Wzmacniacze – ogólne informacje Mateusz Wieczorkiewicz Radosław Zacira

a) powszechnie stosowany symbol; Symbol graficzny: a) powszechnie stosowany symbol; b) dodatkowo zaznaczone napięcia zasilające oraz napięcia wejściowe i wyjściowe

Wzmacniacz - to układ elektroniczny, którego zadaniem jest wytworzenie na wyjściu sygnału o wartości większej, proporcjonalnej do sygnału wejściowego. Dzieje się to kosztem energii pobieranej z zewnętrznego źródła zasilania. Wzmacniacze są budowane przy użyciu elementów aktywnych (niegdyś lamp elektronowych, obecnie tranzystorów).

Podział wzmacniaczy Ze względu na parametr sygnału, który jest wzmacniany, wzmacniacze dzielone są na: * wzmacniacze prądu (współczynnik wzmocnienia napięciowego równy jest 1) * wzmacniacze napięcia (współczynnik wzmocnienia prądowego równy jest 1) * wzmacniacze mocy (wzmacniane są równocześnie prąd i napięcie) – najczęściej stosowane we wzmacniaczach akustycznych

* wzmacniacze stałoprądowe (lub wzmacniacze przebiegów wolnozmiennych) Ze względu na rodzaj wzmacnianego sygnału elektrycznego stosuje się podział: * wzmacniacze stałoprądowe (lub wzmacniacze przebiegów wolnozmiennych) * wzmacniacze pasmowe – wzmacniają sygnał z zadanego zakresu częstotliwości * wzmacniacze selektywne – zakres częstotliwości jest względnie wąski * wzmacniacze szerokopasmowe

Najważniejsze parametry elektryczne wzmacniaczy to: * współczynnik wzmocnienia prądowego * współczynnik wzmocnienia napięciowego * rezystancja (impedancja) wejściowa – określa jak bardzo wzmacniacz obciąża źródło sygnału (im większa, tym lepiej) * rezystancja (impedancja) wyjściowa – określa jak duża część wzmocnionego sygnału zostanie "stracona" w obwodach wzmacniacza (im mniejsza, tym lepiej) * pasmo przenoszonych częstotliwości * stosunek sygnał/szum

Wartość wzmocnienia prądowego obliczamy ze wzoru :

Wzmocnienie napięciowe wylicza się natomiast z zależności:

Rodzaje wzmacniaczy – opis 1. Wzmacniacze szerokopasmowe 2. Wzmacniacze selektywne 3. Wzmacniacze mocy 4. Wzmacniacz scalony

1. WZMACNIACZE SZEROKOPASMOWE Wzmacniacze szerokopasmowe - wzmacniają sygnały o szerokim widmie częstotliwości. Zastosowanie wzmacniaczy szerokopasmowych: - wzmacniacze teletransmisyjne - wzmacniacze odbiorników telewizyjnych - wzmacniacze urządzeń radarowych

Przykładowa charakterystyka ampiltudowa

Charakterystyki częstotliwościowe Charakterystyka fazowa wzmacniacza szerokopasmowego powinna wykazywać stałą wartość przesunięcia fazowego w dużym zakresie częstotliwości. Jeżeli charakterystyka ta wykazuje zmianę kąta przesunięcia fazowego, to musi to być liniowa zmiana w funkcji częstotliwości. Wzmacniacz, który spełnia te warunki, nie zniekształca przenoszonego sygnału odkształconego można nazwać wzmacniaczem szerokopasmowym

Charakterystyki częstotliwościowe wzmacniaczy o jednakowym paśmie przenoszenia: a) szerokopasmowego b) pasmowego

2.Wzmacniacze selektywne Zadaniem wzmacniaczy selektywnych jest wydzielenie z sygnału wejściowego składowych o częstotliwości bliskiej częstotliwości środkowej f0 (w interesującym nas paśmie) i wytłumienie pozostałych składowych sygnału. Wzmacniacze selektywne dzieli się na: wzmacniacze z selektywnym sprzężeniem zwrotnym, nazywane filtrami aktywnymi lub ampifiltrami, oraz wzmacniacze rezonansowe. Głównym zastosowaniem wzmacniaczy selektywnych są urządzenia odbiorcze (radiowe, telewizyjne, radarowe), analogowe systemy telekomunikacyjne, modemy, filtracja sygnałów pomiarowych.

