82

Click here to load reader

USMENI Elektronika 2.doc

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Operacioni pojačavač, FREKVENTNE KARAKTERISTIKE POJAČANJA OPERACIONOG POJAČAVAČA, MAKSIMALNA BRZINA ODZIVA slew rate, NAPONSKI I STRUJNI OFSET KOD OPERACIONOG POJAČAVAČA, IZVORI JEDNOSMJERNOG NAPONA, ispravljači, LINEARNI STABILIZATORI NAPONA, SINUSNI OSCILATORI, IZVORI KONSTANTNE STRUJE (STRUJNO OGLEDALO), VIDLAROV STRUJNI IZVOR, Diferencijalni pojačavač, OSNOVNE KARAKTERISTIKE I PODJELA POJAČAVAČA VELIKIH SNAGA, POJAČAVAČI SNAGE U KLASI A B

Citation preview

Page 1: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

OSNOVNE OSOBINE OPERACIONOG POJAČAVAČA

Idealni pojačavač je onaj pojačavač koji je naponski ili strujno, idealno prilagođen i na ulazu, i na izlazu. Termin „operacioni pojačavač“, uveden je za posebnu vrstu pojačavača sa dobrim ulaznim karakteristikama i velikim pojačanjem. Naziv je dobio po tome što je primjenom takvog pojačavača moguće realizovati neke matematičke operacije između ulaznih napona. Često se koristi u analognima kolima za izvođenje operacija sabiranja, oduzimanja, množenja, dijeljenja, integraljenja i diferenciranja. Kod operacionog pojačavača tri dijela, tj stepena:

1. ulazni pojačavač (stepen) - diferencijalni pojačavač - obezbjeđuje:- veliku ulaznu otpornost- malu ulaznu struju- veliko CMRR- mali naponski i strujni offset

2. naponski pojačavač (stepen) - obezbjeđuje:- dovoljno veliko pojačanje napona

3. izlazni pojačavač (stepen) - obezbjeđuje:- malu izlaznu otpornost- odgovarajuće strujno pojačanje (pojačavač snage)

Osnovne karakteristike idealnog operacionog pojačavača su: - beskonačno velika ulazna otpornost, - beskonačno mala izlazna otpornost,

- beskonačno veliko naponsko pojačanje, - parametri ne zavise od učestanosti - nezavisne promjene frekvencije imaju iste vrijednosti (beskonačan frekvencijski odziv) - jednosmjerne karakteristike su idealne - faktor potiskivanja simetrične komponente teži ka beskonačnosti (CMRR→∞) - strujni i naponski ofset su jednaki nuli Operacioni pojačavač sa signalne tačke gledišta je elektronsko kolo sa tri priključka: dva ulaza i jednim izlazom. Ulaz označen s '-' naziva se invertujući, a ulaz s oznakom '+' neinvertujući. Njegov simbol je:

Operacioni pojačavač najčešće ima diferencijalni ulaz, jer je prvi pojačavački stepen diferencijalni pojačavač Dakle, napon između ulaznih priključaka je jednak nuli, i između njih ne teče nikakva struja. Ako je jedan od ulaznih priključaka vezan na masu, potencijal drugog ulaznog priključka je takođe nula, pa se kaže da je on na virtuelnoj masi.

Vlastimir Hršum 1

Page 2: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Na slici je prikazan granični slučaj za jedinični pojačavač:

Upotrebljava se u kolima kao razdvojni stepen, tj. služi za prenos napona iz jedne tačke u drugu, pri čemu visoka ulazna impedansa pojačavača ne opterećuje tačku gdje je vezan Ug,a mala izlazna impedansa omogućava dobijanje neoslabljenog napona na izlazu Ui (na potrošaču).

jedinični pojačavač (neinvertorski) On ima veliku ulaznu otpornost i vrlo malu izlaznu otpornost, te se koristi kao razdvojni (izolacioni) pojačavač između generatora velike izlazne otpornosti i potrošača male otpornosti.

Kod invertujućeg pojačavača, ulazni i izlazni napon su u protivfazi.

invertujući pojačavač

Signal dovodimo na neinvertujući ulaz, a invertujući vežemo na masu.

neinvertujući pojačavač

Vlastimir Hršum 2

Page 3: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

REALNI OPERACIONI POJAČAVAČ

Realni operacioni pojačavač ima konačnu ulaznu i izlaznu impedansu, konačno pojačanje od nekoliko desetina do nekoli stotina hiljada, tj od 80dB do 120dB. Ulazna otpornost realnog operacionog pojačavača varira od 106 Ω kod operacionih pojačavača realizovanih u bipolarnoj tehnologiji, do 109 Ω – 1012 Ω za operacione pojačavače realizovane u MOS tehnologiji. Izlazna otpornost je mala i iznosi nekoliko stotina oma. Takođe, realni operacioni pojačavači imaju konačan frekvencijski propusni opseg koji je reda nekoliko MHz.

Danas je u primjeni veliki broj različitih tipova pojačavača. Kriterijumi klasifikacije su različiti: tehnologija izrade, struktura, oblast primjene, a najčešća podjela je prema broju pojačavačkih stepeni. Prema ovoj podjeli razlikuju se jednostepeni, dvostepeni i trostepeni pojačavači. Jednostepeni operacioni pojačavači imaju jedan pojačavački stepen a to je diferencijalni pojačavač, i izlazni stepen. Dvostepeni pojačavači sadrže dva stepena, diferencijalni i naponski pojačavač, i izlazni pojačavač. Trostepeni pojačavači se sastoje iz tri pojačavačka stepena, dva diferencijalna i jedan naponski pojačavač, i izlazni pojačavač (pojačavač snage). Razlikujemo tri režima rada:

- linearni režim; nagib pojačanja je izuzetno velik- plus zasićenje; Viz = +Vcc- minus zasićenje; Viz = -Vcc

1. ULAZNA OTPORNOST2. IZLAZNA OTPORNOST3. NAPONSKO POJAČANJE

Vlastimir Hršum 3

Page 4: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

FREKVENTNE KARAKTERISTIKE POJAČANJA OPERACIONOG POJAČAVAČA

Pojačanje pojačavača često izražavamo veličinom izraženom u dB. Znači, ako je pojačanje A (neimenovan broj), onda je A= 20logA[dB]. Kod idealnog pojačavača pojačanje je nezavisno od učestanosti, dok u realnom slučaju nije tj. A = const. samo do neke granične frekvencije. Dosadašnja analiza naponskog pojačanja operacionog pojačavača važi samo za niske učestanosti. Praktično svaka komponenta operacionog pojačavača ima parazitne kapacitivnosti koje utiču na osnovne parametre pojačavača na visokim učestanostima. Kapacitivnosti ovih parazitnih kondenzatora imaju imaju velike tolerancije. Slično je i sa drugim frekventno zavisnim parametrima, kao što je npr strujno pojačanje tranzistora. Sve ovo doprinosi tome da je frekventna karakteristika pojačavača nestabilna. Stabilnost pojačavača se postiže stabilizacijom njegove frekventne karakteristike. Frekventna kompenzacija može biti interna ili eksterna. Najčešći je slučaj da je frekventna kompenzacija interna i ostvaruje se ugradnjom kompenzacionog kondenzatora CC između ulaza i izlaza naponskog pojačavača. Njegova vrijednost je obično od desetak do nekoliko desetina pF.

