L’amplificació és un procés per augmentar la intensitat del senyal augmentant l’amplitud d’un senyal donat sense canviar-ne les característiques. Un amplificador acoblat per RC és una part d’un amplificador de diverses etapes en què es connecten diferents etapes dels amplificadors mitjançant una combinació d’una resistència i un condensador. Un circuit amplificador és un dels circuits bàsics en electrònica.
Un amplificador que es basa completament en el transistor es coneix bàsicament com a amplificador de transistor. El senyal d'entrada pot ser un senyal de corrent, un senyal de tensió o un senyal d'alimentació. Un amplificador amplificarà el senyal sense canviar-ne les característiques i la sortida serà una versió modificada del senyal d’entrada. Les aplicacions dels amplificadors són d’una àmplia gamma. S’utilitzen principalment en instruments d’àudio i vídeo, comunicacions, controladors, etc.
Amplificador d'emissor comú d'una sola etapa:
A continuació es mostra el diagrama de circuits d’un amplificador de transistor d’emissor comú d’una sola etapa:
Amplificador acoblat RC d'emissor comú d'una sola etapa
Explicació del circuit
Un amplificador emissor comú de RC d’una sola etapa és un circuit amplificador simple i elemental. El propòsit principal d’aquest circuit és la preamplificació que consisteix a fer que els senyals febles siguin prou forts per a una amplificació posterior. Si es dissenya correctament, aquest amplificador acoblat RC pot proporcionar excel·lents característiques de senyal.
El condensador Cin a l'entrada actua com un filtre que s'utilitza per bloquejar la tensió de CC i permetre només la tensió de CA al transistor. Si alguna tensió de corrent continu externa arriba a la base del transistor, alterarà les condicions de polarització i afectarà el rendiment de l'amplificador.
Les resistències R1 i R2 s’utilitzen per proporcionar una polarització adequada al transistor bipolar. R1 i R2 formen una xarxa de polarització que proporciona la tensió base necessària per conduir la regió inactiva del transistor.
La regió entre la regió de tall i la de saturació es coneix com a regió activa. La regió on el funcionament del transistor bipolar està completament apagat es coneix com a regió de tall i la regió on el transistor està completament encès es coneix com a regió de saturació.
Les resistències Rc i Re s’utilitzen per baixar la tensió de Vcc. La resistència Rc és una resistència col·lectora i Re és una resistència emissora. Tots dos es seleccionen de manera que tots dos haurien de baixar la tensió Vcc un 50% en el circuit anterior. El condensador de l’emissor Ce i la resistència de l’emissor fan una retroalimentació negativa per fer més estable el funcionament del circuit.
Amplificador d'emissor comú en dues etapes:
El circuit següent representa l'amplificador de transistors de mode d'emissor comú de dues etapes on la resistència R s'utilitza com a càrrega i el condensador C s'utilitza com a element d'acoblament entre les dues etapes del circuit d'amplificador.
Amplificador acoblat de RC d'emissor comú de dues etapes
Explicació del circuit:
Quan introduïu CA. el senyal s'aplica a la base del transistor de l'1cetapa de l'amplificador acoblat RC, a partir del generador de funcions, després s'amplifica a través de la sortida de la 1a etapa. Aquesta tensió amplificada s'aplica a la base de la següent etapa de l'amplificador, a través del condensador d'acoblament Cout, on s'amplifica encara més i reapareix a la sortida de la segona etapa.
Així, les etapes successives amplifiquen el senyal i el guany global s’eleva fins al nivell desitjat. Es pot obtenir un guany molt més gran connectant successivament diverses etapes d'amplificador.
L'acoblament de resistència-capacitat (RC) en amplificadors s'utilitza més àmpliament per connectar la sortida de la primera etapa a l'entrada (base) de la segona etapa, etc. Aquest tipus d’acoblament és el més popular perquè és barat i proporciona una amplificació constant en una àmplia gamma de freqüències.
Transistor com a amplificadors
Si bé coneixeu diferents circuits per a amplificadors acoblats de RC, és important saber-ne bàsics dels transistors com a amplificadors. Les tres configuracions dels transistors bipolars que s’utilitzen habitualment són el transistor de base comú (CB), el transistor d’emissor comú (CE) i els transistors de col·lector comú (CE). A part dels transistors, amplificadors operatius també es pot utilitzar amb finalitats d'amplificació.
- Emissor comú la configuració s'utilitza habitualment a l'aplicació d'amplificador d'àudio perquè l'emissor comú té un guany positiu i també superior a la unitat. En aquesta configuració, l’emissor està connectat a terra i té una impedància d’entrada elevada. La impedància de sortida serà mitjana. La majoria d’aquests tipus d’aplicacions d’amplificadors de transistors s’utilitzen habitualment a Comunicació RF i comunicacions de fibra òptica (OFC).
- La configuració base comuna té un guany inferior a la unitat. En aquesta configuració, el col·lector està connectat a terra. Tenim baixa impedància de sortida i alta impedància d’entrada a la configuració base comuna.
