Amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare

Partea I Amplificatoare cu tranzistoare bipolarePartea II Amplificatoare cu tranzistoare MOS

Analiza etajelor de amplificare cu tranzistoare consta in urmtoarele:ANALIZA CIRCUITULUI N REGIM DE CURENT CONTINUU ecuaiile care determin Punctul Static de Funcionare al tranzistorului.

ANALIZA CIRCUITULUI N REGIM VARIABIL DE SEMNAL MIC n domeniul frecvenelor medii rezistena de intrare n circuit Ri rezistena de ieire din circuit Ro factorul de amplificare IDEAL (al amplificatorului izolat) factorul de amplificare in tensiune REAL (al amplificatorului conectat la circuitele externe)

I. Amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare bipolareTipuri de amplificatoare cu tranzistoare bipolare:

etaj de amplificare n conexiunea EMITOR COMUN:Varianta cu condensator in emitorVarianta fara condensator in emitoretaj de amplificare n conexiunea COLECTOR COMUNetaj de amplificare n conexiunea BAZ COMUN

Schemele electronice ale amplificatoarelor cu TB conectate la circuitele externeEmitor comun cu condensator in emitorEmitor comun fara condensator in emitorColector comunBaza comuna

1. Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar (TB) n conexiunea Emitor Comun (EC) varianta cu condensator in emitorsemnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna emitorul

Schema electrica a etajului de amplificare cu TB n conexiunea EC cu condensator in emitorborne intrareborne iesireborne alimentare1. Bornele de alimentare: se aplic sursa de tensiune continu, necesar furnizrii energiei electrice circuitului2. Bornele de intrare: se aplic semnalul de intrare = informaia3. Bornele de ieire: se furnizeaz semnalul de ieire = informaia amplificat

Q iI(t)iO(t)vI(t)vO(t)Conectarea circuitelor externe la amplificator pe aceasta schema electronica se scot in evidenta pierderile de semnal si se calculeaza amplificarile realeborne intrareborne iesireborne alimentaresarcinaCondensatoarele de cuplare au capacitati mari (mai mari decit 1uF)

A. Analiza funcionrii amplificatorului n regim de curent continuu. Scop: calcularea PSF-ului tranzistorului i verificarea regiunii de funcionare atranzistorului bipolar; se reamintete c ntr-un circuit de amplificare, un tranzistor bipolar trebuie s funcioneze n regiunea activ normal (RAN).

Q Determinarea circuitului echivalent n curent continuusarcinaDeterminarea circuitului de polarizare: 1. se elimin (nu se mai deseneaz) RAMURILE care conin condensatoare2. se pasivizeaz sursele INDEPENDENTE i VARIABILE (adic, sursele de tensiune se nlocuiesc cu un fir scurtcircuit aplicat ntre cele 2 bornele ale sursei, iar sursele de curent se elimin = nu se mai deseneaz).

B. Analiza funcionrii amplificatorului n regim variabil de semnal mic. Scop:

calcularea parametrilor de semnal mic ai amplificatorului, care vor fi utilizai pentru modelarea acestuia, n scopul determinrii amplificrilor reale, determinate n condiiile n care amplificatorului i se conecteaz circuite externe

Determinarea circuitului echivalent n regim variabil de semnal mic:condensatoarele de capaciti mari (mai mari dect aproximativ 1F) se nlocuiesc cu un fir aplicat ntre armturise pasivizeaz sursele INDEPENDENTE i CONTINUE (adic, sursele de tensiune se nlocuiesc cu un fir scurtcircuit aplicat ntre cele 2 bornele ale sursei, iar sursele de curent se elimin = nu se mai deseneaz).tranzistorul se nlocuiete cu circuitul echivalent de semnal mic, valabil pentru domeniul frecvenelor medii.iI(t)iO(t)vI(t)vO(t)sarcinaDeterminarea circuitului echivalent n regim variabil de semnal mic

Circuitul echivalent al amplificatorului izolat, n regim variabil de semnal mic, n domeniul frecvenelor medii.Formulele de calcul pentru parametrii de semnal mic ai tranzistorului bipolarpanta tranzistorului biploar:rezistenta baza-emitor in semnal mic:

Metoda de calcul a rezistenei Ri de intrare a amplificatorului - metoda de calcul nu se cere pentru colocviu; se cere doar formula finala de calcul a rezistenteiCircuitul de calculvaloare mic/medie = k

