Lucrarea de laborator №4Reacţia

Reacţia în amplificatoare reprezintă fenomenul de a transmite semnalul de la ieşirea amplicatorului la intrarea lui. Circuitele electrice ce asigură această transmitere sînt numite reţele de reacţie. În fig.3.1. este arătată schema structurală a circuitului amplificator prevăzut cu o reţea de reacţie, unde semnalul de la ieşirea

amplificatorului 1 (în formă de tensiune Uieş sau curent Iieş) prin intermediul reţelei de reacţie 2 parţial sau pe deplin se aplică la circuitul comparator 3. În circuitul comparator 3 are loc scăderea (sau sumarea) semnalului de intrare Uin, Iin cu cel de reacţie. La intrarea amplificatorului se aplică suma sau diferenţa acestor mărimi U, I.

Bucla de reacţie este circuitul compus din reţeaua de reacţie şi partea amplificatorului ce se găseşte între punctele de conectare a reţelei de reacţie la amplificator.

Reacţia locală este reacţia ce cuprinde numai un singur etaj amplificator, sau o parte de amplificator. Reacţie generală se numeşte reacţia ce cuprinde tot amplificatorul.

Reacţia este numită negativă dacă semnalul de reacţie U în raport cu semnalul de intrare Uin se găseşte în contrafază şi este numită pozitivă dacă semnalul Up se găseşte în fază cu semnalul Uin.

Reacţia negativă micşorează coeficientul de amplificare a amplificatorului, iar cea pozitivă îl măreşte.

Reacţia poate fi numai în curent continuu, numai în curent alternativ sau şi în curent continuu şi în curent alternativ, concomitent.

În dependenţă de metoda de obţinere a semnalului de reacţie, reacţia se împarte:– reacţie în tensiune (fig. 3.2,a), cînd semnalul de reacţie U este proporţional cu

semnalul de ieşire UUieş;– reacţie în curent (fig. 3.2, b), cînd semnalul de reacţie U este proporţional cu

curentul de ieşire a amplicatorului (UIieş)reacţie mixtă, cînd semnalul de reacţie U este proporţional şi cu tensiunea de ieşire şi cu curentul de ieşire concomitent (UUieş, Iieş).

1

Amplificator

Circuit de reacţie inversă

Uieş

Iieş

U1, I1

U0C I0C

Uin, Iin

Fig. 3.1. Schema structurală a amplificatorului cuprins de reacţia inversă

După metoda de aplicare a semnalului de reacţie la intrarea amplificatorului reacţia se împarte în:– reacţie serie (fig. 3.3, a), cînd semnalul de reacţie U se însumează cu semnalul

de intrare (U=Uin+(U)).– reacţie paralelă (fig. 3.3, b), cînd curentul reţelei de reacţie I se însumează cu

curentul semnalului de intrare Iin (I=Iin+(I)).– reacţie mixtă (fig. 3.3, c), cînd semnalul de intrare se sumează cu tensiunea şi

curentul reţelei de reacţie I, U.

2

Ui

n

U0C

Z1

a)

Z1

Ui

n

U0C

I1

I0

C

b)Z1

Z2Ui

n

U0C

Z3

c)

Fig. 3.3. Schemele de introducere a semnalelor cu

reacţie inversă

Z1

Z2

Ui

eş

U0C

a)

Z0

C

Ui

eş

U0C

b)

Z1

Z2

Ui

eş

U0C

Z3

c)

Fig. 3.2. Schemele reacţiei inverse semnalul căruia se scoate:

după tensiunedupă curentmixt

Pentru o apreciere cantitativă a gradului de reacţie se foloseşte factorul de reacţie , care arată a cîta parte a semnalului de ieşire U ieş se aplică la intrarea în amplificator

U=U/Uieş; i=I/Iieş (3.1)De regulă indexul “u” pe lîngă u se omite şi coeficientul de reacţie se scrie:

=U/Uieş

Reacţia influenţează toţi parametrii şi caracteristicelor circuitelor amplificatoare. În circuitele amplificatoare de regulă se utilizează reacţia negativă; scopul utilizării acestui tip de reacţie este îmbunătăţirea parametrilor şi caracteristicilor circuitului amplificator. Reacţia pozitivă de regulă este utilizată în circuitele oscilatoare. În circuitele amplificatoare reacţia pozitivă se utilizează numai cînd se cere o oarecare majorare a factorului de amplificare la o anumită frecvenţă sau într-o gamă mică de frecvenţe.

