WZMACNIACZE

Wzmacniacz jest urządzeniem elektronicznym służącym do wzmacniania sygnałów elektrycznych kosztem energii prądu stałego z zasilacza.

Podział wzmacniaczy:

1. Ze względu na częstotliwość wzmacnianego sygnału:

• wzmacniacze prądu stałego

• wzmacniacze prądu zmiennego m.cz. (20Hz - 20 kHz)

• wzmacniacze prądu zmiennego w.cz. (powyżej 100 kHz)

2. Ze względu na zakres wzmacnianych częstotliwości:

• szerokopasmowe (oporowe i transformatorowe)

• wąskopasmowe (selektywne)

3. Ze względu na przeznaczenie:

• wzmacniacze napięciowe

• wzmacniacze prądowe

• wzmacniacze mocy

4. Ze względu na układ:

• oporowe - w obwodzie wyjściowym znajduje się rezystor R_C - są to wzmacniacze szerokopasmowe

• transformatorowe - w obwodzie wyjściowym znajduje się transformator

• rezonansowe

5. Ze względu na punkt pracy:

• wzmacniacz klasy A

• wzmacniacz klasy B

• wzmacniacz klasy C

Podstawowe parametry wzmacniacza:

• Napięcie wejściowe - U₁

• Prąd wejściowy - I₁

• Moc wejściowa - P₁

• Napięcie wyjściowe - U₂

• Prąd wyjściowy - I₂

• Moc wyjściowa - P₂

• Rezystancja wejściowa - R_WE

• Rezystancja wyjściowa - R_WY

• Wzmocnienie napięciowe

Logarytmem dziesiętnym z liczby a nazywamy wykładnik potęgi x, do której należy podnieść liczbę 10 aby otrzymać liczbę logarytmowaną.

• Wzmocnienie prądowe

• Wzmocnienie mocy

• Zniekształcenia nieliniowe

Zniekształcenia te wprowadzane są przez elementy nieliniowe takie jak diody, tranzystory i transformatory.

Produktem zniekształceń nieliniowych wzmacniaczy są tzw. harmoniczne tj. sygnały o częstotliwościach n razy większych od częstotliwości sygnału wejściowego (wzmacnianego).

W ocenie subiektywnej zniekształcenia nieliniowe odczuwamy w postaci chrypienia sygnału mowy i muzyki.

Obiektywnie wielkość zniekształceń nieliniowych mierzy się miernikiem zniekształceń nieliniowych. Wielkość tych zniekształceń określa wzór:

U₁ - amplituda sygnału podstawowego

U₂, U₃, ..., U_N - amplitudy harmonicznych

• Zniekształcenia liniowe - charakterystyki częstotliwościowe

Jest to przebieg wzmocnienia sygnału w funkcji częstotliwości.

U₁=const.

f

[Hz]

20

50

100

500

1k

2k

4k

6k

8k

10k

12k

15k

U2

[V]

KU

[V/V]

KUdB

[dB]

• Charakterystyki fazowe - zniekształcenia fazowe

Jest to przebieg przesunięcia fazowego między napięciem wejściowym a napięciem wyjściowym w funkcji częstotliwości.

• Szumy i zakłócenia

Źródłem szumów we wzmacniaczu są tranzystory i rezystory. Są to szumy cieplne (bezwładny ruch nośników w strukturze pod wpływem energii cieplnej.

Źródłem zakłóceń są elementy mechaniczne (potencjometry, przełączniki, itp.), oceniamy je w postaci trzasków, oraz wadliwe zasilacze. Zakłócenia z zasilaczy odczuwamy w postaci przydźwięku (zła filtracja napięcia)

Dynamika wzmacniacza - charakterystyki amplitudowe

D - zakres amplitudy

Dynamika wzmacniacza powinna być dopasowana do dynamiki sygnału źródła.

• Sprawność

P_UŻ - moc sygnału użytkowego na wyjściu wzmacniacza

P_ZAS - moc pobierana z zasilacza

Układy pracy wzmacniaczy:

1. Wzmacniacz tranzystorowy w układzie OE z zasilaniem potencjometrycznym.

Złącze EB w powyższym wzmacniaczu ma zasilanie potencjometryczne. W dzielniku występują rezystory R₁ i R₂. tak dobieramy rezystory aby na R₂ powstał spadek napięcia równy założonemu napięciu U_BEO. Przy doborze tych elementów zakładamy, że prąd J, który przez nie płynie jest dużo większy od prądu spoczynkowego (co najmniej 10x)

Wpływ elementów na pracę wzmacniacza:

Rezystor R_C - służy do ustalenia spoczynkowej wartości prądu I_CO

Kondensator sprzęgający C_S - służy do oddzielenia składowej stałej od składowej zmiennej.