Metoda de calcul a rezistenei Ro de ieire a amplificatorului - metoda de calcul nu se cere pentru colocviu; se cere doar formula finala de calcul a rezistenteiCircuitul de calculvaloare medie = k

Metoda de calcul a amplificarii n tensiune ideale - metoda de calcul nu se cere pentru colocviu; se cere doar formula finala de calcul a amplificarii si relatia intre amplitudinile semnalelorCircuitul de calculsemnul - indic un defazaj de 1800 ntre vo i vivaloare marerelatia intre amplitudini

02Defazajul de 1800gmRCViVi-Vivoltivo(t) = tensiune de ieirevi(t) = tensiune de intrare- gmRCViFormele de unda ale tensiunilor de intrare, respectiv de iesire ale amplificatorului

Metoda de calcul a amplificarii n curent ideale - metoda de calcul nu se cere pentru colocviu; se cere doar formula finala de calcul a amplificarii si relatia intre amplitudinile semnalelorCircuitul de calculsemnul + indic un defazaj de 00 ntre io i iivaloare marerelatia intre amplitudini

020IiIi-Iiamperiio(t) = curent de ieireii(t) = curent de intrare- IiDefazaj de 00Formele de unda ale curentilor de intrare, respectiv de iesire ai amplificatorului

Metoda de calculul a amplificarii reale in tensiune a amplificatorului cu TB in conexiunea ECAmplificarea ideala in tensiuneSe utilizeaza formula generala a amplificarii reale in tensiune in care amplificarea ideala si impedantele se vor particulariza in functie structura si datele circuituluiParametrii amplificatorului cu TB in conexiunea EC izolat:Impedanele circuitelor externe conectate la bornele amplificatorului cu TB in conexiunea ECAmplificarea reala in tenisune a amplificatorului cu TB in conexiunea EC

Criteriile de proiectare ale amplificatorului necesare pentru eliminarea pierderilor de tensiune la bornele de intrare/ieire: Eliminarea pierderilor de tensiune la bornele de semnal ale amplificatorului conectat la circuitele externePierderile de tensiune la intrarePierderile de tensiune la iesire

Metoda de calcul a amplificarii reale in curent a amplificatorului cu TB in conexiunea ECAmplificarea ideala incurentParametrii amplificatorului cu TB in conexiunea EC izolat:Impedanele circuitelor externe conectate la bornele amplificatorului cu TB in conexiunea ECAmplificarea reala in curent a amplificatorului cu TB in conexiunea ECSe utilizeaza formula generala a amplificarii reale in curent in care amplificarea ideala si impedantele se vor particulariza in functie structura si datele circuitului

Condiiile de proiectare care trebuie ndeplinite de amplificator pentru a nu exista pierderi de curent la bornele de intrare/ieire: Eliminarea pierderilor de curent la bornele de semnal ale amplificatorului conectat la circuitele externePierderile de curent la intrarePierderile de curent la iesire

Exemplul 1: se consider amplificatorul cu TB din figura de mai jos, n care: VCC=10V, VBE=0.6V, =100, RB=910k, RE=330, RC=4.7k, CG=CE=CL=100uF. Se cer: PSF-ul tranzistorului, determinarea valorilor parametrilor de semnal mic Ri, Ro i Av i estimarea pierderilor de tensiune n cazul n care la intrarea amplificatorului se conecteaz un generator de semnal a crui rezisten intern este 600, iar la ieire o rezisten de sarcin de 1k.Q iI(t)iO(t)vI(t)vO(t)borne intrareborne iesireborne alimentare

1. Calcul PSF:2. Verificarea funcionrii tranzistorului n RAN:3. Calcularea parametrilor de semnal mic ai tranzistorului bipolar:

4. Determinarea parametrilor de semnal mic ai amplificatorului5. Amplificatorul cu TB poate fi echivalat cu modelul amplificatorului de tensiune:

6. Calcularea amplificrii reale n tensiune i estimarea pierderilor de tensiune la bornele amplificatorului

Punctul static de funcionareParametrii de semnal mic ai amplificatoruluivaloare mica = maxim kvaloare medie = kamplificare mare; defazaj 1800amplificare mare; defazaj 00Schema electrica si formulele de calcul ale etajului de amplificare cu TB n conexiunea EC cu condensator in emitor

2. Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar n conexiunea Emitor Comunvarianta fara condensator in emitor

Schema electrica si relatiile de calcul ale etajului de amplificare cu TB n conexiunea EC varianta fra condensator in emitorPunctul static de funcionareParametrii de semnal mic ai amplificatoruluivaloare medie = zeci kvaloare medie = kamplificare mic; defazaj 1800amplificare mare; defazaj 00

3. Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar (TB) n conexiunea Colector Comun (CC)semnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna colectorul

Punctul static de funcionareParametrii de semnal mic ai amplificatoruluivaloare mare = sute kvaloare mic = zeci utilizat pentru adaptarea impedanelor a dou circuite conectate.Schema electrica si relatiile de calcul ale etajului de amplificare cu TB n conexiunea CC nu amplific in tensiune; defazaj 00amplificare in curent mare; defazaj 1800

Schema electrica a amplificatorului cu TB n conexiunea CC conectat la circuitele externe pe aceasta schema se calculeaza amplificarea reala precum si pierderile de semnalgenerator de tensiune: daca marimea electrica de intrare de interes este tensiuneagenerator de curent: daca marimea electrica de intrare de interes este curentul electric

Exemplul 2: utilizarea amplificatorului cu TB n conexiunea CC ca buffer; buffer = etaj de adaptare a impedanelor a dou circuite Se consider n primul caz, 2 amplificatoare de tensiune conectate direct, caracterizate de parametri de semnal mic din figura de mai jos. S se determine amplificarea real de tensiune. Se consider un al doilea caz, n care, cele 2 amplificatoare sunt conectate prin intermediul unui repetor pe emitor. S se determine amplificarea real de tensiune. Se considera Rg=50, iar RL=100k iar datele pentru amplificatoare sunt: Amplificatoarele 1 i 2 sunt amplificatoare cu TB in conexiunea EC care au urmatoarele date: VCC=10V, VBE=0.6V, =100, RB=910k, RE=330, RC=4.7k. (datele din problema precedenta).Amplificatorul cu TB in conexiunea CC: VCC=10V, VBE=0.6V, =100, RB=910k, RE=3.3k.

Primul raport din relaia de mai sus se determin observnd c RL i Ro2 formeaz un divizor de tensiune pentru tensiunea Av2Vi2= Av2Vo1 (Vi2 = Vo1), generat de generatorul de tensiune comandat n tensiune a celui de-al 2lea amplificator liniar:Al 2lea raport din relaia de mai sus se determin observnd c Ri2 i Ro1 formeaz un divizor de de tensiune pentru tensiunea Av1Vi1, generat de generatorul de tensiune comandat n tensiune a primului amplificator liniar:Al 3lea raport din relaia de mai sus se determin observnd c Ri1 i Rg formeaz un divizor de tensiune pentru tensiunea vg, generat de generatorul de tensiune sinusoidala aplicat la intrarea circuitului:

Pierderile tensiune la intrarePierderile tensiune la conectarea celor 2 amplificatoarePierderile tensiune la iesireFolosind relatiile obtine in slide-ul precedent, se determina amplificarea reala in tensiuneSe utilizeaza rezultatele numerice obtinute in problema precedenta

1. Calcul PSF:2. Calcularea parametrilor de semnal mic ai tranzistorului bipolar:3. Determinarea parametrilor de semnal mic ai amplificatorului cu TB in conexiunea CCDeterminarea parametrilor de semnal mic amplificatorul cu TB in conexiunea CC

Fiecare bloc scos in evidenta reprezint un divizor de tensiune:

Folosind relatiile obtine in slide-ul precedent, se determina amplificarea reala in tensiuneSe utilizeaza rezultatele numerice obtinute atit in problema precedenta cit si cele obtinute in calculul amplificatorului cu TB in conexiunea CCSe observa ca prin introducerea amplificatorului cu TB in conexiunea CC intre cele 2 amplificatoare cu TB in conexiunea EC, amplificarea reala in tensiune a crescut de la 11517 la 31925

4. Etaj de amplificare cu tranzistor bipolar (TB) n conexiunea Baza Comuna (BC)semnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna baza

Schema electrica si relatiile de calcul ale etajului de amplificare cu TB n conexiunea BCPunctul static de funcionareParametrii de semnal mic ai amplificatorului:valoare mic = zeci valoare medie = kamplificare mare defazaj 00nu amplific; defazaj 1800