Mai jos sînt date relaţiile ce determină gradul de influenţă a reacţiei asupra parametrilor circuitului amplificator.Pentru a deosebi parametrii amplificatorului cu reacţie de cei fără reacţie sînt simbolizaţi prin indexul .1. Coeficientul de amplificare în tensiune cu reacţie

; (3.2)

– pentru reacţia negativă, (3.2, a)

– pentru reacţia pozitivă, (3.2, b)

unde KU – este coeficientul de amplificare în tensiune în buclă deschisă (=0).2. Coeficientul de amplificare în curent

(3.3)

“–“ pentru reacţie pozitivă“+” pentru reacţie negativă

3. Instabilitatea coeficientului de amplificare

(3.4)

pentru reacţia negativă

(3.4, a)

pentru reacţia pozitivă

(3.4, b)

unde 4. Impedanţa de ieşire

a) reacţie în tensiunepentru reacţia negativă

(3.5, a)

3

pentru reacţia pozitivă

(3.5, b)

b) reacţia în curent

(3.6)

cînd ZSZieş+Z atunci(3.7)

unde Zieş – impedanţa de ieşire cînd amplificatorul nu este cuprins de reacţie (=0); Z - impedanţa reţelei de reacţie.1. Impedanţa de intrare

a) reacţia serie(3.8)

– pentru reacţie serie negativă(3.8, a)

– pentru reacţie serie pozitivă(3.8, b)

b) reacţia nod (paralelă)(3.9)

– pentru reacţia negativă (3.9, a)

– pentru reacţia pozitivă (3.9, b)

Neliniaritatea elementelor active reale cunduc la distorsiuni neliniare a semnalului care se caracterizează prin factorul de distorsiuni neliniareKd.

Reacţia influenţează de asemenea şi gradul de distorsiuni neliniare care se determină relaţia (3.10):

(3.10)

– pentru reacţia negativă

(3.10, a)

– pentru reacţia pozitivă

(3.10, b)

În amplificatoarele reale coeficientul de amplificare K ca şi cel de reacţie sînt mărimi fazoriale:

(3.11)

(3.12)Coeficientul de transfer a amplificatorului cu reacţie cînd K şi sînt mărimi complexe, este:

(3.13)

(3.14)

4

(3.15)Gradul de distorsiuni de amplitudine frecvenţă se determină de coeficientul de distorsiuni M.

(3.16)

unde K0 şi 0 – sînt factorii de amplificare şi de reacţie corespunzători la frecvenţe medii (400…5000Hz).

În caz cînd factorul de amplificare şi cel de reacţie sînt independenţi de frecvenţă, relaţiile (3.15) şi (3.16) se simplifică, şi devin:

(3.17)

sau (3.18)

(3.19)Desfăşurarea lucrării.

Pe plachetele unu şi doi sînt montate etajele amplificatoare cu reacţie locală, ce au schemele electrice arătate în fig. 3.4 şi 3.5.

Pe plachetele trei şi patru sînt montate circuitele amplificatoare cu două etaje, ce au schemele electrice arătate în fig. 3.6 şi 3.7.

În schemele din fig. 3.4…3.7 sînt introduse elemente suplimentare ca divizorul R1, R2 cu coeficientul 10:1 şi condesatoarele C1, C4.