Parametry wzmacniaczy selektywnych - Selektywność: Selektywnością wzmacniacza jest nazywana zdolność do tłumienia sygnałów o częstotliwościach leżących poza pasmem przenoszenia, czyli: sygnałów niepożądanych. - Częstotliwość środkowa: Jest to częstotliwość(fo) przy której wzmacniacz selektywny posiada maksimum charakterystyki czyli wartość jeden. - Pasmo trzydecybelowe: Jest to przedział częstotliwości w którym wzmocnienie wzmacniacza zmalało o 3dB w stosunku do wzmocnienia przy częstotliwości środkowej fo - Pasmo dwudziestodecbelowe: Jest to zakres częstotliwości, w którym wzmocnienie wzmacniacza zmalało do poziomu -20dB

Wzmacniacze mocy stosuje się do wzmacniania sygnałów akustycznych

Budowa wzmacniacza mocy Sygnał wej. jest podawany na wej. wzmacniacza napięciowego (m.cz.) z którego poprzez stopień sterujący jest odprowadzany do stopnia wyjściowego. Następnie sygnał podawany jest na odbiornik np. głośnik oraz poprzez pętle ujemnego sprzężenia zwrotnego na wejście wzmacniacza napięciowego. Dzięki sprzężeniu zwrotnemu uzyskuje się stabilizacje punktów pracy tranzystorów a co za tym idzie minimalizację zniekształceń nieliniowych.

Klasy pracy tranzystora W zależności od położenia punktu pracy tranzystorów wzmacniacze mocy dzieli się na klasy: A, B, AB, C,T KLASA A -Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że przez element aktywny tego wzmacniacza płynie prąd przez cały okres T sygnału sterującego. Sprawność dla wzmacniaczy pracujących w klasie A wynosi max 50%. KLASA B -Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że element aktywny tego wzmacniacza przewodzi prąd tylko przez połowę okresu T trwania sygnału sterującego. Sprawność dla wzmacniaczy pracujących w klasie B wynosi ok.78,5%.

KLASA AB - Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że element aktywny tego wzmacniacza przewodzi prąd przez czas krótszy niż jeden okres T trwania sygnału sterującego, ale dłuższy niż pół okresu. Klasa AB charakteryzuje się sprawnością rzędu 50-70% z małymi zniekształceniami. KLASA C - Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że element aktywny tego wzmacniacza przewodzi prąd przez czas krótszy niż pół okresu T trwania sygnału sterującego. KLASA T – wzmacniacz klasy T jest procesorem sygnałowym sterującym wyjściowymi tranzystorami w sposób wyznaczony przez sygnał wejściowy i sygnał sprzężenia zwrotnego. Współczynnik zniekształceń nieliniowych poniżej 0,08% ,sprawność wynosi w granicy 70-90% tym samym klasa T łączy ze sobą zalety klas A, AB, D

PARAMETRY WZMACNIACZA MOCY Do podstawowych parametrów wzmacniacza mocy zaliczamy : - wzmocnienie mocy - moc wyjściowa mierzona w watach -współczynnik sprawności energetycznej –jest definiowany jako stosunek mocy wydzielonej w obciążeniu do mocy pobieranej z zasilacza i podawany w % - współczynnik zniekształceń nieliniowych (współczynnik zawartości harmonicznych) – jest miarą zniekształceń sygnału wyjściowego wzmacniacz - pasmo przenoszenia częstotliwości

CHARAKTERYSTYKI WZMACNIACZA MOCY Charakterystyka przejściowa moc wyjściowa w funkcji napięcia wejściowego - napięcie przesterowania - moc znamionowa Charakterystyka zniekształceń wzmacniacza mocy napięcie wyjściowe w funkcji napięcia h – współczynnik zniekształceń nieliniowych

Charakterystyka częstotliwościowa i charakterystyka zniekształceń Moc wyjściowa w funkcji częstotliwości

Charakterystyka obciążeniowa Zależność mocy wyjściowej wzmacniacza od wartości rezystancji obciążenia - moc znamionowa - rezystancja wyjściowa - optymalna rezystancja obciążenia (dla wzmacniaczy akustycznych wynosi 4–8 ohm) h – współczynnik zniekształceń nieliniowych

Charakterystyka energetyczna - moc pobrana z zasilacza - moc oddawana do obciążenia - moc tracona w tranzystorach

Wzmacniacz scalony Wzmacniacze scalone dzielimy ze względu na wykonanie : - układy monolityczne których moc nie przekracza 30W są wytwarzane w podłożu z monokryształu krzemu. Zwiększenie mocy wyj. odbywa się kosztem jakości sygnału wyjściowego -układy hybrydowe – mają o wiele większą moc (do 200 W ) oraz wysoką jakość są wytwarzane w technice warstwowej która jest znacznie droższa od wytwarzania układów monolitycznych.

Schemat scalonego wzmacniacza mocy TDA 2040 z zasilaniem symetrycznym

Literatura http://www.scribd.com/doc/425625/Symbole-graficzne-elementow-elektronicznych http://pl.wikipedia.org/wiki/Wzmacniacz_operacyjny Notatki własne http://pl.wikipedia.org/wiki/Wzmacniacz_mocy

Dziękuje za uwagę