Cuplajul de intrare si de iesire

Cuplajul de intrare si de iesire

Cuplaj de intrare

Cuplaj capacitiv

Pentru a rezolva problemele de polarizare in curent continuu ale amplificatorului, fara utilizarea unei baterii conectata in serie cu sursa de semnal de curent alternativ, am folosit un divizor de tensiune conectat la sursa de tensiune de curent continuu deja existenta in circuit. Pentru a putea folosi aceasta configuratie cu semnale de curent alternativ, am "cuplat" semnalul de intrare la divizor printr-un condensator (cuplaj capacitiv), condensator ce s-a comportat precum un filtru trece-sus. Folosind acest filtru, impedanta foarte scazuta a sursei de semnal de curent alternativ nu a putut scurt-circuita caderea de tensiunea de curent continuu de pe rezistorul de jos al divizorului de tensiune. O solutie simpla la prima vedere, dar care prezinta si dezavantaje.

Cea mai evidenta problema este ca, amplificatorul poate acum sa amplifice doar semnale de curent alternativ. O tensiune constanta de curent continuu, aplicata la intrare, va fi blocata de catre condensatorul de cuplaj. Mai mult, din moment ce reactanta condensatorului este dependenta de frecventa, semnalele de curent alternativ de frecvente joase nu vor fi amplificate la fel de mult precum semnalele de frecvente inalte. Semnalele ne-sinusoidale vor fi distorsionate, din moment ce condensatorul va raspunde diferit la fiecare dintre armonicele sale constituente. Un exemplu extrem ar fi un semnal dreptunghiular de frecventa joasa.

Cuplaj direct

In situatiile in care problemele ridicate de cuplajul capacitiv nu pot fi tolerate, se poate folosi un cuplaj direct. Cuplajul direct foloseste rezistori in locul condensatoarelor.

Aceasta configuratie nu este dependenta de frecventa, fiindca nu avem niciun condensator pentru filtrarea semnalului de intrare.

Daca un cuplaj direct amplifica atat semnale de curent continuu cat si semnale de curent alternativ, de ce sa folosim cuplaje capacitive in primul rand? Unul dintre motive ar fi evitarea tensiunii naturale de polarizare in curent continuu prezenta in semnalul de amplificat. Unele semnale de curent alternativ contin si o componenta de curent continuu direct de la sursa, ce nu poate fi controlata, iar aceasta tensiune necontrolata inseamna ca polarizarea tranzistorului este imposibila.

Un alt motiv pentru utilizarea unui cuplaj capacitiv este lipsa atenuarii semnalului de la intrare. In cazul cuplajului direct printr-un rezistor, atenuarea semnalului de intrare, astfel ca doar o parte din acesta mai ajunge la baza tranzistorului, este un dezavantaj demn de luat in considerare. Unele aplicatii necesita atenuarea semnalului de intrare intr-o oarecare masura, pentru prevenirea intrarii tranzistorului in zona de saturatie sau de blocare, astfel ca o atenuare existenta pe cuplajul de intrare este oricum folositoare. In alte situatii insa, nu este permisa atenuarea semnalului de intrare sub nicio forma, pentru obtinerea unei amplificarii in tensiunea cat mai bune; in acest caz, un cuplaj direct nu este o solutie foarte buna.

Cuplaj de iesire

In circuitul din exemplu, sarcina este reprezentata de un difuzor. Majoritatea difuzoarelor sunt electromagnetice: acestea folosesc forta generata de un electromagnet usor, suspendat intr-un camp magnetic permanent, pentru deplasarea unui con de plastic sau hartie, deplasare ce produce vibratii in aer, care mai apoi sunt interpretate de sistemul auditiv ca fiind sunete.

Aplicand o tensiune de o singura polaritate, conul se deplaseaza spre exterior; daca inversam polaritatea tensiunii, conul se deplaseaza spre interior. Pentru a putea utiliza intreaga libertate de miscare a conului, difuzorul trebuie sa primeasca o tensiune de curent alternativ pura (sa nu contina curent continuu). O componenta de curent continuu va tinde sa deplaseze permanent conul de la pozitia sa naturala din centru, iar deplasarea sa inainte-inapoi va fi limitata la aplicarea unei tensiuni de curent alternativ ca urmare a acestui fapt.