U ovom slučaju ekvivalentno kolo prvog pojačavačkog stepena ima sljedeći oblik.

Izraz za naponsko pojačanje operacionog pojačavača, uvažavajući njegove frekventne karakteristike je:

Ako je naponsko pojačanje operacionog pojačavača na niskim učestanostima i u izrazu, za naponsko pojačanje je usvojeno sljedeće

:

Vlastimir Hršum 4

Page 5: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Dominantan uticaj na frekventnu karakteristiku pojačavača ima član ω1 (u kome figuriše naponsko pojačanje drugog stepena). To znači da se izraz za naponsko pojačanje operacionog pojačavača može predstaviti u sljedećem obliku.

Vidimo da, ako se povećava propusni opseg, to se vrijednost pojačanja smanjuje i obratno. Učestanost na kojoj je naponsko pojačanje jednako 1 naziva se jedinična učestanost (jedinična frekvencija) i označava se sa ωT. Najveći propusni opseg ima jedinični pojačavači on je jednak graničnoj učestanosti, ali tada je pojačanje najmanje Bolje frekventne karakteristike operacionog pojačavača postižu se ukoliko se umjesto jednopolne koristi dvopolna kompenzacija.

Primjenom dvopolne kompenzacije ostvaruju se bolje frekventne karakteristike operacionog pojačavača, tj širi se propusni opseg.

Vlastimir Hršum 5

Page 6: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

MAKSIMALNA BRZINA ODZIVA

Uvođenjem kompenzacione kapacitivnosti CC ostvaruje se osnovni cilj, a to je stabilnost pojačavača pri maksimalnoj povratnoj sprezi. Međutim, vrijednost kapacitivnosti kondenzatora CC

je toliko velika da CC zauzima najveću površinu na čipu. Značajniji problem je nastajanje novog ograničenja pojačavača, pod imenom slew rate ili maksimalna brzina odziva. Maksimalna brzina odziva se definiše kao maksimalna brzina promjene izlaznog napona u vremenu (od najmanje do najveće trenutne vrijednosti) za skokovitu promjenu napona na ulazu. Maksimalna promjena izlaznog napona je maksimalna brzina kojom se kondenzator puni, odnosno prazni.

Vlastimir Hršum 6

Page 7: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

MAKSIMALNA FREKVENCIJA ZA VELIKE SIGNALE

Kada se pojačavač pobudi prostoperiodičnim signalom, izlazni napon biće prostoperiodičan samo ukoliko je maksimalna brzina promjene ulaznog napona manja ili jednaka slew rate.

Do izobličenja izlaznog signala neće doći ukoliko je:

To znači da je maksimalna frekvencija neizobičenog signala:

Ova frekvencija određuje širinu propusnog opsega za velike signale.

Vlastimir Hršum 7

Page 8: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

NAPONSKI I STRUJNI OFSET KOD OPERACIONOG POJAČAVAČA

Naponski i strujni ofset operacionog pojačavača nastaje kao posljedica ofseta diferencijalnog pojačavača. Ulazni stepen operacionog pojačavača je diferencijalni pojačavač, pa je i analiza strujnog i naponskog ofseta operacionog pojačavača ista kao i kod diferencijalnog pojačavača.

Ako je U0Q izlazni (ofset) napon kada je ulazni (offset) napon jednak nuli, tada je:

Ako pretpostavimo da su IB1 i IB2 jednaki, tada će naponski ofset biti jednak nuli (ako je):

Ukoliko struje IB1 i IB2 nisu jednake, što je najčešći slučaj, i pored toga što su otpornosti u kolu identične, postojaće napon na izlazu i za nulti ulazni napon. Kako bi se izbjegla ova pojava, često se otpornik R konstruiše kao promjenljivi otpornik. Međutim to u praksi nije uvijek pogodno, pa se za podešavanje ofseta koristi vanjski potenciometar P. Ovim potenciometrom se vrši podešavanje struje emitera tranzistorskog para diferencijalnog pojačavača i postiže se nulti izlazni napon kada je i ulaz vezan na masu.

STRUJNI OFFSET Zbog nemogućnosti realizovanja dva potpuno identična tranzistora, to ni ulazne struje polarizacije ne mogu biti iste. Ova razlika je slučajna funkcija, ne može se predvidjeti ni izračunati. Srednju vrijednost ulaznih struja predstavljamo kao struju polarizacije (bias):

a njihovu razliku kao strujni ofset (razdešenost).

Struji polarizacije (IB) znamo smjer, jer zavisi od tipa tranzistora, dok je struja ofseta (Ios) potpuno slučajnog karaktera. Strujni offset definišemo kao struju koju treba dovesti između ulaznih priključaka tako da se ulazne struje diferencijalnog pojačavača izjednače pri U1=U2 (UOS=0).

NAPONSKI OFFSET I ovdje, zbog nemogućnosti potpunog uparenja tranzistora, napon na izlazu operacionog pojačavača (UIOS) neće biti jednak nuli kada su ulazni naponi jednaki. Napon koji treba dovesti između ulaznih priključaka tako da napon na izlazu ima nultu vrijednost pri jednakim ulaznim naponima naziva se napon razdešenosti, naponski ofset (offset voltage). Njegov polaritet nije moguće unaprijed odrediti jer zavisi od neuparenosti komponenata, čiji je karakter slučajan. Tipične vrijednosti ovog napona se kreću u granicama 2-10 mV.

Vlastimir Hršum 8

Page 9: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

IZVORI JEDNOSMJERNOG NAPONA

U opštem slučaju, izvor jednosmjernog napona sadrži sljedeće elemente: ulazni (mrežni) transformator, ispravljač, filter, pretvarač jednosmjernog napona (DC stabilizator), i naravno priključak za potrošač. Uloga mrežnog transformatora je da prilagodi napon mreže na potreban nivo jednosmjernog potrošača, ali i da izvrši odvajanje izlaznog jednosmjernog napona od mreže. Funkcija bloka ispravljačkih elemenata je pretvaranje prostoperiodičnog napona u jednosmjerni napon. Njegov rad se zasniva na ispravljačkom svojstvu poluprovodničkih dioda. Filter se koristi za tzv “peglanje” napona, tj služi da se eliminiše impulsni karakter napona. Sastoji se iz akumulacionih elemenata koji snabdijevaju potrošač energijom kada napon sa ispravljačkog bloka padne na malu vrijednost. Izlazni krajevi filtera su spojeni, za stabilizator koji ima ulogu da eliminiše uticaj potrošača i mreže na vrijednost dobijenog DC napona.