- Col·leccionista comú també es coneix com a configuració seguidor de l'emissor perquè l’entrada aplicada a l’emissor comú apareix a la sortida del col·lector comú. En aquesta configuració, el col·lector està connectat a terra. Té baixa impedància de sortida i alta impedància d’entrada. Té un guany gairebé igual a la unitat.
Paràmetres bàsics d'un amplificador de transistor
Hem de tenir en compte les següents especificacions abans de triar l'amplificador. Un bon amplificador ha de tenir totes les especificacions següents:
- Ha de tenir una impedància d’entrada elevada
- Ha de tenir una alta estabilitat
- Ha de tenir una elevada linealitat
- Hauria de tenir un gran guany i amplada de banda
- Ha de tenir una alta eficiència
Ample de banda:
El rang de freqüència que un circuit amplificador pot amplificar correctament es coneix com l’amplada de banda d’aquest amplificador en particular. La corba inferior representa la resposta de freqüència de l'amplificador acoblat RC d'una sola etapa.
R C Resposta de freqüència acoblada
La corba que representa la variació del guany d’un amplificador amb freqüència s’anomena corba de resposta de freqüència. L'amplada de banda es mesura entre la meitat de potència inferior i la meitat superior. El punt P1 és la meitat de potència inferior i P2 la meitat de potència superior respectivament. Un bon amplificador d’àudio ha de tenir un ample de banda de 20 Hz a 20 kHz perquè aquest és el rang de freqüències que es pot escoltar.
Guany:
El guany d’un amplificador es defineix com la proporció de potència de sortida a la potència d’entrada. El guany es pot expressar en decibels (dB) o en nombres. El guany representa quant pot amplificar un amplificador un senyal que se li dóna.
L'equació següent representa un guany en nombre:
G = Pout / Pin
On Pout és la potència de sortida d’un amplificador
El pin és la potència d’entrada d’un amplificador
L'equació següent representa un guany en decibels (DB):
Guany a DB = 10 log (Pout / Pin)
El guany també es pot expressar en tensió i corrent. El guany de tensió és la proporció de la tensió de sortida a la tensió d’entrada i el guany de corrent és la relació del corrent de sortida al corrent d’entrada. A continuació es mostra l’equació del guany en tensió i corrent
Guany de tensió = tensió de sortida / tensió d’entrada
Guany de corrent = corrent de sortida / corrent d’entrada
Alta impedància d'entrada:
La impedància d’entrada és la impedància que ofereix un circuit amplificador quan es connecta a la font de tensió. L'amplificador de transistors ha de tenir una impedància d'entrada elevada per evitar que es carregui la font de tensió d'entrada. Per tant, aquesta és la raó per la qual hi ha una alta impedància a l'amplificador.
Soroll:
El soroll fa referència a les fluctuacions o freqüències no desitjades presents en un senyal. Pot ser degut a la interacció entre dos o més senyals presents en un sistema, fallades de components, defectes de disseny, interferències externes o potser en virtut de certs components utilitzats al circuit amplificador.
Linealitat:
Es diu que un amplificador és lineal si hi ha alguna relació lineal entre la potència d’entrada i la potència de sortida. La linealitat representa la plana del guany. Pràcticament no és possible obtenir una linealitat del 100% ja que els amplificadors utilitzen dispositius actius com BJT, JFET o MOSFET, que tendeixen a perdre guanys a altes freqüències a causa de la capacitat paràsita interna. A més, els condensadors de desacoblament d’entrada de CC estableixen una freqüència de tall inferior.
Eficiència:
L'eficiència d'un amplificador representa com un amplificador pot utilitzar la font d'alimentació de manera eficient. I també mesura la quantitat de potència de la font d'alimentació que es converteix guanyant a la sortida.
L'eficiència normalment s'expressa en percentatge i l'equació de l'eficiència es dóna com (Pout / Ps) x 100. On Pout és la potència de sortida i Ps és la potència extreta de la font d'alimentació.
Un amplificador de transistors de classe A té un 25% d’eficiència i proporciona una reproducció del senyal excel·lent, però l’eficiència és molt baixa. L’amplificador de classe C té una eficiència de fins al 90%, però la reproducció del senyal és dolenta. La classe AB es troba entre els amplificadors de classe A i classe C, de manera que s’utilitza habitualment amplificador d'àudio aplicacions. Aquest amplificador té una eficiència de fins al 55%.
Taxa de gir:
La velocitat de gir d’un amplificador és la velocitat màxima de canvi de sortida per unitat de temps. Representa la rapidesa amb què es pot canviar la sortida d’un amplificador en resposta al canvi de l’entrada.
Estabilitat:
L’estabilitat és la capacitat d’un amplificador per resistir les oscil·lacions. Normalment, es produeixen problemes d’estabilitat durant les operacions d’alta freqüència, prop de 20 kHz en cas d’amplificadors d’àudio. Les oscil·lacions poden ser d’amplitud alta o baixa.
Espero que aquest tema bàsic però important de projectes electrònics s'ha cobert amb una àmplia informació. Aquí teniu una pregunta senzilla: amb quin propòsit s’utilitza una configuració de col·lector comuna i per què?
Doneu les vostres respostes a la secció de comentaris a continuació.
