131

LUCRAREA NR.11

STUDIUL REACŢIEI ÎN AMPLIFICATOARE.

REPETORUL PE SURSĂ ŞI AMPLIFICATORUL CU

SARCINĂ DISTRIBUITĂ REALIZATE CU TECJ

1.Introducere

Reacţia este un procedeu prin care o parte din semnalul de

ieşire al unui amplificator este aplicat din nou la intrarea acestuia.

Dacă semnalul de reacţie rU şi semnalul aplicat la intrare SU sunt în

fază reacţia este pozitivă; dacă rU şi SU sunt în opoziţie de fază

reacţia este negativă RN . RN produce o îmbunătăţire a funcţionării

amplificatorului:

stabilizează prin micşorare coeficientul de amplificare;

modifică în mod controlat impedanţa de intrare şi impedanţa

de ieşire;

creşte banda de frecvenţe a amplificatorului;

reduce distorsiunile neliniare;

poate realiza execuţia unor funcţii speciale.

În funcţionarea cu RN pot să apară totuşi anumite domenii de

frecvenţă în care reacţia să devină pozitivă conducând la instabilitate

şi autooscilaţii.

2.Amplificarea cu reacţie.

Se consideră schema unui amplificator cu reacţie ca în figura 1

unde:

A este amplificarea iniţială (în buclă deschisă)a amplifi-

catorului.

este coeficientul de transfer al reţelei de reacţie.

S reprezintă dispozitivul care sumează semnalul de

intrare SU cu semnalul de ieşire ieşU .

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

132

ieşU este semnalul de ieşire al amplificatorului.

Fig. 1 Schema bloc a unui amplificator cu reacţie.

Semnalele de intrare, ieşire şi reacţie pot fi tensiuni sau curenţi.În

general,coeficientul de amplificare A este dat de (1)

S

ieş

U

UA (1)

Când există reacţie se obţine:

A

A

U

U

U

U

U

U

UU

UA

S

ieş

S

S

S

ieş

ieşS

ieş

r

1

(2)

TTj

jAAeA T sincos (3)

)sin(cos

je

j (4)

unde T este defazajul total introdus de amplificator, iar este

defazajul introdus de reţeaua de reacţie. Se obţine:

22cos21 AA

AAr

(5)

T (6)

LUCRAREA NR.11 Studiul reacţiei în amplificatoare. Repetorul pe sursă şi

amplificatorul cu sarcină distribuită realizate cu TECJ

133

În funcţie de valoarea defazajului pot fi două tipuri de reacţie:

a) Reacţie pozitivă (în cazul în care SU şi rU sunt în fază)

nT 2 ,...2,1,0n (7)

A

AAr

1 (8)

În acest caz AAr ,amplificatorul este instabil şi intră în oscilaţie.

Această funcţionare este utilă la realizarea oscilatoarelor şi a

circuitelor basculante.

b) Reacţie negativă (în cazul în care SU şi rU sunt în opoziţie de

fază).

12 nT ,...2,1,0n (9)

A

AAr

1 (10)

În acest caz 1rA şi amplificatorul capătă o serie de calităţi ca

cele menţionate în introducerea lucrării.

Ştiind că 1 A relaţia (10) devine:

1rA (11)

care indică posibilitatea controlării cu precizie a amplificării cu

reacţie deoarece Ar nu depinde de A ci doar de elementele CLR ,,

conţinute în reţeaua de reacţie. Amplificarea cu reacţie este

desensibilizată în raport cu amplificarea în gol a amplificatorului

de bază.

Reacţia se poate clasifica după două criterii:

1) Felul semnalului de reacţie.

reacţie de tensiune , când semnalul de reacţie este proporţional

cu tensiunea de la ieşirea amplificatorului;

reacţie de curent, când semnalul de reacţie este proporţional cu

intensitatea curentului de la ieşirea amplificatorului.

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

134

2) După modul de culegere a semnalului de reacţie şi aplicarea

acestuia la intrare.De la ieşire semnalul poate fi preluat:

în paralel cu sarcina (caz în care va fi proporţional cu tensiunea

de ieşire -reacţie de tensiune)

în serie cu sarcina (caz în care va fi proporţional cu curentul de

ieşire -reacţie de curent)

La intrare semnalul poate fi aplicat:

în serie cu sursa de semnal (caz în care semnalul de reacţie este

o tensiune)

în paralel cu sursa de semnal (caz în care semnalul de reacţie

este un curent)

Există astfel patru tipuri de amplificatoare cu reacţie: serie-serie,

serie-paralel, paralel-serie şi paralel-paralel.

3.Repetorul pe sursă cu TECJ

În fig. 2 se prezintă schema repetorului pe sursă cu tranzistor

TECJ şi canal n , care prezintă o reacţie negativă de tensiune

paralel la ieşire şi serie la intrare (generatorul de semnal SV şi

tensiunea de reacţie sunt conectate în serie. Reacţia negativă este

totală , întreaga tensiune de ieşire fiind aplicată la intrare. Pentru a

putea analiza parametrii amplificatorului realizat se pleacă de la

schema echivalentă circuitului prezentată în figura 3, valabilă la

frecvenţe medii. Se reaminteşte că reprezintă factorul de

amplificare al tranzistorului şi este definit ca:

G

D

V

V

Ştiind că impedanţa de intrare a TECJ este foarte mare curentul

de intrare inI poate fi neglijat. Pot fi scrise legile lui Kirchhoff pe

ochiul de intrare şi respectiv de ieşire.

