Wydział
Elektryczny
Politechnika
Białostocka
Temat i plan wykładu
Wzmacniacze
1. Wprowadzenie
2. Klasyfikacja i podstawowe parametry
3. Wzmacniacz w układzie OE
4. Wtórnik emiterowy
5. Wzmacniacz różnicowy
6. Sprzężenie zwrotne
7. Podsumowanie
Celem wykładu jest przedstawienie:
Cele wykładu
• układów wzmacniaczy
• podstawowych parametrów wzmacniaczy
• wpływu sprzężenia zwrotnego na parametry
wzmacniacza
• przykładów zastosowań
Zastosowanie BJT jako elementu wykonawczego
Zastosowanie BJT w układach wzmacniaczy
Wzmocnienie
z definicji oznacza stosunek syg.
wyj do
wej.
Niekiedy jednak szczególnie wa
ż
ne jest wzmocnienie
mocy, natomiast wzmocnienie napi
ę
ciowe ma znaczenia
drugorz
ę
dne. St
ą
d - podział wzmacniaczy na
: napi
ę
ciowe,
pr
ą
dowe i mocy
.
.
Wzmacniacz
I
we
I
wy
U
we
U
wy
E
s
M
Z
i
Zasilanie
Masa
Z
L
Podział wzmacniaczy na klasy: A, AB, B, C, D
%
~
%;
max
15
25
<
η
%
,
max
5
78
<
η
Zniekształcenia
nieliniowe
%
95
max
<
η
Małe zniekształcenia
Wzmacniacz klasy D
Ustalanie punktu pracy
= polaryzacja stałopr
ą
dowa
Wzmacnianie np. sygnału sin
Współczynnik wzmocnienia
Wzmacniacz WE
współczynnik wzmocnienia
Jak u
ż
y
ć
wzmacniacza sygnałów
zmiennych?
Jak u
ż
y
ć
wzmacniacza sygnałów
zmiennych?
Jak u
ż
y
ć
wzmacniacza sygnałów
zmiennych? Poszukiwanie
ź
ródła
Układ wzmacniacza sygnałów
zmiennych WE
Poszukiwanie schematu zast
ę
pczego
Schemat zast
ę
pczy tranzystora
Obwód wej
ś
ciowy schematu
zast
ę
pczego
Obwód wyj
ś
ciowy schematu
zast
ę
pczego
Uwzgl
ę
dnienie efektu Earley’ego
Schemat zast
ę
pczy tranzystora BJT
Schemat zast
ę
pczy wzmacniacza?
Schemat zast
ę
pczy wzmacniacza?
Schemat zast
ę
pczy wzmacniacza dla
sygnału zmiennego
Schemat zast
ę
pczy wzmacniacza dla
sygnału zmiennego
Schemat zast
ę
pczy wzmacniacza dla
sygnału zmiennego
Schemat zast
ę
pczy wzmacniacza dla
sygnału zmiennego
Wzmacniacz dla „małych” obci
ąż
e
ń
Wzmocnienie przy „du
ż
ych” obci
ąż
eniach
Wtórnik emiterowy
Model małosygnałowy wtórnika
emiterowego
Podstawowe parametry wzmacniaczy
1. Wzmocnienie:
K
U
, K
I
, K
P
;
we
wy
U
U
U
K
=
;
we
wy
I
I
I
K
−
=
we
wy
P
P
P
K
−
=
I
U
P
K
K
K
=
[ ]
[ ]
1
lg
20
U
U
K
dB
K
=
[ ]
[ ]
1
lg
10
I
I
K
dB
K
=
[ ]
[ ]
1
lg
20
P
P
K
dB
K
=
[ ]
[ ]
[ ]
dB
K
dB
K
K
,
K
U
P
U
P
1
0
0
1
20
10
10
40
20
100
60
30
1000
80
40
000
10
100
50
000
100
120
60
000
1000
n[dB]=20lg
10
K
U
Impedancja wej
ś
ciowa:
I
we
I
wy
U
we
U
wy
E
s
Z
i
Z
L
Z
we
we
we
we
I
U
Z
=
Impedancja wyj
ś
ciowa:
I
we
I
wy
U
we
U
wy
E
s
Z
i
Z
L
E
wy
Z
wy
0
=
∞
=
=
L
L
Z
wy
Z
wy
wy
I
U
Z
Zakresy cz
ę
stotliwo
ś
ci
małych
ś
rednich
du
ż
ych
10
0
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
k
dB
u
[ ]
f log
k
uo
Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza RC
Pasmo przenoszenia
f
W
z
m
o
cn
ie
n
ie
[
d
B
]
3dB
f
d
f
g
d
g
f
f
BW
−
=
Pasmo przenoszenia jest to zakres częstotliwości
sygnału wejściowego, dla którego moc wyjściowa
wzmacniacza maleje nie więcej niż 3dB (czyli do połowy
wartości mocy znamionowej) od wartości maksymalnej
w tym zakresie, przy danym współczynniku zawartości
harmonicznych.