Cu ajutorul acestor elemente suplimentare va fi calculate impedanţele amplificatorului de intrare şi cea de ieşire, folosind următoarea metodă de distorsiuni

de amplitudine la frecvenţe joase.Dacă admitem că sursa de semnal măsurător armonic are FEM Eg, frecvenţa f şi impedanţa internă Rg este separată de sarcina Rs prin condensatorul decuplator Cd (priveşte fig. 3.8) atunci semnalul în sarcină va fi:

, (3.20)

unde În caz când 1/2fd1 relaţia (3.20) se simplifică şi devine:

(3.21)

Distorsiunile de amplitudine frecvenţă în mod general se determină de relaţia:

5

Fig. 3.7

RS

Cd

Eg

Rg

(3.22)

Prin aplicarea acestei metode circuitului amplificator analizat se pot calcula impedanţele lui de intrare (Zin) şi cea de ieşire (Zieş), unde RS se înlocuieşte cu Zin cînd se determină impedanţa de intrare, iar Rg se înlocuieşte cu Zieş cînd se determină impedanţa de ieşire.

Pentru a efectua calculul mai întîi se petrec următoarele măsurări:1. Se măsoară tensinea semnalului la ieşirea amplificatorului U ieş

’, cînd la ieşire sânt introduse condensatoarele C4 şi C5 (Cd=C4+C5).

2. Se măsoară tensinea semnalului la ieşirea amplificatorului cînd la ieşirea lui este introdus numai condensatorul C5 (Cd=C5, C5C4).

Ţinînd cont că valoarea sarcinii RS este cunoscută (priveşte fig. 3.4…3.7) impedanţele de ieşire se determină conform relaţiei:

unde Mieş=U’ieş/Uieş; Cieş=Cd=C4+C5 sau Cieş=C5, în dependenţă de care condensatoare

sînt cuplate la ieşire.În acelaşi mod poate fi determinată şi impedanţa de intrare în etaj

(3.24)

unde Cin este capacitatea condensatorului C2 (fig. 3.4…3.7) de valoare mică.Pentru a obţine rezultate mai precise se recomandă ca Min să se determine nu

prin raportul tensiunelor Uin şi Uinci prin raportul tensiunelor Uieş

şi Uieş

Min=Uieş/Uieş

, (3.25)unde Uieş

– este tensiunea de semnal la ieşirea amplificatorului cînd la intrarea lui este conectată cea mai mare capacitate (C1+C2); Uieş

– este tensiunea de semnal la ieşirea amplificatorului cînd la intrarea lui este cuplat condesatorul de cea mai mică capacitate (C2).

3. Folosind metoda de distorsiuni amplitudine – frecvenţă dată mai sus să se calculeze impedanţele de intrare şi de ieşire al circuitelor amplificatoare arătate în fig. 3.4 şi 3.5. Datele necesare pentru calcul sînt arătate în figurile 3.4…3.7.

4. Se măsoară coeficientul de amplificare în tensiune în bucla deschisă (KU) şi închisă (KU). După obţinerea valorilor factorilor (KU şi KU) se determină factorul de reacţie .

5. Se determină banda de frecvenţe lucrătoare pentru bucla închisă şi bucla deschisă.

6. Cu ajutorul relaţiei

(3.26)

calculaţi şi măsuraţi coeficientul de amplificare în curent

Pentru a fi admis la lucrarea de laborator

6

se cere de a cunoaşte răspunsurile la următoarele întrebări:

1. Care este scopul lucrării unu şi doi ?2. Ce reacţie are loc în fig. 3.4 şi 3.7 ?3. Cum influenţează reacţia parametrii şi caracteristicele circuitului

amplificator ?4. Care elemente influenţează negativ caracteristica de frecvenţă la frecvenţe

joase şi la frecvenţe înalte ?5. Care reacţie micşorează şi care majorează impedanţa de ieşire a circuitului

amplificator ?6. Arătaţi grafic caracteristica amplitudine – frecvenţă şi fază – frecvenţă pe

care aşteptaţi să le obţineţi de la circuitul amplificator cu un etaj şi două etaje la condiţii egale.

Bibliografie

1. Ю.В. Виноградов. Основы электронной и полупроводниковой техники. Из-во Энергия, 1968.

2. В.Г. Гусев, Электроаппаратура. Из-во “Высшая школа”–М. 1991.3. Conspectul de prelegeri la cursul “Radioelectronica”.

7