POLUTALASNI ISPRAVLJAČ (DIODNI)

U polutalasnom ispravljanju samo se pozitivna ili samo negativna poluperioda naizmjeničnog napona propušta kroz ispravljač, što zavisi od polarizacije diode. Time se na izlazu dobija svaka druga poluperioda sa nultom vrijednošću između. Ovaj tip ispravljača se rijetko koristi, a najčešću primjenu nalazi kada se želi ušteda na materijalu. Mana mu je što otežava filtriranje, pa se stoga primjenjuje samo za izuzetno male snage potrošača kojima ne smeta talasast napon, tj efikasnost korištenja energije iz izvora je veoma mala.

Vlastimir Hršum 9

Page 10: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

PUNOTALASNI ISPRAVLJAČISPRAVLJAČ SA TRANSFORMATOROM SA SREDNJOM TAČKOM

Kod ovog ispravljača na izlazu se dobijaju obje poluperiode. Kada je napon na sekundaru transformatora pozitivan, provodi dioda D1, a dioda D2 je inverzno polarisana i ne provodi. Kada je napon na sekundaru transformatora negativan, provodi dioda D2, dok je dioda D1 inverzno polarisana. Međutim, u slučaju negativne poluperiode, dioda D2 je tako vezana za potrošač, da tu poluperiodu potrošač vidi kao pozitivnu.

Dioda, upotrebljena u ovom ispravljaču mora da ima maksimalnu nominalnu struju veću od najveće očekivane struje potrošača. I probojni napon veći od dvostruke maksimalne amplitude napona na sekundaru transformatora. Prvi uslov štiti diodu od termičke destrukcije, a drugi obezbjeđuje funkcionisanje ispravljača tako što dioda ostaje neprovodna pri inverznoj polarizaciji. Mora se koristiti transformator sa dva namotaja na sekundaru, što povećava cijenu ispravljača.

ISPRAVLJAČ SA GRECOVIM SPOJEM

Ovo je punotalasni ispravljač. Kod ovog ispravljača, u svakoj poluperiodi, uvijek provode po dvije diode. I kod ovog ispravljača se na izlazu dobijaju obje poluperiode.

U odnosu na prethodni tip ispravljača, Grecov spoj ima brojne prednosti jer koristi transformator sa dvostruko manje navojaka na sekundaru i diode sa dvostruko manjim probojnim naponom. Mana je upotreba četiri diode, ne zbog utroška materijala, već zbog dvostruko većeg pada napona na diodama i veće disipacije snage, odnosno zagrijevanja. To je pogotovu nepovoljno kada se generišu mali jednosmerni naponi, jer se koeficijent korisnog dejstva ispravljača veoma smanjuje.

Vlastimir Hršum 10

Page 11: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

FILTERI ZA ISPRAVLJAČE

Polutalasni i punotalasni ispravljači su dovoljni za stvaranje jednosmjerne struje, ali ni jedan ni drugi ne isporučuju potrošaču konstantnu jednosmjernu struju. Da bi se dobila konstanta jednosmjerna struja na izlazu mora se koristiti kolo za peglanje napona. Najjednostavniji oblik tog

kola jeste sa kondenzatorom paralelno vezanim sa ispravljačkim blokom (kapacitivni filter). Dok napon na izlazu ispravljača raste, on puni kondenzator i istovremeno isporučuje struju opterećenju. Kada napon na ispravljaču počinje da opada kondenzator se prazni. Ako je kapacitivnost kondenzatora dovoljno velika, kondenzator će se sporije prazniti nego što opada napon na ispravljaču. Tako potrošač dobija napajanje sa manjom „talasnošću“. Ukoliko je kapacitivnost kondenzatora veća, to će talasanje napona biti manje. Zato se u ovim slučajevima najčešće koriste elektrolitski kondenzatori. Da bi se još više smanjila talasnost napona, može se koristiti P filter. Prilikom ispravljanja i filtriranja napona, nije u moguće u potpunosti potisnuti komponente izmjeničnog napona, tj. nije moguće dobiti idealni istosmjerni napon, već on ima neku valovitost.

Kad dioda vodi, kondenzator se puni, a kad je dioda isključena, kondenzator se prazni preko potrošača.

Vlastimir Hršum 11

Page 12: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

LINEARNI STABILIZATORI NAPONA

Linearni DC/DC pretvarači i stabilizatori napona pretvaraju i stabilišu napon koji je obično napon iz akumulatora ili ispravljeni mrežni napon. Izlazni napon je jednosmjeran i treba da bude stabilan u odnosu na promjene ulaznog napona i struje opterećenja. Osnovni funkcionalni elementni linearnog stabilizatora napona su: 1. serijski regulacioni tranzistor TS, 2. strujni izvor IBQ koji služi za predpolarizaciju tranzistora TS, 3. izvor referentnog napona, 4. kolo povratne sprege.

Serijski tranzistor TS, koji je spojen redno sa opterećenjem, na sebe preuzima razliku između ulaznog i izlaznog napona, i obezbjeđuje potrebnu struju opterećenja. Strujni izvor IBQ obezbjeđuje predpolarizaciju serijskog tranzistora po dovođenju napona napajanja. U funkciji izvora IBQ može se koristiti samo običan otpornik, ili da se izvor IBQ realizuje nekom jednostavnijom varijantom strujnog izvora – JFET tranzistor kod koga su gate i source kratko spojeni. Izvor referentnog napona treba na izlazu da dâ jednosmjerni napon čija je vrijednost stabilna sa promjenom napona napajanja i temperature. Kolo povratne sprege sastoji se od naponskog djelitelja R1 i R2 i pojačavača greške. Sa ovog naponskog djelitelja uzima se dio izlaznog napona i ovaj napon se poredi sa referentnim. Ako je ovaj napon manji od referentnog, pobuda serijskog tranzistora se povećava (struja se povećava, pa se i izlazni napon povećava). Ukoliko je napon sa naponskog djelitelja veći od referentnog napona, pobuda se, za seriski tranzistor, smanjuje (smanjuje se struja, a time i izlazni napon). Najjednostavnija varijanta linearnog stabilizatora napona sadrži cener

diodu kao izvor referentnog napona, i bipolarni tranzistor kao pojačavač greške. Vrijednost otpornika R1 i R2 u kolu povratne sprege je mnogo veća od vrijednosti otpornosti potrošača tako da je i struja koja teče kroz grane sa naponskim razdjelnikom zanemariva u odnosu na struju potrošača.

