Elektronika - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2339/1. Pojacavaci.pdf ·...
Transcript of Elektronika - Пријаваnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2339/1. Pojacavaci.pdf ·...
1/26 dr Dejan S. Aleksid Elektronika
Elektronika
Prirodno-matematički fakultet u Nišu Departman za fiziku
2/26
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
• Najjednostavniji zadatak kod obrade signale je pojačanje signala.
• Pretvarači signala daju signale koji su slabi za pouzdano procesiranje (reda µV ili mV ).
• Obrada signala bide lakša i pouzdanija ukoliko signal ima vedu amplitudu.
• Pojačavač signala je linearni elektronski sklop namenjen namenjen pojačavanju električnih signala.
3/26
• Kod pojačavanja signala se mora voditi računa da se zadrži informacija koju signal nosi i da se ne uvode nove informacije.
• Izlazni signal pojačavača mora da bude kopija ulaznog signala po obliku, ali vede amplitude.
• Svaka promena talasnog oblika signala tretira se kao distorzija signala i smatra se neželjenom.
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
4/26
izlazPojačavačulaz
izlaz
Pojačavač
ulaz
Pojačavač signala je dvopolna mreža. Simbol pojačavača:
Ako postoji zajednički izvod (masa) između ulazne i izlazne mreže, onda je simbol pojačavača:
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
5/26
• Veza između izlaznog i ulaznog signala na pojačavaču može se predstaviti relacijom:
• Konstanta A predstavlja amplitudu pojačanja i naziva se jednostavno pojačanje.
• Relacija je linearna i opisuje linearni pojačavač.
• Postojanje viših izložilaca napona u relaciji karakteriše pojačavač sa nelinearnom distorzijom.
)()( tuAtu uliz
izu
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
6/26
P
IizIul
UulUiz
ulaz izlaz
PojačavačG
• Kod linearnih pojačavača generator ulaznog signala priključen je na ulazne priključke
• A na izlazne priključke spaja se potrošač kojem se predaje pojačani signal
• Pojačavač sadrži aktivne i pasivne elektronske komponente
• Efekat pojačanja je posledica delovanja aktivnih elektronskih komponenata (bipolarni i unipolarni tranzistori)
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
7/26
• Pojačanje se može izraziti kao odnos snage naizmeničnog signala predanog potrošaču i snage signala predanog na ulazu pojačavača.
• U praksi pojačanje snage obično se izražava u decibelima:
• Npr. Pul= 1 mW i Piz=1W tada je pojačanje snage izraženo prostim odnosom izlazne i ulazne snage jednako 1000, dok u dB iznosi 30.
ul
iz
P
PG
dBP
PLogG
ul
iz10
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
8/26
dBU
ULogA
ul
izi 20
Pojačanje napona i struje se često izražava u decibelima.
Pojačanje napona:
Pojačanje struje: dBI
ILogA
ul
izi 20
Ako je Rul=Rp tada je pojačanje snage izraženo u dB jednako pojačanju napona i struje u dB. U ostalim slučejavima ta se pojačanja razlikuju.
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
9/26
• Za ispravan rad aktivnih elektronskih komponenenata u pojačavaču potrebno je svaku od tih komponenata dovesti u odgovarajude radno područje
• Priključenjem elektroda aktivne komponente na odgovarajude jednosmerne napone ta komponenta se dovodi u odgovarajude radno područje
• Pojačanje signala se obavlja na račun snage dobijene iz jednosmernog izvora napajanja
Pojačavač
Ug
+
Rp
V+
V-
V1
-V2
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
10/26
P(1-K)P0
Pul
Piz
P0
Jednosmerni
izvor
KP0
Piz = Pul + (1-K)P0
Pojačavač
G
• Generator G predaje pojačalu signal snage Pul (tipično je signal male snage)
• Snaga predana potrošaču P na izlazu – Piz je znatno veda od Pul
• Jednosmerni izvor predaje pojačalu snagu P0 . Ta snaga se trosi na: – Podržavanje aktivnog elementa u radnom
području
– Pokrivanje toplotnih gubitaka
0)1( PKPP uliz
UvodModeli pojačavača