E
g
R
g
C
1
U
1
R
1
R
2
R
C
T
R
E
C
E
C
2
R
L
U
2
U
CC
+
U
DD
R
g
C
1
R
1
R
2
R
S
C
S
R
D
C
2
U
2
R
L
E
g
a)
b)
U
1
a) z tranzystorem bipolarnym, b) z tranzystorem polowym MOSFET
Schematy ideowe wzmacniaczy RC
Zwierciadło prądowe
T
2
T
3
T
1
E
g
R
g
+
U
CC
−
U
EE
U
o
Schemat ideowy wzmacniacza OE
z dynamicznym obciążeniem w kolektorze
W porównaniu do poprzedniego
układu:
3
0
ce
C
r
R
R
=
=
c
ce
ce
I
U
r
∆
∆
=
r
ce =
20V/0,1mA=200kΩ
Wtórnik emiterowy klasy A
U
CC
U
2
R
B1
U
1
C
C
R
B2
R
E
1
2
U
U
≈
2
1
U
U
U
be
+
=
E
be
m
E
c
R
U
g
R
I
U
=
≈
2
2
2
U
R
g
U
U
E
m
be
<<
≈
E
m
'
BB
we
R
g
r
R
β
+
β
+
≈
β
+
≈
i
m
wy
R
g
R
1
WE
WC
WE
WC
BW
BW
BW
BW
>>
→
⋅
β
≈
i
o
+
U
CC
−
U
EE
u
i
u
o
R
L
R
T
3
T
1
T
2
I
I
+
U
CC
−
U
EE
u
i
I
p
R
L
I
p
T
1
T
2
D
1
D
2
u
o
i
o
Wtórnik emiterowy
ze źródłem stałoprądowym
Symetryczny wtórnik
emiterowy
W porównaniu do poprzedniego
układu:
∞
=
B
R
2
ce
E
r
R
=
−
U
SS
u
i
u
o
i
o
M
1
M
2
c)
R
L
+
U
DD
−
U
SS
u
i
u
o
i
o
M
1
M
2
a)
R
L
−
U
SS
u
i
u
o
i
o
M
1
M
3
b)
R
L
M
2
I
ref
+
U
DD
+
U
DD
a) z obciążeniem aktywnym na tranzystorze NMOS z kanałem wzbogaconym w
“połączeniu diodowym”,
b) z obciążeniem aktywnym ze źródłem stałoprądowym na tranzystorach
PMOS z kanałem wzbogacanym,
c) inwerter CMOS.
Wzmacniacze w konfiguracji OS w wersji scalonej
Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego drenu: schemat ideowy.
u
i
+
U
DD
+
U
DD
−
U
SS
−
U
SS
−
U
SS
−
U
SS
+
U
DD
−
U
GG
U
GS 2
R
L
R
L
i
o
i
o
u
i
U
B
U
B
u
o
+
U
DD
−
U
SS
−
U
SS
−
U
SS
+
U
DD
U
GG
+
U
DD
R
L
i
o
u
o
M
1
M
2
M
1
M
2
M
1
M
2
M
3
M
6
M
4
M
5
u
i
a)
b)
c)
u
o
Wtórniki źródłowe w wersji scalonej:
a) zastąpienie rezystancji
R
s
źródłem prądowym,
b) schemat ideowy symetrycznego wtórnika źródłowego,
c) praktyczna realizacja układu z rys. b)
Wzmacniacz różnicowy – właściwości małosygnałowe
• wzmacniacz prądu stałego (sygnały zmienne w dolnym paśmie
częstotliwości),
• układ inteligentny-odróżnia sygnały użyteczne od szkodliwych
(tłumi),
•wzmacniane są tylko sygnały różnicowe,
• sygnał wyjściowy jest niezależny od wartości średniej sygnałów
wejściowych,
• u
we
=0 u
wy
=0.
Zastosowanie wzmacniaczy różnicowych
•
aparatura medyczna, gdzie występują bardzo słabe sygnały generowane przez
mózg lub serce, przekazywane są one za pomocą elektrod znajdujących się na
ciele pacjenta (czujniki EKG),
• często sygnały te są dużo mniejsze od sygnałów zakłócających (sumacyjnych),
• w liniach sygnałowych mogą występować duże sygnały sumacyjne np. 50 Hz, a
na nie nałożone są niewielkie sygnały różnicowe (użyteczne),
• wzmacniacze operacyjne,
• sygnały cyfrowe przekazywane za pomocą długich kabli (skrętki).
Wzmacniacz różnicowy sterowany różnicowo
różnicowe
podłączenie
źródeł
sygnału
Wzmacniacz różnicowy sterowany sumacyjnie
sumacyjne
podłączenie
źródeł
sygnału
(
)
e
e
E
us
ur
e
E
e
C
e
us
e
C
e
ur
C
b
e
wy
C
b
e
wy
E
E
b
e
we
E
E
b
e
we
we
we
wy
wy
us
we
we
wy
wy
ur
h
h
R
k
k
CMMR
h
R
h
R
h
k
h
R
h
k
R
I
h
u
R
I
h
u
R
I
I
h
u
R
I
I
h
u
u
u
u
u
k
u
u
u
u
k
11
21
21
11
21
11
21
2
21
2
1
21
1
2
11
2
1
11
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
,
,
,
,
=
=
+
+
−
=
−
=
−
=
−
=
+
=
+
=
+
+
=
−
−
=
Common Mode Rejectin Ratio
Wzmocnienie
różnicowe i
sumacyjne
Common Mode Rejectin Ratio
Współczynnik tłumienia sygnałów wspólnych CMRR
e
e
E
us
ur
h
h
R
k
k
CMRR
11
21
2
=
=
Np.
Ω
=
=
Ω
=
k
h
h
M
R
e
e
E
1
100
5
11
21
,
,
dB
CMRR
120
10
10
100
10
5
2
6
3
6
=
=
⋅
⋅
⋅
=
[ ]
u
k
dB
n
10
20 log
=
u
n
k
=
20
10
Wzmacniacz różnicowy ze źródłem prądowym
Wzmacniacz różnicowy z obciążeniem aktywnym