Vlastimir Hršum 12

Page 13: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

INTEGRISANI STABILIZATORI NAPONA

Danas se linearni stabilizatori napona realizuju kao integrisana kola što omogućuje izradu jednostavnih, stabilnih i pouzdanih stabilizatora. Uopšteno, mogu se podijeliti u tri grupe: 1. integrisani stabilizatori opšte namjene – kod kojih se na izlazu može dobiti različit (podesiv) stabilisan napon 2. troterminalni stabilizatori napona – jednostavni, imaju samo tri izvoda, fiksan izlazni napon 3. dvojni prateći (dual tracking) stabilizatori napona. Integrisani stabilizatori opšte namjene imaju veći broj vanjskih priključaka (8-10). Dodavanjem vanjskih komponenti, mogu se dobiti raznovrsni stabilizatori napona, sa različitim vrijednostima izlaznog napona. Moguće je implementirati i odgovarajuću zaštitu stabilizatora, prvenstveno od prevelike struje potrošača i termičku zaštitu stabilizatora.

RCS

RP

RT1

RT2

DTZ

I

IQ

TS2

TS1

-+

DZ

TCL

TERMICKA SPREGA

OSNOVNO KOLO STABILIZATORA

STRUJNA ZAŠTITA

TERMICKA ZAŠTITA

TT2

TT1

blok šema integrisanog stabilizatora opšte namjene

Vlastimir Hršum 13

Page 14: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

STRUJNO OGRANIČENJE STABILIZATORA

Strujnim ograničenjem stabilizator se štiti od pretjerane disipacije koja bi mogla dovesti do pregrijavanja kola i do njegovog oštećenja. Najveća disipacija je na serijskom tranzistoru TS2 jer kroz njega protiče praktično sva struja opterećenja.

Potrošnja ostalog dijela kola je zanemarljivo mala. Najveća disipacija na serijskom tranzistoru je onda kada je izlaz u kratkom spoju.

Da ne bi došlo do pregrijavanja koje bi izazvalo oštećenje serijskog tranzistora i stabilizatora, strujna zaštita se projektuje tako da maksimalna disipacija na tranzistoru ne pređe dozvoljenu. Označimo sa I0CL struju opterećenja pri kojoj će proraditi strujna zaštita, a sa PDM maksimalnu dozvoljenu disipaciju na serijskom otporniku.

PDM i UI su poznati podaci tako da se za stabilizator određuje vrijednost struje I0CL. Strujna zaštita se realizuje pomoću tranzistora TCL i otpornika RSC. Otpornik RSC bira se tako da je:

Za struje opterećenja koje su manje od I0CL pad napona na otporniku RSC nije dovoljan za uključivanje tranzistora TCL. Kada struja I0 poraste na vrijednost I0CL, pad napona na otporniku RSC

je dovoljan da se uključi tranzistor TCL. Uključenjem tranzistora TCL oduzima se dio te pobudne struje serijskog tranzistora i uspostavlja se povratna sprega kojom se obezbjeđuje da izlazna struja ne prelazi dozvoljenu granicu ni u najgorem slučaju – kratkom spoju. Naponska prenosna karakteristika stabilizatora za ovakvu realizaciju strujne zaštite prikazana je na sljedećoj slici.

RP1 – otpornost potrošača za koju imamo normalan rad stabilizatora (režim konstantnog napona) RP2 – otpornost potrošača kada je strujna zaštita aktivna RPG – otpornost potrošača pri kojoj se aktivira strujna zaštitaPostoji i realizacija strujne zaštite sa povratnom spregom, tako da se dobije prenosna karakteristika u kojoj je struja kratkog spoja manja od struje pri kojoj se strujno ograničenje aktivira.

Vlastimir Hršum 14

Page 15: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

TERMIČKA ZAŠTITA

Kod snažnih integrisanih kola, kao što su stabilizatori i pojačavači snage, zbog velike struje tranzistora dolazi do zagrijavanja silicijuma. Na temperaturi od 150 ºC, tranzistor gubi svoja pojačavačka svojstva, a maksimalna temperatura p-n spoja je 175ºC. Da ne bi došlo do temperaturnog prekoračenja, snažna integrisana kola imaju ugrađenu internu termičku zaštitu. Zadatak ove zaštite je da ograniči struju serijskog tranzistora, kako ne bi došlo do pregrijavanja ili, u krajnjem slučaju, da pri maksimalno dozvoljenoj temperaturi isključi uzrok koji je doveo do pregrijavanja tranzistora. Termički se štiti serijski tranzistor, jer je na njemu najveća disipacija. Tranzistor TT2 je termički spregnut sa serijskim tranzistorom. Kolo za termičku zaštitu čine tranzistori TT1 i TT2, otpornici RT1 i RT2, i dioda DTZ. Otpornici RT1 i RT2 se biraju tako da pri normalnim radnim temperaturama transistor TT2 je isključen. Sa porastom temperature, raste napon na emiteru tranzistora TT1. Sa porastom temperature, raste napon Zener diode uz istovremeno smanjivanje napona baza-emiter tranzistora TT1 i TT2.

Pri određenoj temperaturi (≤175ºC), pad napona na otporniku RT2 biće toliki da uključi tranzistor TT2. Uključenjem tranzistora TT2 oduzima se dio pobudne struje serijskog tranzistora, pa se njegova struja emitera (struja potrošača) smanjuje, a samim tim i disipacija.

Vlastimir Hršum 15

Page 16: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

SINUSNI OSCILATORI

Kolo sinusnog oscilatora u osnovi čine pojačavač u glavnoj grani i frekventno selektivna mreža (povratna sprega), s tim da je ova grana povezana tako da se ostvaruje pozitivna povratna sprega. Projektovanje sinusnog oscilatora sastoji se iz dva koraka. Prvi korak je linearan i u njemu se vrši analiza kola povratne sprege u frekventnom domenu. Drugi korak je nelinearan i njega čini mehanizam za kontrolu pojačanja, odnosno amplitude izlaznog napona.

Sinusni oscilatori nemaju ulazni signal.Ukoliko je kružno pojačanje pojačavača sa povratnom spregom jednako jedinici, tada će na izlazu postojati signal, iako je pobudni signal jednak nuli. To je tzv Barkhausen-ov uslov oscilovanja.

- kružno pojačanje

- funkcija reakcije

Ukoliko je kružno pojačanje jednako jedinici, funkcija reakcije će biti jednaka nuli, a ukupno pojačanje će težiti ka beskonačnosti Af(s)→∞.

Na osnovu izraza za prenosnu funkciju kola u frekventnom domenu, može se zaključiti da za određenu učestanost ω0 pojačanje Af(jω) će težiti u beskonačno, odnosno, ako je ispunjen ovaj uslov, imaćemo konačan izlazni signal i kada je ulazni signal jednak nuli. Ovakva kola kod kojih je ispunjen ovaj uslov, nazivamo oscilatorima. Dakle, uslov da bi se dobile sinusne oscilacije na izlazu, za frekvenciju ω0 je da je kružno pojačanje:

i faza:

Ovaj kriterijum je poznat kao Barkhauzenov uslov oscilovanja. Kriterijum za pojavu podržanih oscilacija možemo dobiti na osnovu karakterističnog polinoma prenosne funkcije kola. Naime, karakterističan polinom mora imati isti par čisto imaginarnih nula ±jω, odnosno mora imati u svom razvoju član [s2+ ω2].