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača Raspodela snage kod pojačavača
11/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Strujni pojačavač – idealni, realni Naponski pojačavač Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
Ig Rg Uul=0 AiIul RpUiz
IizIul= Ig
Strujni generator Idealan strujni pojačavač Potrošač
Riz = ∞Rul = 0
)( pgiuliiz RfIAIAI
• Strujno pojačanje je konstantno i ne zavisi od Rp i frekvencije signala • Idealno strujni pojačavač, gledano sa stajališta potrošača, ustvari zavisni idealni
strujni izvor upravljan ulaznom strujom pojačavača • Generator na ulazu je potpuno izolovan od potrošača na izlazu
iA je strujno pojačanje
)( ppgipulipiziz RfRIARIARIU
)()()( 22ppgipuliiziziz RfRIARUAIUP
UvodModeli pojačavača
12/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Ig Rg RulUul AiIul Riz RpUiz
IizIul
Strujni generator Realan strujni pojačavač Potrošač
gulg
ggul I
RR
RII
)( pulpiz
iziiz RfI
RR
RAI
)( ppiz
izi
ul
izI Rf
RR
RA
I
IA
Strujno pojačanje realnog strujnog pojačavača
Ako raste Otpornost potrošača
Strujno pojačanje Idealnog strujnog pojačavača
Strujni pojačavač – idealni, realni Naponski pojačavač Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
13/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Ig Rg RulUul AiIul Riz RpUiz
IizIul
Strujni generator Realan strujni pojačavač Potrošač
ul
pI
ulul
piz
ul
izV
R
RA
RI
RI
U
UA Naponskog pojačanje
realnog strujnog pojačavača
IVulul
iziz
ul
iz AAIU
IU
P
PG
Pojačanje snage realnog strujnog pojačavača
ulG
G
piz
izi
ulG
GI
g
ul
ul
iz
g
izIg
RR
R
RR
RA
RR
RA
I
I
I
I
I
IA
gul RR piz RR
Strujni pojačavač – idealni, realni Naponski pojačavač Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
14/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Ig Rg RulUul AiIul Riz RpUiz
IizIul
Strujni generator Realan strujni pojačavač Potrošač
ulG
G
piz
izi
ulG
GI
g
ul
ul
iz
g
izIg
RR
R
RR
RA
RR
RA
I
I
I
I
I
IA
gul RR piz RR
iul
iz
g
izig A
I
I
I
IA
Kod realnog strujnog pojačavača
Kod idealnog strujnog pojačavača
Cilj kod projektovanja: i
Realni primer je pojačavač sa bipolarnim tranzistorom u spoju sa zajedničkim emiterom.
Strujni pojačavač – idealni, realni Naponski pojačavač Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
15/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
)( pgvulviz RfUAUAU
• Naponsko pojačanje je konstantno i ne zavisi od Rp i frekvencije signala • Idealno naponski pojačavač, gledano sa stajališta potrošača, ustvari zavisni idealni naponski izvor
upravljan naponom na ulazu pojačavača • Generator na ulazu je potpuno izolovan od potrošača na izlaz
vA je naponsko pojačanje
)( pp
gv
p
ulv
p
iziz Rf
R
UA
R
UA
R
UI
)()()(22
pp
gv
p
ulviziziz Rf
R
UA
R
UAIUP
Ug
RG
Rul = ∞Uul AvUul
Riz = 0
RpUiz
IizIul= 0
Naponski
generatorIdealni naponski pojačavač Potrošač
+ +
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
16/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Ug
RG
Uul AvUul
Riz
RpUiz
IizIul
Naponski
generator
Realni naponski pojačavač Potrošač
+ +
Rul
gulg
ulgul U
RR
RUU
)( pul
piz
pviz RfU
RR
RAU
)( ppiz
pv
ul
izV Rf
RR
RA
U
UA
Naponsko pojačanje realnog naponskog pojačavača
Naponsko pojačanje Idealnog naponskog pojačavača
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
17/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
p
ulV
ul
ul
p
iz
ul
izI
R
RA
U
R
R
U
I
IA Strujno pojačanje
realnog naponskog pojačavača
IVulul
iziz
ul
iz AAIU
IU
P
PG
Pojačanje snage realnog naponskog pojačavača
Ug
RG
Uul AvUul
Riz
RpUiz
IizIul
Naponski
generator
Realni naponski pojačavač Potrošač
+ +
Rul
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
18/26
gul RR piz RR
v
ul
iz
g
izVg A
U
U
U
UA
Kod realnog naponskog pojačavača
Kod idealnog naponskog pojačavača
Cilj kod projektovanja: i
Realni primer je pojačavač sa unipolarnim tranzistorom u spoju sa zajedničkim sorsom.
