvo u postupku
prijenosa i procesiranja podataka - da bi se iskoristio sadržaj
informacije koju nosi, signal se mora uvećati, odnosno pojačati
• Pojačala su linearni elektronički sklopovi s temeljnom namjenom
pojačavanja električnih signala
• Najvažniji elementi elektroničkih pojačala su tranzistori koji
predstavljaju aktivne komponente, a pojačala sadrže i pasivne
elektroničke komponente (linearne disipativne i reaktivne
komponente)
... nastavak 1
• Tranzistorska pojačala projektiraju se tako da za rezultat daju
pojačanje napona, struje ili snage signala
• Pojačanje (gain) A je općenito odnos izlazne vrijednosti prema
odgovarajućoj ulaznoj vrijednosti
• Električni signal koji se pojačava (ulazni) može biti strujni ili naponski,
pa je i pojačani (izlazni) signal također strujni ili naponski
• Poznato je iz OEI da idealni strujni/naponski izvor predaju trošilu
konstantnu struju/napon neovisno o iznosu otpora trošila
• Slijedom te definicije idealno strujno/naponsko pojačalo je zavisni
idealni strujni/naponski izvor u izlaznom krugu upravljan ulaznom
strujom/naponom
• Faktori strujnog (AI) i naponskog (AV ) pojačanja ne ovise o otporu
trošila i frekvenciji signala, a da bi signal bio pojačan moraju biti veći
od jedinice
• Ulazni otpor u idealno strujno pojačalo je Rul=0, a izlazni Riz, dok
je kod idealnoga naponskog pojačala Rul, a Riz=0.
... nastavak 2
• Kada je korisni signal slab, on se najprije pojačava pomoću pojačala
malog signala - Takvi se uređaji mogu realizirati kao sklopovi s
bipolarnim tranzistorima (BJTs - bipolar junction transistors) i kao
sklopovi s unipolarnim tranzistorima (FETs - field effect transistors),
ili kao kombinacija oba tipa komponenti
• Navedena se pojačala izvode u diskretnom obliku ili kao integrirani
krugovi
• Opseg frekvencija unutar kojeg se signal može pojačati ovisi o tome
jesu li kondenzatori uključeni u projektirani sklop pojačala, kao i o
kapacitetima koji su inherentni samim tranzistorima
• Kada se od malog izmjeničnog signala dobije veliki izmjenični signal
on se nadalje može pojačati uz pomoć pojačala snage (pojačala
velikog signala) – Tada je konačni rezultat snaga dovoljna za vršenje
nekog korisnog rada - pokretanje trošila (tereta), a to primjerice može
biti zvučnik, instrument za snimanje signala, katodna cijev, motor i dr.
Frekvencije elektromagnetskog vala
- Svjetlost
- Zvučne frekvencije
Kolektorske karakteristike i radni pravac s radnom
točkom u aktivnom području
Krug za postavljanje statičkih uvjeta rada BPJ i JFET pojačala
UDD
UCC
RC
R1
ID Q
IC Q
IB Q
B
+
UBE
R2 I
EQ
a)
RD
R1
D
+
G
UDS
+
U G S Q- S
C
+
UCEQ
- E
RE
R2
RS
b)
Theveninovi ekvivalenti
UCC
UDD
RC
RD
IC Q
UBB
RB
IB Q
B
+
UBE
IE Q
a)
ID Q
C
+
UC EQ
- E
UGG
RG
RE
D
+
G
UDS
+
U G S Q- S
RS
b)
Određivanje radne točke na prijenosnoj karakteristici
JFET-a
iD
ID S S
Q
ID Q
UP
U GS Q
0
U GG
U GS
Bipolarni tranzistor i njegov model s h-parametrima
C
B
IB
hie  
+
U CE
U BE
C
B
+
+
IC
IB
IC
+
-
-
U BE