Dar in circuitul nostru de mai sus, tensiunea aplicata la bornele difuzorului este de o singura polaritate (tensiune alternativa + componenta de curent continuu), deoarece difuzorul este conectat in serie cu tranzistorul, iar tranzistorul nu poate conduce curent decat intr-o singura directie. Acest lucru nu este acceptabil pentru niciun amplificator audio.

Transformator de cuplaj

Prin urmare, trebuie sa izolam difuzorul fata de componenta de curent continuu a curentului de colector, astfel incat acesta sa primeasca doar tensiune de curent alternativ. O modalitate de realizare a acestui lucru, este cuplarea circuitului de colector al tranzistorului la difuzor prin intermediul unui transformator.

Tensiunea indusa in secundarul transformatorului (legat la difuzor) se va datora strict variatiilor curentului de colector, datorita faptului ca inductanta mutuala a unui transformator functioneaza doar la variatiile curentului prin infasurare. Cu alte cuvinte, doar componenta de curent alternativ al curentul de colector va fi cuplata la secundar pentru alimentarea difuzorului.

Aceasta metoda functioneaza foarte bine, dar, transformatoarele sunt de obicei mari si grele, mai ales in aplicatiile de putere mare. De asemenea, este dificil de proiectat nu transformator care sa fie folosit intr-o plaja larga de frecvente, ceea ce este si cazul amplificatoarelor audio. Mai rau decat atat, curentul continuu prin infasurarea primara duce la magnetizarea miezului doar intr-o singura polaritate, ceea ce inseamna ca transformatorul se va satura mult mai usor intr-una dintre polaritatile semnalului de curent alternativ decat in cealalta.

Cuplaj capacitiv

O alta metoda de izolare a componentei de curent continuu din semnalul de iesire, este utilizarea unui condensator de cuplaj pe iesire, intr-o maniera similara cuplajului capacitiv de intrare:

Circuitul de mai sus seamana foarte bine cu un amplificator in conexiune emitor comun, avand colectorul tranzistorului conectat la baterie printr-un rezistor. Condensatorul se comporta precum un filtru trece-sus; majoritatea semnalului de curent alternativ se va regasi pe difuzor, dar tensiunea de curent continuu va fi blocata de catre filtru. Din nou, valoarea acestui condensator de cuplaj este aleasa astfel incat impedanta la frecventa semnalului sa fie cat mai mica.

Cuplarea amplificatoarelor intre ele

Cuplaj capacitiv

Blocarea tensiunii de c.c. de la iesirea unui amplificator, fie prin utilizarea unui transformator sau a unui condensator, este folositoare nu doar in cazul conectarii unui amplificator la o sarcina, ci si la cuplarea unui amplificator la un alt amplificator. Amplificatoarele cu mai multe etaje sunt folosite adesea pentru obtinerea unor factori de amplificare mult mai mari decat este posibil utilizand un singur tranzistor.

Desi fiecare etaj se poate cupla direct cu urmatorul, prin intermediul unui rezistor in loc de condensator, acest lucru face ca intreg amplificatorul sa fie foarte sensibil la variatiile tensiunii de polarizare in c.c., datorita faptului ca aceasta tensiune va fi amplificata in fiecare etaj odata cu semnalul de c.a. Dar, daca etajele sunt cuplate capacitiv intre ele, tensiunea de c.c. al unui etaj nu influenteaza tensiunea de polarizare al urmatorului etaj, deoarece trecerea acestuia este blocata.

Cuplaj prin intermediul transformatoarelor

De asemenea, etajele pot fi cuplate prin intermediul transformatoarelor, dar acest lucru nu se realizeaza prea des in practica, datorita problemelor mentionate mai sus. O exceptie o reprezinta amplificatoarele de radio-frecventa, unde se utilizeaza transformatoare de cuplaj mici, cu miez de aer (fiind astfel imune la efectele de saturatie), ce fac parte dintr-un circuit rezonant pentru blocarea trecerii armonicilor de frecvente nedorite dintr-un etaj la celalalt. Circuitele rezonante se folosesc doar atunci cand frecventa semnalului ramane constanta, ceea ce este valabil in cazul circuitelor de radio frecventa.

Cuplaj direct

Trebuie mentionat ca este posibila cuplarea directa a amplificatoarelor. In cazurile in care circuitul trebuie sa amplifice si semnale de c.c., aceasta este singura alternativa.