ulG
ul
piz
p
v
ulG
ulV
g
ul
ul
iz
g
izVg
RR
R
RR
RA
RR
RA
U
U
U
U
U
UA
gul RR piz RR
Ug
RG
Uul AvUul
Riz
RpUiz
IizIul
Naponski
generator
Realni naponski pojačavač Potrošač
+ +
Rul
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse Pojačava transrezistance
19/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
)( pgmulmiz RfUGUGI mG [mA/V] strmina pojačavača
)( ppmul
izv RfRG
U
UA
UulGmUul RpUiz
Iiz
Idealni pojačavač
transkonduktanse
Potrošač
Riz = ∞
Iul= 0
Ug
RG
+
Naponski
generator
Rul = ∞
+
)( ppgmpulmpiziz RfRUGRUGRIU
)()( 2ppulmiziziz RfRUGIUP
Naponsko pojačanje
Snaga predana potrošaču
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance
20/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
gulg
ulgul U
RR
RUU
)( ppiz
izm
ul
izM Rf
RR
RG
U
IG
Strmina realnog pojačavača
Strmina idealnog pojačavača
RulUul Riz RpUiz
IizIul
PotrošačRealni pojačavač
transkonduktanse
Ug
RG
+
GmUul
+
)( pulpiz
izmiz RfU
RR
RGI
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance
21/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Naponsko pojačanje realnog pojačavača
RulUul Riz RpUiz
IizIul
PotrošačRealni pojačavač
transkonduktanse
Ug
RG
+
GmUul
+
pMul
izV RG
U
UA
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance
22/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
gul RR piz RR
mul
iz
g
izMg G
U
I
U
IG
Kod realnog pojačavača
Kod idealnog pojačavača
Cilj kod projektovanja: i
ulG
ul
piz
izm
g
ul
ul
iz
g
izMg
RR
R
RR
RG
U
U
U
I
U
IG
gul RR piz RR
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance
RulUul Riz RpUiz
IizIul
PotrošačRealni pojačavač
transkonduktanse
Ug
RG
+
GmUul
+
23/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
)( pgmulmiz RfIRURU mR [Ω] Prenosni otpor pojačavača
)( pp
m
ul
izi Rf
R
R
I
IA
ul
p
m
p
iziz I
R
R
R
UI
p
ulmiziziz
R
IRIUP
2)(
Strujno pojačanje
Snaga predana potrošaču
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance – idealni, realni
Rul = ∞Uul RmIul
Riz = 0
RpUiz
IizIul= 0
Idealni otporni pojačavač
(Idealni pojačavač transrezistanse)
Potrošač
+
Rg
Strujni generator
Ig
24/26
gulg
ggul I
RR
RII
)( ppiz
pm
ul
izM Rf
RR
RR
I
UR
Prenosni otpor realnog pojačavača
Prenosni otpor idealnog pojačavača
)( pulpiz
pmiz RfI
RR
RRU
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance – idealni, realni
RmIul
Riz
RpUiz
Iiz
Realni otporni pojačavač
(Realni pojačavač transrezistanse)
Potrošač
+
RulIg Rg
Iul
Strujni generator
Uul
25/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
Naponsko pojačanje realnog pojačavača
ul
M
ul
izV
R
R
U
UA
Strujno pojačanje realnog pojačavača p
M
ul
izI
R
R
I
IA
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance – idealni, realni
RmIul
Riz
RpUiz
Iiz
Realni otporni pojačavač
(Realni pojačavač transrezistanse)
Potrošač
+
RulIg Rg
Iul
Strujni generator
Uul
26/26
Pojačanje signala Simbol za pojačavač Definisanje pojačanja Izražavanje pojačanja u decibelima (dB) Napajanje pojačavača
gul RR piz RR
mul
iz
g
izMg R
I
U
I
UR
Kod realnog pojačavača
Kod idealnog pojačavača
Cilj kod projektovanja: i
ulg
g
piz
pm
g
izMg
RR
R
RR
RR
I
UR
gul RR piz RR
UvodModeli pojačavača
Strujni pojačavač Naponski pojačavač – idealni, realni Pojačavač transkonduktanse– idealni, realni Pojačava transrezistance – idealni, realni
RmIul
Riz
RpUiz
Iiz
Realni otporni pojačavač
(Realni pojačavač transrezistanse)
Potrošač
+
RulIg Rg
Iul
Strujni generator
Uul