+
-
h reU CE
h oe 
h fe I B
1

U CE
-
E
-
E
a)
R
+
b)
U
U
I
ul
h ie  
I
iz
'
U
ul
+
R
-
ul
P
h re U iz
-
h fe I ul

h oe 
1

+
R
C
R
T
U
iz
-
Tranzistorsko ZE pojačalo s h-parametarskim modelom tranzistora
Frekvencijski odziv pojačala
• Propusni pojas pojačala se definira kao opseg frekvencija za koje se dobije
maksimalno pojačanje. Propusni je pojas (B=fg-fd) ograničen gornjom graničnom
frekvencijom fg i donjom graničnom frekvencijom fd, ako ista postoji.
P ojač anje (dB )
3dB
fd
fg
f
Određivanje: AV i AI padnu za 1/ √2 (oko 70%) odnosno 3 dB!
AV  20 log
U iz
U ul
(dB)
;
A I  20 log
I iz
(dB)
;
I ul
Određivanje: G padne za 1/ 2 (50%) odnosno 3 dB!
G  10 log
Piz
Pul
(dB)
Mjerenje ulaznog otpora pojačala
• Ulazni otpor je: Rul=Uul/Iul
• Ulazni se otpor određuje indirektnom metodom (temeljem mjerenja
dvaju napona)
• Pomoćni otpornik RS spaja se serijski na ulaz pojačala čime se ostvaruje
odgovarajući pad ulaznog napona
Rs
U ul
R ul
U 1  U ul
U ul
a)
=>
U 2  U1
R ul
U 2  U ul
R ul
R s  R ul
b)
R ul
R s  R ul
=>
R ul  R s
U2
U1  U 2

Rs
U1
U2
1
Mjerenje izlaznog otpora pojačala
• Izlazni otpor se može odrediti kao omjer napona otvorenoga kruga i
struje kratkoga spoja - Budući da mjerenje u uvjetima kratkog spoja
može biti opasno za elemente pojačala unutarnji se otpor može odrediti
tako da se izlaz pojačala optereti otpornikom poznate vrijednosti Rp, te je
potrebno izvršiti dva mjerenja da bi se odredio Theveninov ekvivalent
Uiz,Riz.
R iz
+
U iz  AU
-
R iz
ul
U 3  U iz
+
U iz  AU
-
a)
=>
U4  U3
ul
Rp
U 4  U iz
Rp
R p  R iz
b)
Rp
R p  R iz
=>
R iz  R p
U3 U4
U4
U

 R p  3  1 
U4

Pojačalo u spoju ZE
R
R
C
U
I
R
1
C
C
B
U
ul
R
1
B
ul
npn BJT
C
I
C
iz
+
E
U
+
R
'
U
R
ul
R
2
-
Iz m je n ič n i iz v o r
'
R
ul
R
ul
E
C
U
T
E
iz
CC
Pojačalo u spoju ZC
R
R
C
U
I
R
1
B
U
ul
1
ul
C
npn BJT
C
I
U
iz
+
'
U
C
R
ul
R
2
-
E
+
E
R
U
T
-
Iz m je n ič n i iz v o r
'
R
ul
R
ul
iz
CC
Pojačalo u spoju ZB
R
R
1
R
1
C
C
I
C
iz
C
B
npn BJT
I
E
+
ul
C
C
B
R
2
U
U
R
I z m je n. iz vor
U
R
ul
E
E
'
R
ul
+
U
T
-
'
U
R
ul
-
iz
CC
Mjerenja karakteristika
Ulazni napon/frekv.:
Uulmm/f
Izlazni napon:
Uizmm
Naponsko pojačanje:
Au
Gornja granična frekv.:
fg
Fazni pomak:

Ulazni otpor Rul
Izlazni otpor Riz
ZE
30mV/1kHz
ZC
1V/1kHz
ZB
30mV/10kHz
4V
0.97 V
1.2 V
133
0.97
40
180 kHz
182 kHz
> 3 MHz
180o
0o
0o
(Rs=220)
1320 
(Rp=3x1k)
4.5 k
(Rs=3x1k)
3 k
(Rp=1k)
150 
(Rs=220)
121 
(Rp=3x1k)
4.5 k
... nastavak 1
ZE
ZC
... nastavak 2
ZB
... nastavak 3
ZE
Rul=f(Rp) i Riz=f(RG)
ZB
ZC
Primjene
• ZE spoj - Univerzalni sklopovi za naponsko i strujno
pojačanje u niskofrekvencijskom i
visokofrekvencijskom području.
• ZC spoj - Ulazno niskofrekvencijsko pojačalo,
izolaciono pojačalo (transformator impedancije).
• ZB spoj - Sklopovi oscilatora, visokofrekvencijska
pojačala.