Multiplicatoare - Tipuri de ampilificatoare

Tipuri de ampilificatoare

1. Amplificatoare Operationale    (AO):

Etajul diferential realizat cu Q1 , Q2, care lucreaza la nivele foarte mici de semnal comanda un al doilea etaj, notat A1, compensate in figura dupa metoda Miller, care comanda etajul final notat cu A2 in figura 1.Specificatiile fiecarui etaj sunt complet diferite.Amplificatorul operational se foloseste foarte rar in bucla deschisa, nici ca structura de comparator nu este utilizat in bucla deschisa, datorita amplificarii foarte mari pe care o ofera.. In cazul in care amplificarea este finita caracteristica de transfer a amplificatorului arata ca in figura de mai jos:

   

In figura 2 panta dreptei este infinita, real panta are o valoare care defineste castigul ( fig. 3):

Parametrii amplificatorului operational ideal:

impedanta de intrare infinita;

impedanta de iesire zero;

amplificarea (av) in bucla deschisa infinita;

largimea benzii de frecventa infinita;

factorul de rejectie de mod comun ( CMRR ) infinit;

intrare in tensiune si iesire in tensiune.

Amplificatorul operational se foloseste numai prins intr-o bucla de reactie. In figura de mai jos se va arata de ce nu se foloseste AO fara bucla de reactie.

La schimbarea alternantelor, pentru semnal foarte mic in intrare, la iesire avem un hazard, iesirea variaza intre valoarea maxima si valoarea minima(o contributie mare o are si zgomotul), creandu-se un nivel mediu al semnalului (vezi linia punctata orizontal din a doua parte a figurii 5).

Amplificatorul Operational de Transconductanta ( OTA):

Parametrii Amplificatotului operational de transconductanta ideal:

impedanta de intrare infinita;

impedanta de iesire infinita;

amplificare (ay=gm) infinita;

latimea benzii de frecventa infinita;

factorul de rejectie de mod comun ( CMRR ) infinit;

intrare in tensiune si iesire in current.

   

Etajul diferential este Q1, Q2. Q1 comanda oglinda Q3 Q5, care comanda oglinda Q7 Q8. Q2 comanda oglinda Q4 Q6.In cazul ideal daca tranzistoarele dintr-o oglindasunt identice, deoarece sunt identic comandate, atunci Iout=IRef.

Ic este curentul care comanda transconductanta etajului, gm=gm(Ic).

Polaritatea celor doua intrari:

v_I2 creste => i_o creste => v_I2=v_I⁺

v_I1 creste => i_o scade => v_I1=v_I^--

   

CONVEIORUL DE CURENT:

v_x=v_y

i_z=i_x

Deoarece iesirea este in mare impedanta => iesire in curent.

Intrarea y este de mare impedanta ( comandata in tensiune) iar intrarea x de mica impedanta De remarcat in figura 9 ca de la intrarea x la intrarea y theoretic tensiunea ar trebui sa fie zero datorita caderilor de tensiune de pe cele doua jonctiuni BE. In realitate v_xv_y , existand o diferenta intre cele doua potentiale, numita tensiune de decalaj.Diferenta apare in principal datorita curentilor diferiti de saturatie ale tranzistoarelor NPN si PNP,notati cu I_SP, respectiv I_SN. Remarcam din circuit ca existenta oglinzii Q2,Q3 impune prin Q5 curentul din Q1.

V_xy=?

Conveiorul de clasa AB:

Fig. 10

In figura 10 este desenat conveiorul clasa AB. X este intrare sau iesire; cand x este intrare este comandata in current; borna y este intrare si este comandata in tensiune. Z este iesire in curent. Aplicand semnal in y unul din tranzistoare se duce spre blocare iar unul spre conductie mai puternica. In functie de nivelul semnalului un transistor se va bloca iar celalalt va conduce. Tranzistorul care conduce va furniza prin oglinda in care este conectat Q7Q8 sau Q5Q6 curentul din sarcina. Vx si Vy se urmaresc (pierd pe un NPN si castig pe un PNP).Trebuiesc patru diode pentru a echilibra ambele brate.

Fig.11

In figura 11 este desenata intrarea intr-un conveior cu scalare in current.Din oglinda Q1Q3 deducem:

Procedand similar pentru oglinda Q2Q4 obtinem:

Inmultind cele doua relatii obtinem:

Aplicand Kirchhof pe ochiul transliniar din figura obtinem :

Deducem ca:

In acest caz tensiunea de decalaj va fi:

ADC (Amplificator de diferenta de curent 3900)

Schema echivalenta simplificata a amplificatorului de diferenta de curenti (3900) este data in figura 12. Tranzistorul desenat punctat apare in implementare ca transistor parazit. Curentul din baza lui Q3 este diferenta dintre curentii din cele doua intrari ale amplificatorului deoarece oglinda Q1, Q2 determina ca prin colectorul tranzistorului Q2 sa circule un curent egal cu curentul .

Fig. 12

Tensiunea din iesirea amplificatorului va depinde de amplificarea in curent a tranzistorului Q3 si de sarcina echivalenta din colectorul acestuia. Se va obtine:

Circuitul se alimenteaza cu o singura sursa si datorita valorii mari a amplificarii , pentru functionare liniara se foloseste numai cu bucla de reactie negativa. Deoarece bucla de reactie negativa minimizeaza semnalul din intrarea amplificatorului, pentru analiza circuitelor cu ADC si reactie negativa se va folosi relatia: .

Simbolul amplificatorului de diferenta de curenti este prezentat in figura 13a iar o modalitate de polarizare a circuitului este prezentata in fig. 13b.

Pentru polarizarea circuitului este necesar sa existe cei doi curenti continui din intrari si sa existe o bucla de reactie negative in cc. Deoarece curentul din intrarea inversoare poate circula in intrare prin rezistenta din bucla de reactie negativa se deduce ca in intrarea neinversoare trebuie injectat un curent de polarizare ca in fig. 13b. Rezistorul din reactia negativa trebuie astfel dimensionat incat sa determine in iesire o tensiune egala cu jumatate din sursa de alimentare pentru a putea astfel obtine in iesire semnal nedistorsionat cu amplitudine maxim posibila.

Fig. 13

Circuitul ADC 3900 accepta in intrari curenti de ordinal zecilor de microamperi. Rezistorul R3 se calculeaza a.i. sa asigure acest current in intrarea neinversoare. Din figura 12 se observa ca tensiunea de c.c. din intrari este .

Bucla de reactie negativa prin R2 va determina si va fixa tensiunea din iesire la valoarea:

.

Fig. 14

Pentru excursie maxim posibila a semnalului in iesire se impune conditia: ,

care determina:

.

Se obtine relatia:

Aplicatii cu AO:

Amplificator inversor:

1.Cu AO alimentat cu sursa dubla

Fig. 15

Calculam   

^{Fig. 16}

Fig. 17