LUCRAREA NR.11 Studiul reacţiei în amplificatoare. Repetorul pe sursă şi

amplificatorul cu sarcină distribuită realizate cu TECJ

135

Fig.2 Schema electrică a repetorului pe sursă cu TECJ

Fig.3 Schema echivalentă circuitului repetor pe sursă cu

TECJ la frecvenţe medii.

SdSg RIVV (12)

Sddg RrIV (13)

Rezultă:

SddSdSg RrIRIVV (14)

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

136

Se obţine expresia curentului de drenă:

Sd

Sd

Rr

VI

1

(15)

Coeficientul de amplificare este:

Sd

S

S

dS

S

ieş

VRr

R

V

IR

V

VA

1

(16)

Impedanţa de intrare este:

in

SS

I

VZ (17)

SSdSinin VRIRZI (18)

gSddSin VRrIRI 1 (19)

Se obţine:

Sd

SdS

Sd

SinS

Rr

RrR

Rr

RZZ

1 (20)

La amplificatoarele reale dS rR ,rezultă:

LUCRAREA NR.11 Studiul reacţiei în amplificatoare. Repetorul pe sursă şi

amplificatorul cu sarcină distribuită realizate cu TECJ

137

SmSSminS RgRRgZZ 11 (21)

SinSmS RZRgZ 1 (22)

În relaţia (21) s-a folosit legătura:

dmrg (23)

unde mg este transconductanţa tranzistorului definită ca:

G

Dm

V

Ig

(24)

Se observă că impedanţa amplificatorului repetor pe sursă este

mai mare decât a amplificatorului în montaj sursă comună(la care este

egală cu inZ ).

Impedanţa de ieşire este dată de :

ieş

ieş

ieşI

VZ (25)

1

d

ieş

S

ieş

ieş r

V

R

VI (26)

S

mdS

Sdieş

Rg

rR

RrZ

1

1

1

(27)

Analiza expresiei (27) arată că impedanţa de ieşire este mult mai mică

decât SR .

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

138

În concluzie amplificatorul repetor pe sursă cu TECJ are: impedanţa

de intrare mai mare decât cea proprie tranzistorului, impedanţa de

ieşire coborâtă, coeficient de amplificare în tensiune subunitar,

apropiat de unu, coeficient de amplificare în putere ridicat.

4.Amplificatorul cu TECJ cu sarcină distribuită.

Ca structură este un amplificator în conexiune sursă comună cu

rezistorul de negativare automată a porţii (din sursă ) nedecuplat.

Rezultă astfel o reacţie negativă la care semnalul este proporţional cu

intensitatea curentului din circuitul de ieşire şi se aplică ca o tensiune

pe circuitul de intrare.

SSr RIV (28)

unde SI este curentul prin rezistorul conectat între sursă şi masă.

Schema este prezentată în figura 4.

Fig.4 Schema electrică a amplificatorului TECJ cu sarcină distribuită.

LUCRAREA NR.11 Studiul reacţiei în amplificatoare. Repetorul pe sursă şi

amplificatorul cu sarcină distribuită realizate cu TECJ

139

Fig.5 Schema echivalentă a amplificatorului TECJ cu sarcină

distribuită la frecvenţe medii..

Amplificarea etajului se calculează pornind de la defi-

niţie :

S

ieş

VrV

VA (29)

SdSrSg RIVVVV (30)

LDSddg RRRrIV (31)

Înmulţim relaţia (30) cu :

SdSg RIVV (32)

Înlocuind (32) în (31) se obţine:

SLDd

Sd

RRRr

VI

1

(33)

Tensiunea de ieşire este :

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

140

SDLd

SDL

DLdieşRRRr

VRRRRIV

1

(34)

Înlocuind (34) în (29) se obţine:

SDLd

DL

VrRRRr

RRA

1

(35)

Expresia (35) poate fi scrisă sub forma:

V

VVr

A

AA

1 (36)

unde:

DL

S

DLSd

DL

VRR

R

RRRr

RRA

, (37)

Impedanţa de intrare se calculează pornind de la relaţia

de definiţie:

in

SS

I

VZ (17)

SSDLddSin

SSDSinin

VRRRrIRI

VRIRZI

1 (38)

Se obţine:

SDLd

SDLdS

SDLd

SinS

RRRr

RRRrR

RRRr

RZZ

1 (39)

LUCRAREA NR.11 Studiul reacţiei în amplificatoare. Repetorul pe sursă şi

amplificatorul cu sarcină distribuită realizate cu TECJ

141

Impedanţa de ieşire se determină în baza definiţiei considerând că

inZ ,iar LR este deconectată..