Vlastimir Hršum 16

Page 17: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

NELINEARNA KONTROLA AMPLITUDE IZLAZNOG NAPONA

Da bi bili sigurni da će doći do oscilovanja oscilatora pojačanje se uvijek bira da bude nešto veće od 1. Kao rezultat toga, imaćemo povećanje amplitude sinusnog signala na izlazu. Kada ova amplituda dostigne željeni nivo, potrebno je aktivirati nelinearni mehanizam (limiter) za kontrolu amplitude izlaznog napona. Uvođenje limitera dovodi do pojave harmonijske distorzije (izobličenja) izlaznog signala. Ova harmonijska distorzija se može smanjiti ukoliko frekventno-selektivna mreža (β kolo) radi kao filter propusnik opsega.

Za manje vrijednosti ulaznog napona:

Povećanjem ulaznog napona, izlazni napon se smanjuje. U jednom trenutku, napon u tački A će se smanjiti na vrijednost od oko -0,7V, tako da će dioda D1 provesti. Ovim je određen negativni limit izlaznog napona. Ako stavimo da je:

Smanjenjem ulaznog napona, izlazni napon će se povećavati, tako da će u jednom trenutku, napon u tački B biti oko 0,7V, tj dioda D2 će provesti. Ako stavimo da je:

Izborom odgovarajućih otpornika R3 i R4, odnosno R5 i R6, amplituda izlaznog signala se ograničava na željenu vrijednost. Najčešće se granične vrijednosti napona L+ i L- jednake po apsolutnoj vrijednosti, što se ostvaruje izborom odgovarajućih otpornika.

R4=R5, R3=R6

Vlastimir Hršum 17

Page 18: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

RC OSCILATORI (WIEN)

RC oscilatori sadrže samo jedan aktivni element, i kombinaciju RC elemenata koja je vezana od izlaza do ulaza osnovnog pojačavača. Radna tačka aktivnog elementa postavlja se u klasu A. Pod pretpostavkom da je fazni pomjeraj koji unosi aktivni element π rad, da bi se ostvarila pozitivna povratna sprega, potrebno je da RC mreža unese dodatni fazni pomjeraj od π rad. Tipičan i jednostavan primjer RC oscilatora realizovanog sa operacionim pojačavačem je Vinov most. On se realizuje kao neinvertujući pojačavač u osnovnoj grani, i sa dvije RC veze u grani povratne sprege, jednom serijskom, i jednom paralelnom. Ovim oscilatorom se mogu generisati signali čija je frekvencija od nekoliko Hz do nekoliko MHz, tako da oni nalaze veliku primjenu u oscilatorima širokog opsega frekvencija. Obično se grube (skokovite) promjene frekvencije ostvaruju promjenom jednog tipa elemenata (otpornosti), a fine promjene se ostvaruju promjenom drugog tipa (kapacitivnosti).

Podržane oscilacije za učestanost ω0 imaćemo ako je ispunjen uslov:

Da bi se obezbjedile podržane oscilacije, ukupno pojačanje |Af(jω)| treba da bude jednako 1. Ovo će biti ostvareno ako je R2/R1=2 Za ovakvu realizaciju RC oscilatora, potrebno je koristiti i nelinearno kolo za kontrolu amplitude izlaznog napona.

Vlastimir Hršum 18

Page 19: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

LC OSCILATORI (COLPITTS, HARTLEY)

Oscilatori sa oscilatornim kolima pored aktivnog elementa (BJT, FET), sadrže i kombinaciju kapacitivnosti i induktivnosti, i spregnutih iduktivnost.

Ovi oscilatori koriste bipolarne tranzistore i FET-ove, sa LC podesivim kolom ili kristalom kvarca, kao elelmentima u kolu povratne sprege. Koriste se u frekventnim opsezima od nekoliko stotina kHz do nekoliko stotina MHz. Karakterisše ih veći faktor Q nego što je to slučaj sa RC oscilatorima. Ponekad je RC oscilatore teže podesiti u širem frekventnom opsegu.

Karakteristika kristala kvarca je rad na tačno određenoj učestanosti. Kada se na dvije suprotne strane kristala kvarca nanese metalni sloj, i na njega dovede signal, kristal kvarca se ponaša kao impedansa čije kolo se sastoji iz paralelne veze kondenzatora i rednog RLC oscilatornog kola. Najčešće topologije LC oscilatora su Kolpitzov i Hartlijev oscilator. Obje topologije koriste LC kolo vezano između C i B kod bipolarnih, odnosno D i G kod FET-ova. Razlika je u tome što Kolpitcov oscilator ima kapacitivni djelitelj,

kapacitivnost vezanu između C i E (BT), odnosno D i S (FET), dok Hartlijev oscilator ima

induktivni djelitelj. Odnosom , odnosno , određen je faktor povratne sprege koji mora biti u saglasnosti sa pojačanjem tranzistora kako bi se obezbjedio start podržanih oscilacija. LC oscilatori su poznati i kao samoograničavajući, jer koriste nelinearnu zavisnost iC=f(UBE). Kako oscilacije na izlazu rastu po amplitudi, efektivno pojačanje tranzistora se smanjuje, i vrijednost pojačanja je manja nego za slučaj pojačanja malih signala.

Colpitts-ov oscilator Hartley-ev oscilator

Vlastimir Hršum 19

Page 20: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Prelaskom na frekventni domen s=jω dobijamo:

Izjednačavajući realni i imaginarni dio sa nulom (uslov da bi kolo počelo oscilovati), dobija se izraz za učestanost oscilovanja i potrebna vrijednost kapacitivnog djelitelja koja mora biti usklađena sa pojačanjem.

Ovaj uslov nam objašnjava da je pojačanje tranzistora usklađeno sa vrijdenošću C2/C1

kapacitivnog djelitelja, tako da je UCE prema UEB= C2/C1, a to je naponsko pojačanje tranzistora.

Vlastimir Hršum 20

Page 21: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

IZVORI KONSTANTNE STRUJE (STRUJNO OGLEDALO)

Idealni izvor konstantne struje je elektronsko kolo koje daje struju opterećenja, a ne zavisi ni od otpornosti opterećenja, ni od napona na opterećenju. Njegova struja može biti funkcija nekog drugog napona ili struje, a ne i napona na opterećenju kojeg napaja izvor struje. Od izvora konstante struje se traži jednostavnost upravljanja i velika stabilnost sa promjenom temperature ili napona napajanja. Iz ovog razloga je opšte prihvaćen koncept strujnih ogledala kod kojih se referentna struja preslikava u druge, nezavisne grane sa različitim opterećenjima. U isto vrijeme uvijek je prisutna težnja ka što manjim naponima napajanja. Da bi se to postiglo, umjesto otpornika velike otpornosti koje izazivaju ogromnu disipaciju u kolu, koriste se tranzistori kao dinamičke otpornosti ili kao izvori konstantne struje. Kod tranzistora sa porastom temperature napon polarizacije emitorskog spoja UBE se smanjuje za 2,5mV pri porastu temperature za 1K, inverzna struja zasićenja kolektorskog spohja IC0 se udvostručava pri porastu temperature za 10K i koeficijent strujnog pojačanja β raste. Tranzistori se uvijek uparuju tako da imaju što bliže, po mogućnosti identične karakteristike.

