În acest articol voi lua spre exemplificare una din cele mai utilizate scheme de preamplificatoare audio şi anume schema cu tranzistor bipolar în conexiunea emitor comun (fig.1).
Pentru început, considerăm că ne interesează o amplificare de aproximativ 10 cu o impedanţă de intrare de cel puţin 30 kOhmi şi o impedanţa de ieşire de 10 Kohmi.
Este cunoscut faptul că amplificarea este raportul dintre tensiunea de ieşire şi tensiunea de intrare, iar la etajele cu emitorul comun aceasta nu depinde practic de tranzistor ci de produsul S*RS, unde S reprezintă panta tranzistorului iar Rs rezistenţa de sarcină a etajului.
Rezistenţa RE2 nu intervine în calcul, avînd în paralel un condensator de mare capacitate CE, singurul element de circuit care influenţează fiind rezistenţa RE1 care introduce o reacţie negativă.
Deci, se poate aproxima:
Această relaţie este destul de precisă pentru amplificării mari în tensiune. Ca să se asigure impedanţele de intrare şi ieşire impuse, ca să avem un zgomot de fond mic şi bune performanţe la frecvenţe înalte, alegem un curent de colector IC destul de mic (în general, pentru obţinerea acestor performanţe, se recomandă curentul de colector între 0,2 şi 1mA).
Pentru ca tensiunea de ieşire UE să fie cât mai mare urmărim ca la bornele rezistenţei de sarcină RS tensiunea continuă să fie jumătate din tensiunea de alimentare, E/2, unde E = 12Vdc.
Adoptăm un curent de colector IC = 0,5 mA şi UC = E/2= 6V. În acest caz:
de unde rezultă:
Fără a comite o mare eroare considerăm că: Ic = IE*RE1. Practic, RE1 se alege Rc/10. Rezultă:
Atunci: RE1*IC = 1,2 kOhm * 0,5 mA = 0,6V.
Când temperatura la colector creşte, curentul tinde să crească iar potenţialul său să scadă. În aceste condiţii tensiunea continuă la bornele rezistoarelor RE1 şi RE2 creşte, compensând deriva termică, aceasta numai dacă potenţialul de emitor este suficient de mare. Dacă presupunem că tensiunea la bornele lui RE2 = 1V, rezultă că:
Condensatorul CE se alege aşa fel încât să aibă o reactanţa mai mică de cel puţin 10 ori faţă de rezistenţa totală din emitor, deci de aproximativ:
la frecvenţa de trecere din partea inferioară a benzii (în cazul nostru 10 Hz). Aplicând formula:
Punctul de funcţionare a tranzistorului se stabileşte din rezistoarele montate în bază. Dar:
După aceea aplicăm teorema divizorului de tensiune şi rezultă:
Ca să avem un regim stabil de funcţionare, curentul prin R2 trebuie să fie de 10 ori mai mare ca IB. În mod uzual, tranzistoarele amplificatoare de tensiune au un factor de amplificare în jur de 100 sau chiar mai mult. În exemplu nostru, vom adopta: β=hFe=100.
Ştiind că:
Atunci:
După aceea, dacă extragem Ib din relația (10) și îl înlocuim în relația (11) rezultă:
Totodată, din relația (5) știm că tensiunea pe RE1 și RE2 este: UE=1,6V iar UBE=0,65V pentru tranzistoare bipolare.
Rezolvând sistemul (13) rezultă:
Ţinând cont de condiţiile de stabilitate a tensiunii de bază, vom avea:
Apoi se determină rezistenţa R2:
Reactanţa condensatorului de intrare se alege mai mică decât rezistenţa echivalentă a rezistenţelor R1 şi R2 văzute în paralel. Deci,
Iar reactanţa condensatorului de ieşire Ce trebuie să aibă o reactanţă foarte mică în comparaţie cu a rezistenţei de sarcină, astfel ca pe condensator să cadă o fracţiune cât mai mică din semnalul de intrare. Practic, se utilizează relaţia următoare:
Frecvenţa tipică (test) în aplicaţii de audiofrecvenţă este f = 1kHz . Aplicând formula anterioară, rezultă următoarele valori ale condensatoarelor Ci şi Ce:
În practică nu prea avem timp să efectuăm calcule (chiar şi simplificatoare) şi ca drept urmare este foarte util, ca cel puţin în privinţa valorii condensatoarelor de intrare şi ieşire, să ne stabilim nişte repere sau domenii de valori: Ci = 1...10uF şi Ce = 0,22...4,7uF.
Valoarea condensatorului C se adopta de regula între 0,1 şi 1 uF. Opţional, dacă sursa de alimentare nu este o baterie sau dacă sursa de alimentare se află pe o altă plăcuţa de circuit imprimat şi nici nu este stabilizată, în paralel cu condensatorul C se mai conectează un capacitor electrolitic de 100 uF.
Observație! Daca avem un tranzistor bipolar cu factor de amplificare mai mare de 100, spre exemplu 200, in acest caz putem dubla valorile rezistoarelor din baza (R1 si R2) fara să mai repetam calculele menționate anterior (asta daca nu dorim un calcul exact).
Bibliografie:
Colecţia revistei Tehnium;
K. F. Ibrahim Introducere în electronică", Editura Teora, Bucureşti, 2001.
Editat de donpetru
Comentarii Recomandate
Creează un cont sau autentifică-te pentru a adăuga comentariu
Trebuie să fi un membru pentru a putea lăsa un comentariu.
Creează un cont
Înregistrează-te pentru un nou cont în comunitatea nostră. Este simplu!
Înregistrează un nou contAutentificare
Ai deja un cont? Autentifică-te aici.
Autentifică-te acum