Rezystor R_E - pełni rolę ujemnego sprzężenia zwrotnego. Stabilizuje pracę tranzystora, niweluje zmianę napięcia zasilającego i zmianę temperatury. Powoduje też zmniejszenie wzmocnienia układu.

Kondensator C_E - eliminuje ujemne sprzężenie zwrotne dla składowej zmiennej.

Pojemność kondensatorów C_S i C_E jest duża (rzędu μF). Powinny one stanowić zwarcie dla sygnałów o największej częstotliwościach akustycznych.

2. Wzmacniacz w układzie OB.

Rezystancja wejściowa - mała

Rezystancja wyjściowa - duża

Wzmocnienie napięciowe - duże

Wzmocnienie prądowe - około 1

Układ stosujemy głównie we wzmacniaczach w.cz. gdyż z powodu małej pojemności sprzęgającej wyjście z wejściem może w nim wzmacniana wysoka częstotliwość.

3. Wzmacniacz w układzie OC:

Rezystancja wejściowa - duża

Rezystancja wyjściowa - mała

Wzmocnienie napięciowe - duże

Wzmocnienie prądowe - około 1

Stosuje się jako element dopasowujący źródło o dużej impedancji do odbiornika o małej impedancji.

Sprzężenie zwrotne ujemne - stosowane we wzmacniaczach.

Wypadkowe wzmocnienie wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym:

K_U - wzmocnienie wzmacniacza bez sprzężenia

β - współczynnik sprzężenia zwrotnego - mówi nam jaka część sygnału wyjściowego podana jest na wejście.

Wpływ ujemnego sprzężenia na pracę wzmacniacza:

1. Zmniejsza wrażliwość układu na zmianę parametrów spowodowane

zmianą napięcia zasilającego bądź zmian temperatury.

2. Zmniejsza zniekształcenia nieliniowe (harmoniczne podane na wejście w

odwróconej fazie)

3. Zmniejsza szumi i zakłócenia

4. Rozszerza zakres wzmacnianych częstotliwości(spłaszcza

charakterystykę)

5. Zmienia impedancję wejściową i wyjściową.

6. Przez selektywne układy sprzężenia zwrotnego możemy kształtować

charakterystykę.

Wzmacniacze wielostopniowe:

Stosowane w przypadku potrzeby uzyskania wzmocnienia większego niż wzmocnienie pojedynczego stopnia.

We wzmacniaczach wielostopniowych oprócz stopni wzmacniających stosuje się jeszcze obwody wejściowe i wyjściowe.

Rola obwodów wejściowych:

• odcięcie składowej stałej od składowej zmiennej (kondensator, transformator)

• symetryzowanie obwodu wejściowego wzmacniacza

• oporowe dopasowanie wejścia wzmacniacza do źródła sygnału (wtórnik emiterowy, transformator)

• zmniejszenie napięcia sygnału

• regulacja poziomu sygnału wejściowego (potencjometr)

Regulacja poziomu głośności

Obecność kondensatora C_S w regulatorze głośności uniemożliwia przepływ składowej stałej prze potencjometr (eliminuje trzaski)

Regulatory głośności izofoniczne - wykorzystują charakterystyki czułości ucha ludzkiego (krzywe izofoniczne - różna czułość ucha ludzkiego dla różnych częstotliwości)

Rola obwodów wyjściowych:

Stosuje się je w tych samych celach co obwody wejściowe z wyjątkiem regulacji głośności.

Wzory na podstawowe parametry wzmacniaczy na tranzystorach bipolarnych.

Układ Parametr	OE	OB	OC
Rezystancja wejściowa
Rezystancja wyjściowa
Wzmocnienie napięciowe
Wzmocnienie prądowe

Wzmacniacze na tranzystorach unipolarnych - przykłady zasilania:

1. Układ stosowany w tranzystorach złączowych FET oraz MOSFET normalnie załączonych:

W powyższym układzie bramka polaryzowana jest automatyczne przez spadek napięcia na rezystorze R_S.

2. Stosowany w tranzystorach MOSFET normalnie wyłączonych. Polaryzacja

bramki następuje podobnie w bipolarnych z dzielnika napięcia.

---