Uz pretpostavku da je β mnogo veće od 2, β>>2, izlazna i referentna struja su približno jednake. Karakteristika ovakvih strujnih izvora nije idealna i dosta odstupa od karakteristike idealnog strujnog izvora. Razlog tome je što struja ne zavisi samo od napona baza-emiter, već i od napona kolelektor-emiter, prema Earlijevom efektu (efekat modulacije širine baze), tako da je izlazna otpornost ovakvog izvora konačna i javlja se zavisnost izlazne struje od otpornosti opterećenja. Realizacija izvora konstantne struje pomoću strujnih ogledala je nepodesna za izvore malih struja, jer se za realizaciju takvog izvora zahtijeva velika vrijednost otpornosti R (reda MΩ), što je nepodesno za konstrukciju integrisanih kola. rCE – efektivna otpornost izvora konstantne struje

Vlastimir Hršum 21

Page 22: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

VIDLAROV STRUJNI IZVOR

Radi smanjivanja vrijednosti otpornika R, šema strujnog ogledala se modifikuje na način prikazan na slici.

U praksi je struja opterećenja obično veličina koja se zadaje, pa se za datu vrijednost izlazne struje I0, izračunava vrijednost otpornosti otpornika R1. Ukupna vrijednost otpornosti R+R1, kod Vidlarovog strujnog izvora je skoro 10 puta manja, nego kod strujnog ogledala, a samim tim se i površina na pločici integrisanog kola smanjuje. Dodavanjem otpornika u krugu emitera tranzistora T2 postiže se sljedeće:

- pomoću relativno malih vrijednosti otpornika R1 ostvaruju se male vrijednosti struje I0

- povećava se izlazna otpornost strujnog izvora- povećava se temperaturna stabilnost izlazne struje- povećava se stabilnost izlazne struje sa promjenom napona napajanja Ucc.

Vlastimir Hršum 22

Page 23: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

VIDLAROV STRUJNI IZVOR SA DVA EMITERSKA OTPORNIKA

Vlastimir Hršum 23

Page 24: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

VIŠESTRUKI STRUJNI IZVORI

Neka integrisana kola sadrže više strujnih izvora, a radi jednostavnosti izrade oni se realizuju kao strujna ogledala s tim što se svi izvori konstantne struje kontrolišu pomoću jednog tranzistora vezanog kao dioda (tranzistor T5). Međutim, jednostavnije je višestruki strujni izvor konstruisati kao jedan tranzistor sa N kolektora.

Ako su tranzistori takvi da su im naponi između baza i emitera jednaki, važi:

Baza i kolektor tranzistora T1 nisu kratko spojeni, nego je to učinjeno preko tranzistora T5, tako što je njegova baza vezana na kolektor tranzistora T1, a emiter na bazu T1.

Vlastimir Hršum 24

Page 25: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

VILSONOV STRUJNI IZVOR

Ukoliko strujni izvor treba da da veće struje, umjesto Vidlarovog (zbog velikog pada napona na otporniku u kolu emitera), pogodnije je primjeniti Vilsonov strujni izvor.

- pretpostavimo da su tranzistoti identični

U odnosu na strujno ogledalo, kod Vilsonovog strujnog izvora postiglo se da je izlazna struja bliska referentnoj.

Vlastimir Hršum 25

Page 26: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

JFET KAO STRUJNI IZVOR

Zbog svoje jednostavnosti, kao izvor konstantne struje može se koristiti i JFET i u svojoj jednostavnoj izvedbi ovakav strujni izvor sastoji se od samo jednog JFET-a kod koga su gate i source kratko spojeni. I MOS tranzistor sa ugrađenim kanalom, takođe se može koristiti kao strujni izvor, pod uslovom da su mu gate i source kratko spojeni.

IDSS – struja zasićenja (saturacije)UP – napon uštinuća

Wn – širina kanalaLn – dužina kanalatox – debljina oksidaξox – dielektrična konstantaμox – pokretljivost elektrona u kanaluβ – fizička karakteristika tranzistora (parametar koji predstavlja mjeru veličine struje I0)

Vlastimir Hršum 26

Page 27: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

UDS>UGS-UP

Vlastimir Hršum 27

Page 28: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

DIFERENCIJALNI POJAČAVAČ

Najznačajnija sprega, odnosno, najviše korišten ulazni stepen u linearnim integrisanim kolima je diferencijalni pojačavač. U opštem slučaju, diferencijalni pojačavači se karakterišu pomoću dva parametra: diferencijalnim pojačanjem i faktorom potiskivanja simetrične komponente (faktor potiskivanja srednje vrijednosti CMRR). Praktična realizacija jednostavnog diferencijalnog pojačavača sastoji se od pojačavača sa spregnutim emiterima (sorsom) koji se napajaju iz izvora konstantne struje. Dakle, diferencijalni pojačavač ima dva ulaza, jedan izlaz, i jedan ili dva priključka za napajanje. Faktor potiskivanja simetrične komponente značajno zavisi od uparenosti upotrebljenih tranzistora, otpornika u izlaznom kolu, i karakteristika upotrebljenog strujnog izvora.

Ovo važi pod pretpostavkom da je pojačanje za oba ulaza, od ulaza do izlaza, jednako, a suprotnog znaka. Ulazni napon neće samo zavisiti od razlike ulaznih signala, već i od njihove srednje vrijednosti. Zato se razlikuje:

- diferencijalni ulazni signal (napon)

- srednja vrijednost ulaznog signala

Dakle, kod diferencijalnog pojačavača razlikuje se pojačanje razlike napona, diferencijalno pojačanje, i pojačanje srednje vrijednosti, simetrično pojačanje. U opštem slučaju, izlazni napon je:

AD - diferencijalno pojačanje AS - simetrično pojačanje (pojačanje srednje vrijednosti ulaznog signala)

1º 2º

Vlastimir Hršum 28

Page 29: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Da bi pojačavač vršio svoju funkciju, tj. pojačavao samo diferencijalni napon, nezavisno od njihove srednje vrijednosti, trebalo bi da je As=0. Ovo je moguće samo u idealnom slučaju i praktično se ne može realizovati, ali kao mjera kvaliteta uvodi se CMRR (common mode rejection ratio) faktor potiskivanja simetrične komponente i definiše se kao odnos:

tj. kvantitativno odražava koliko pojačavač pojačava razliku ulaznih napona nezavisno od njihove srednje vrijednosti. U idealnom slučaju on je beskonačan ( jer je As=0 ), ali se kao jako dobri pojačavači smatraju oni kod kojih je CMRR reda100 dB.