Sd

ieş

D

ieş

ieşRr

V

R

VI

1

. (40)

SdD

SdDieş

RrR

RrRZ

1

1

(41)

Particularitatea acestui amplificator este că semnalul amplificat poate

fi cules din sursă sau din drenă.

Dacă se aleg SD RR ,tensiunile alternative culese vor fi egale şi

defazate cu astfel încât pot fi folosite la comanda unor

amplificatoare în contratimp.

5.Partea experimentală

În cadrul părţii experimentale se analizează funcţionarea celor

două tipuri de amplificatoare cu reacţie discutate: repetorul pe sursă cu

TECJ şi amplificatorul cu TECJ cu sarcină distribuită.Se foloseşte

planşeta cu schema prezentată în figura 6. care permite realizarea celor

două variante de montaj prin acţionarea unui comutator.

Deoarece impedanţa de intrare a TECJ este foarte mare inZ , ceea ce

conduce la dificultăţi experimentale în determinarea impedanţei de

intrare a celor două tipuri de amplificatoare SZ se simulează o

impedanţă de intrare mai coborâtă prin conectarea unui grup RC între

grila şi sursa TECJ (grupul G din figura 6).

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

142

Fig. 6 Schema electrică a montajului experimental.

5.1.Studiul repetorului pe sursă cu TECJ

Pentru a realiza montajul repetorului se aduce comutatorul 1K în

poziţia A , iar întrerupătorul 2K se închide

1) Se trasează caracteristica de frecvenţă a montajului aplicând

la intrare un semnal sinusoidal cu tensiunea electrică de

mVcca100 . Se foloseşte configuraţia experimentală din

figura 7.-I

2) Se determină amplificarea la frecvenţa de KHz1 .

3) Se măsoară impedanţa de intrare prin metoda sugerată în

figura 7.-II. Se aplică un semnal de frecvenţă de KHz1 şi tensiunea

efectivă de mV100 direct la intrarea amplificatorului I şi se

determină valoarea semnalului la ieşire.Se înseriază cu intrarea un

rezistor reglabil VR şi aplicându-se acelaşi semnal, se modifică

valoarea rezistenţei acestuia până la obţinerea unei tensiuni ampli-

ficate la ieşire egală cu jumătate din valoarea obţinută fără rezistor.

Se scoate rezistorul VR din circuit şi se măsoară valoarea acestuia care

este egală cu impedanţa de intrare văzută de sursa de semnal inMZ .

LUCRAREA NR.11 Studiul reacţiei în amplificatoare. Repetorul pe sursă şi

amplificatorul cu sarcină distribuită realizate cu TECJ

143

Pentru a determina impedanţa de intrare (valoarea simulată) trebuie să

se observe că în paralel cu inZ se află rezistorul de polarizare al grilei

GR .Se vor folosi relaţiile:

GininM RZZ

111 (42)

inMG

GinMin

ZR

RZZ

(43)

Figura 7. Montaj experimental pentru studiul amplificatorului cu

TECJ . S generator de semnal sinusoidal cu frecvenţa în gama

Hz1 VEMHz,10 voltmetru electronic de curent alternativ

OSCMHzHz ,101 osciloscop, A amplificatorul studiat VR -

rezistor variabil etalonat.

4) Se măsoară impedanţa de ieşire cu ajutorul montajului

prezentat în figura 7 III.Se aplică un semnal cu frecvenţa de KHz1 şi

tensiunea efectivă de mV100 şi se măsoară tensiunea de ieşire în

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

144

gol(fără sarcină).Se conectează rezistorul reglabil VR şi în aceleaşi

condiţii de semnal la intrare se modifică valoarea acestuia până ce

tensiunea la ieşire scade la jumătate din valoarea iniţială.Valoarea

măsurată a rezistenţei în aceste condiţii este egală cu impedanţa de

ieşire a repetorului.

5) Se calculează valorile mărimilor măsurate la punctele

))), şidcb utilizând valorile componentelor din montaj şi relaţiile

analitice din referat. Se compară rezultatele.

5.2.Studiul amplificatorului cu TECJ cu sarcină distribuită.

Pentru a realiza montajul acestui tip de amplificator se aduce

comutatorul 1K în poziţia B şi se deschide comutatorul 2K .În acest

caz tensiunea de ieşire este culeasă de drena tranzistorului TECJ .

a) Se trasează carcteristica de frecvenţă a amplificatorului aplicând un

semnal de intrare sinusoidal cu tensiunea efectivă de cca mV100 .Se

utilizează configuraţia experimentală din figura 7.I.

b) Se determină amplificarea la frecvenţa de KHz1 .

c) Se măsoară impedanţa de intrare a amplificatorului folosind o

procedură ca cea descrisă la punctul 5.1.c).

d) Se măsoară impedanţa de ieşire a amplificatorului folosind o

procedură ca cea descrisă la punctul 5.1.d)

e) Se calculează valorile mărimilor şi se compară cu cele măsurate.

f) Folosind un osciloscop cu două canale se analizează faza

semnalelor în drenă şi în sursa tranzistorului în raport cu semnalul

aplicat la intrare.