Regimul static de functionare al etajelor de amplificare

Regimul static de functionare al etajelor de amplificare.

Amplificatoarele de semnale electrice cel mai des sunt construite pe baza VT, tranzistorelor cu efect de camp, pe tuburi electronice, diode tunel si alte dispozitive care au pe caracteristica lor volt-amperica o portiune cu rezistenta diferentiala negativa. Independent de tipul dispozitivelor electronice active aplicate in amplificator, principiul de amplificare este unic si se readuce la aceea ca circuitul in componenta caruia intra dispozitivul electronic activ se instaleaza careva curenti continuu. Acest regim de lucru este numit static (regim dupa curent continuu). El se caracterizeaza de caderea permanenta a tensiunii pe componente care intra in componenta etajului de amplificare. La aplicarea semnalului alternativ la electrozii de comanda al dispozitivului activ, curentul in circuite incepe sa varieze in corespundere cu semnalul aplicat. Acest curent alternativ creeaza cadere de tensiune alternativa pe componentele ce fac parte din etajul de amplificare. Marimea semnalului de iesire este de obicei considerabil mai mare decat semnalul de intrare.

Regimul static se determina in dependenta de marimea semnalului de intrare care trebuie sa fie amplificat.

In dependenta de curentul continuu si caderea de tensiune pe dispozitivul activ al etajului de amplificare, cat si de marimea semnalului de intrare, se disting urmatoarele regimuri de lucru: A, B, AB, C, D.

Regimul A - este regimul de lucru al dispozitivului activ, la care curentul in circuitul de intrare i curge pe parcursul intregii perioade a semnalului de intrare.

Locul punctului static de functionare este ales ca amplitudinea componentei alternative de iesire I_m care apare ca urmare a interactiunii semnalului de intrare:

a)     in regimul A nu poate depasi curentul continuu I_o,

b)     curentul circula prin elementul activ in decursul intregii perioade de variere a semnalului de intrare.

Avantaj al regimului A este ca destorsiunele neliniare sunt foarte mici. In acelas timp randamentul etajului = P_{  } / P_o (P_{ } - puterea de iesire, P_o - intreaga putere consumata de etaj) este foarte mic (mai putin de 0,5). Regimul A se foloseste in etaje preliminare de amplificare cat si in etajele de iesire de putere mica.

Regimul B - regimul de lucru al dispozitivului activ la care curentul circula prin el in decursul unei jumatati de perioada a semnalului de intrare. Acest interval de timp mai este numit unglu de taiere ( ). Acest unghi se exprima in grade sau radiane. Numeric el este egal cu jumatate din intervalul de timp in decursul caruia circula prin dispozitivul activ. Pentru regimul B ideal (fig. c) = π/2. Curentul circula prin elementul activ in decursul intervalului de timp 2

Regimul B deobicei este utilizat in cascade de iesire cu tact dublu, avand un randament ridicat, insa separat este utilizat destul de rar. Mai des in calitate de regim de lucru este utilizat regimul AB.

In regimul AB unghiul de taiere este ceva mai mare de π/2 si lipsa semnalului de intrare prin elementul activ circula un curent egal cu 5-15% din curentul maximal la semnalul de intrare dat. Alegerea unui asemenea regim permite de a micsora distorsiunile neliniare la utilizarea etajelor de iesire cu tact dublu.

Regimul C - regim de lucru al dispozitivului activ, in care curentul circula prin el in decursul unui interval de timp mai mic de jumatate de perioada a semnalului de intrare, adica < π/2 (fig. d). Acest regim este utilizat in amplificatoarele cu putere de rezonanta, unde sarana este un contur de rezonanta.

Regimul D - regim in care dispozitivul activ se gaseste numai in doua stari: sau in intregime inchis si rezistenta sa electrica este foarte mare; sau in intregime deschis si are o frecventa electrica mica.

Celor 3 scheme posibile de conectare a tranzistorelor le corespund 3 tipuri de baza a etajelor de amplificare: cu emitor comun, cu baza comuna sau cu colector comun.

Diferite amplificatoare cu mai multe etaje sunt combinatii ale etajelor de amplificare enumatare anterior.

Analiza functionarii etajelor de amplificare pe baza tranzistorelor si tuburilor electronice in mod general sunt identice.

Pentru functionarea normala a oricarui etaj de amplificare este necesar ca la lipsa semnalului de intrare de a stabili pe dispozitivul activ anumiti curenti si tensiuni. Curentul si caderea de tensiune pe dispozitivul activ depind de alegerea punctului de functionare pe caracteristicele de intrare si iesire. Pentru determinarea lor toate etajele de amplificare pe un dispozitiv activ este prezentat in urmatoarea schema echivalenta care este construita din R₁ si R₂ unite consecutiv si a elementului activ neliniar, curentii si tensiunile caruia depind de se semnalul dirijat.

Rezistorul R₁ reprezinta o rezistenta activa echivalenta, prin care unul din electrozi dispozitivului electronic este conectat la sursa elementara. Rezistorul R₂ - rezistenta echivalenta prin care al doilea electrod al dispozitivului electronic este conectat la alt pol al sursei de alimentare.

Determinarea curentului si scaderii de tensiune a circuitului neliniar se poate efectua prin metoda analitica si grafo-analitica.

La utilizarea metodei grafoanalitice se construieste dreapta de sarcina dupa curent continuu. Ea reprezinta caracteristica volt-amperica (CVA) a acelei parti a circuitului, in componenta caruia nu intra dispozitivul activ neliniar dirijat de semnal extern. In cazul analizat de noi este vorba de CVA a rezistoarelor R₁ si R₂. In caz general, consecutiv cu dispozitivul activ pot fi cuplate elemente neliniare si in loc de dreapta a sarcinii va fi o curba dupa curent continuu. Drept tensiune se considera marimea diferentei tensiunii de alimentare si caderea de tensiune pe dispozitivul activ.

Deaceea drept punct din care se construieste CVA a sarcinii, este punctul cu coordonatele (E_al,0). Aceasta se explica prin aceea ca curentul in circuitul serie este acelasi prin toate componentele, iar suma caderilor de tensiune pe ele este egala cu tensiunea sursei de alimentare:

I_o(R₁+R₂) +U_o =E_al

La diferite marimi a semnalului de dirijare curentii si tensiunile dispozitivului activ se vor modifica la fel ca si curentul I_o si tensiunea U_o. Problema analizei etajelor de amplificare in regim static se reduce la gasirea locului geometric al punctelor pentru care este valabila expresia scrisa anterior ei.

In cazul analizat CVA a R₁ si R₂ este o dreapta. Ea poate fi construita prin doua puncte care pot fi usor gasite prin analiza cazurilor extreme atunci cand dispozitivul are o rezistenta infenit de mare si infenit de mica.

La rezistenta lui infenit de mare: I → 0, U_o = E_al

La rezistenta interna extrem de mica: I → 0, Io = E_al / (R₁+R₂)

Toate valorile posibile a curentelor si tensiunilor pe dispozitivul neliniar se afla pe punctele de intersectie a CVAlui cu dreapta de sarcina dupa curent continuu.