Kod realnog diferencijalnog pojačavača uparenost komponenata (tranzistora) se postiže samo u određenoj mjeri, pa tako izlazni napon ima vrijednost UIOS različitu od nule, kada su mu ulazni naponi jednaki (U1=U2). Napon UOS koji treba dovesti između ulaznih priključaka tako da diferencijalni pojačavač ima nulti izlazni napon pri jednakim ulaznim naponima, nazivamo napon razdiješenosti, ili naponski offset.

UOS=UIOS/AD

Zbog nemogućnosti realizovanja dva potpuno identična tranzistora, to ni ulazne struje polarizacije ne mogu biti iste, čak ni kada su im ulazni naponi isti, a izlazni napon jednak nuli Srednju vrijednost ulaznih struja predstavljamo kao struju polarizacije (input bias currents):

IB= ( IB1+IB2 )/2

a njihovu razliku kao strujni ofset (razdešenost).

Ios= IB1-IB2

Strujni offset definišemo kao struju koju treba dovesti između ulaznih priključaka tako da se ulazne struje diferencijalnog pojačavača izjednače pri U1=U2 (UOS=0).

Vlastimir Hršum 29

Page 30: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

DIFERENCIJALNI POJAČAVAČ SA BIPOLARNIM TRANZISTORIMA

U odsustvu pobude, ako su tranzistori T1 i T2 upareni, tj ako su im karakteristike identične, njihove struje emitera su jednake i vrijedi:

Pod pretpostavkom da su promjene ulaznih napona male, i da tranzistore možemo smatrati linearnim pojačavačima, može se primjeniti metod superpozicije. Djelovanja ulaznih napona mogu se posmatrati pojedinačno, a izlazni napon može se iskazati kao zbir pojedinačnih djelovanja.

UC1 i UC2 – izlazni (nesimetrični) naponi između kolektora i mase; razlika UC1-UC2 predstavlja diferencijalni (simetrični) izlazni napon UD

U1 i U2 – pobudni generatori između baza i mase

Budući da je zbir emiterskih struja konstantan i jednak struji strujnog generatora IEE, ulazni napon možemo razložiti na dvije komponente: - jednu komponentu kojom se povećava napon između baze i emitera tranzistora T1 i T2

- i drugu komponentu kojom se napon između baze i emitera tranzistora T2 smanjuje za istu vrijednost.

Ulazna otpornost diferencijalnog pojačavača dva puta je veća od ulazne otpornosti pojačavača sa zajedničkim emiterom, uz pretpostavku da su za oba potrošača jednake struje kolektora, tj struje emitera. Simultano djelovanje napona U1 i U2, može se predstaviti tako da između baze i emitera tranzistora T1 djeluje napon (U1-U2)/2, a između baze i emitera tranzistora T2 napon –(U1-U2)/2.

Vlastimir Hršum 30

Page 31: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Razmatrani pojačavač predstavlja idealan simetrični pojačavač i izlazni napon je proporcionalan razlici napona U1 i U2. Ovo dobijamo na osnovu učinjenih pretpostavki da tranzistori u pojačavaču rade kao linearni pojačavači, da su idealno upareni, i da je upotrijebljen idealan izvor konstantne struje. Pošto diferencijalni pojačavač treba da pojača samo razliku ulaznih napona, izlazni diferencijalni napon mora biti nula, kada su ulazni naponi jednaki.

Vlastimir Hršum 31

Page 32: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

JEDNOSMJERNA PRENOSNA KARAKTERISTIKA DIFERENCIJANOG POJAČAVAČA SA BIPOLARNIM TRANZISTORIMA

Jednosmjerna prenosna karakteristika diferencijalnog pojačavača pruža mogućnost da se utvrdi odziv pojačavača na velike pobude, a istovremeno pruža mogućnost za ocjenu opsega ulaznih napona za koji se diferencijalni pojačavač može smatrati linearnim.

Naponi UBE1 i UBE2 su jednaki ako je U1=U2, a njihova razlika predstavlja diferencijalni ulazni napon UD.

Pretpostavimo da su otpornosti tranzistora velike, odnosno, Erlijev efekat se zanemaruje.

Vlastimir Hršum 32

Page 33: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

UOD – diferencijalni izlazni napon

Sa prenosne karakteristike (zavisnost ulaznog od izlaznog napona) vidi se da je za samo male vrijednosti ulaznog diferencijalnog napona (-50mV), prenosna karakteristika linearna. Izvan pomenutog opsega, nagib prenosne karakteristike se smanjuje, pa se proporcionalno smanjuje i pojačanje. Praktično, za promjenu ulaznog diferencijalnog napona od -2UT do +2UT (100mV), izlazni napon se promjeni od maksimalne do minimalne vrijednosti.

SIMETRIRANJE DIFERENCIJALNOG POJAČAVAČA

Zbog razlike u ulaznim karakteristikama tranzistora diferencijalnog pojačavača, struja strujnog generatora Ig ne dijeli se na dvije jednake komponente struje emitera tranzistora T1 i T2, što neminovno dovodi do razlike izlaznih napona. Simetriranje izlaznih pojačavača vrši se tako da se u krug emitera trazistora T i T vežu identični otpornici. Na ovaj način se povećava ulazna otpornost, pa se struja emitera, za istu promjenu pobudnog napona, smanji.

Vlastimir Hršum 33

Page 34: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

OSNOVNE KARAKTERISTIKE I PODJELA POJAČAVAČA VELIKIH SNAGA

Za razliku od pojačavača napona u kojima se amplituda izlazne struje, a često i amplituda izlaznog napona, malo mijenjaju u odnosu na maksimalno moguće vrijednosti, kod pojačavača velikih signala radna tačka na izlazu karakteristika, pod dejstvom pobude, kreće se između ekstremnih vrijednosti. Pojačavači velikih siganala pojačavaju signale čija je veličina tolika da se rad aktivnog elementa više ne može smatrati linearnim. Dva su osnovna kriterijuma za ocjenu kvaliteta ovih pojačavača:- stepen korisnog dejstva, odnosno efikasnost pretvaranja snage jednosmjernog izvora, u korisnu snagu na potrošaču (naizmjeničnog signala)- faktor izobličenja – veća efikasnost dovodi do većih izobličenja, jer pod dejstvom pobudnog signala radna tačka tranzistora dublje zalazi u nelinearni dio prenosne karakteristike upotrebljenih tranzistora.