Schema electrica a amplificatorului cu TB n conexiunea BC conectat la circuitele externe pe aceasta schema se calculeaza amplificarea reala precum si pierderile de semnal

Partea II Amplificatoare cu tranzistoare MOS

Tipuri de amplificatoare de semnal mic cu tranzistoare MOSetaj de amplificare n conexiunea SURS COMUNcu condensator in sursafara condensator in sursaetaj de amplificare n conexiunea DREN COMUNetaj de amplificare n conexiunea GRIL COMUN

Schemele electronice ale amplificatoarelor cu MOS conectate la circuitele externeSursa comuna cu condensator in sursaDrena comunaGrila comunaSursa comuna fara condensator in sursa

5. Amplificator cu tranzistor MOS in conexiunea Sursa Comuna (SC) cu condensator in sursasemnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna sursa

Schema electrica si relatiile de calcul ale etajului de amplificare cu tranzistor MOS n conexiunea SCPunctul static de funcionareParametrii de semnal mic ai amplificatorului:valoare medie = zeci kvaloare medie = kamplificare mare; defazaj 1800verificarea funcionrii MOS in reg. saturaieunde:amplificare mare; defazaj 00

Schema electrica a amplificatorului cu MOS n conexiunea SC conectat la circuitele externe pe aceasta schema se calculeaza amplificarea reala precum si pierderile de semnal

6. Amplificator cu tranzistor MOS in conexiunea Sursa Comuna (SC) fara condensator in sursasemnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna sursa

Schema electrica si relatiile de calcul ale etajului de amplificare cu tranzistor MOS n conexiunea SC fara condensator in sursa Punctul static de funcionareParametrii de semnal mic ai amplificatoruluivaloare medie = zeci kvaloare medie = kamplificare mic; defazaj 1800identic ca pentru primul amplificatoramplificare mare; defazaj 00

7. Amplificator cu tranzistor MOS in conexiunea Drena Comuna (DC)semnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna drena

Schema electrica si calculelel etajului de amplificare cu tranzistor MOS n conexiunea DCPunctul static de funcionareParametrii de semnal micvaloare medie = zeci kvaloare mic = zeci nu amplific; defazaj 00amplificare mare; defazaj 1800verificarea funcionrii MOS in reg. saturaie

Schema electrica a amplificatorului cu MOS n conexiunea DC conectat la circuitele externe pe aceasta schema se calculeaza amplificarea reala precum si pierderile de semnal

8. Amplificator cu tranzistor MOS in conexiunea Grila Comuna (GC)semnalul de intrare si de iesire au ca borna comuna grila

Schema electrica si relatiile de calcul ale etajului de amplificare cu tranzistor MOS n conexiunea GCPunctul static de funcionareParametrii de semnal micvaloare mic = zeci valoare medie = kamplificare mare; defazaj 00nu amplific; defazaj 1800verificarea funcionrii MOS in reg. saturaie

Schema electrica a amplificatorului cu MOS n conexiunea GC conectat la circuitele externe pe aceasta schema se calculeaza amplificarea reala precum si pierderile de semnal

Exemplul 3: se consider amplificatorul cu tranzistor MOS din figura de mai jos, n care, parametrii tranzistorului MOS sunt: VTH=1V, k=0.25mA/V2. Se cer: PSF-ul tranzistorului, determinarea valorilor parametrilor de semnal mic Ri, Ro i Av, Ai, factorul de amplificare de tensiune real, pentru cazul n care la intrarea amplificatorului se conecteaz un generator de semnal a crui rezisten intern este 600, iar la ieire o rezisten de sarcin de 4k. S se deseneze formele de und ale tensiunii de intrare vG i de ieire vO pentru cazul n care vG(t)=1xsin(t) [V]. S se determine factorul de amplificare n curent real.Punctul static de funcionareverificarea funcionrii MOS in reg. saturaiese alege soluia VGS>VTH

Parametrii de semnal mic ai amplificatorului:

Calcularea amplificarii reale n tensiune

02Defazajul de 180021-1voltivo(t) = tensiune de ieirevG(t) = tensiune de intrare- 2Formele de und ale tensiunii de intrare i de ieire

Calcularea amplificarii reale n curent