Podjela pojačavača velikih signala

Kola za pojačanje snage (izlazne faze) klasifikovana su kao A, B, AB i C za analogne promjene i klase D i E za komutatorske (prekidačke) promjene koji su bazirani na provodnom uglu ili „uglu protoka“ θ ulaznog signala kroz pojačavačke uređaje Pojačavači kod kojih izlazna struja teče u svim radnim režimima, nazivaju se pojačavači u klasi A (ugao proticanja θ=360º). Kod pojačavača u klasi B, tranzistori se u toku jedne poluperiode pobudnog signala zakoče, a u drugoj vode (θ=180º). Pojačavači u kojima izlazna struja postoji samo u jednom dijelu poluperiode pobudnog signala, su pojačavači u klasi C (2θ=180º). Postoje pojačavači kod kojih je ugao proticanja izlazne struje π<α<2π (180º<θ<360º). To su pojačavači u klasi AB.

Vlastimir Hršum 34

Page 35: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

POJAČAVAČI SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM

S obzirom da se kod bipolarnog tranzistora struja kolektora može kontrolisati promjenama struje baze, odnosno napona baza-emitor, bipolarni tranzistor može poslužiti kao pojačavač signala. Pojačavač sa zajedničkim (uzemljenim) emitorom je najčešće i najkorisnije kolo sa jednim tranzistorom. Za posmatrani pojačavač, za poznatu vrijednost napona jednosmjernog izvora UCC, cilj je odrediti vrijednost otpornika RC tako da se ima maksimalna korisna snaga (na potrošaču).

Potrošnja iz jednosmjernog izvora za napajanje je PCC:

Snaga koju daje izvor jednosmjernog napona jednim dijelom se troši na potrošaču, a drugim dijelom disipira na tranzistoru.

PR – predstavlja snagu gubitaka na potrošaču, konstantna i ne zavisi od pobudePP – snaga koja se potroši na potrošačuPK – je korisna snaga na potrošaču (zbir korisne snage i snage disipacije na tranzistoru je jednak polovini snage iz jednosmjernog izvora napajanja)PD – snaga disipacije na tranzistoru

Vlastimir Hršum 35

Page 36: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

U odsustvu pobude, kada je korisna snaga PK =0, imamo najveću disipaciju na tranzistoru, tj tranzistor se tada najviše zagrijava

Ako je korisna snaga maksimalna, tada je:

Odavde se može zaključiti da se unaprijed izabranim tranzistorom i kolektorskom baterijom UCC, na potrošač prenosi maksimalna snaga, ako je potrošač odabran tako da radna prava u radnoj tački dodiruje hiperbolu maksimalno dozvoljene disipacije na tranzistoru.

a ) pobuda jednaka nuli PK=0

snaga zagrijavanja potrošača

b) pobuda je maksimalna PK=1/4 PCC

Za ovakav pojačavač stepen korisnog dejstva je :

Vlastimir Hršum 36

Page 37: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

POJAČAVAČ SA TRANSFORMATORSKOM SPREGOM U KLASI A

Efikasnost pojačavača sa potrošačem direktno vezanim u krugu kolektora, ima vrlo malu vrijednost koja pri maksimalnoj pobudi iznosi 25%. Čak 50% snage iz jednosmjernog izvora napajanja, troši se na nepotrebno zagrijavanje potrošača. Ako bi se obezbjedilo da kroz potrošač teče samo naizmjenična komponenta struje, njegova efikasnost bi se povećala, jer je član snaga gubitaka na potrošaču:

Izbor optimalne otpornosti u ovom slučaju, nije ništa drugo do prilagođenje potrošača uslovu maksimalnog prenosa snage. - pobuda minimalna (nula) PK=0, PDmax=PCC

- pobuda maksimalna PKmax=PD=PCC/2, PKmax=0,5 PDmax

Vlastimir Hršum 37

Page 38: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

SIMETRIČNI POJAČAVAČ SNAGE U KLASI A

Da bi se dobila što veća, tj maksimalna korisna snaga na izlazu, a istovremeno, da bi se smanjilo nelinearno izobličenje, koristi se simetrična sprega dva aktivna elementa identičnih karakteristika. Ta sprega dva aktivna elementa (tranzistora), zajedno sa dva transformatora, pobudnim generatorom i potrošačem, čine simetrični pojačavač snage u klasi A, i omogućava dobijanje dvostruko veće korisne snage uz znatno smanjenje nelinearnih izobličenja. Na ulazu simetrične sprege nalazi se ulazni transformator TR1. Sekundar ovog transformatora ima tri izvoda. Krajnji izvodi su priključeni za ulazne priključke aktivnih elemenata, a srednji izvod je za naizmjenične signale, kratko spojen sa zajedničkim priključcima aktivnih elemenata (emiter) odnosno masu. Na ovaj način se postiže da su ulazni signali aktivnih elemenata iste amplitude, a suprotne faze. Potrošač je takođe priključen preko simetričnog transformatora (sekundara TR2). Krajnji izvodi primara su priključeni za aktivne elemente, a srednji je za naizmjenične signale priključen za masu. Kolektorski naponi su, kao i kolektorske struje, jednakih amplituda, a suprotnih faza.

U simetričnom pojačavaču struja kroz primaran namotaj je IC, ali je zato napon između krajeva primara 2UCC, pa je dobijena maksimalna korisna snaga dva puta veća nego sa jednim transformatorom.

Vlastimir Hršum 38

Page 39: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

SIMETRIČNI POJAČAVAČ SNAGE U KLASI B

Mali koeficijent iskorištenja snage jednosmjernog izvora za napajanje, čini pojačavače snage u klasi A krajnje nepodesnim za mnoge praktične primjene. Zbog toga je potrebno izvršiti prilagođenje potrošnje iz izvora, korisnoj snazi koja se predaje potrošaču, jer se na taj način, sa jedne strane povećava efikasnost pojačavača velikih signala, a sa druge strane smanjuje disipacija na tranzistoru. S obzirom da primarni namotaj izlaznog transformatora imaju isti broj namotaja, a srednji izvod primara se nalazi na naizmjeničnom potencijalu nula, indukovana elektromotorna sila na kolektoru neprovodnog tranzistora biće jednaka naponu na kolektoru provodnog tranzistora, ali će imati suprotnu fazu. Pošto se proticanje struje kroz tranzistor odvija samo u jednoj poluperiodi, i s obzirom na radni opseg učestanosti, kod pojačavača snage u klasi B, dozvoljeno je da radna prava siječe hiperbolu maksimalne disipacije.

Vlastimir Hršum 39

Page 40: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Za klasu A, da bi se dobila teoretska efikasnost od 100% potrebno je da se uloži dva puta veća snaga iz izvora za napajanje, dok je za klasu B, potrebno uložiti dodatnih 0,27PKmax . To znači da je pojačavač u klasi B, skoro četiri puta efikasniji od pojačavača u klasi A.

Srednja vrijednost maksimalne korisne snage na potrošaču u toku jedne periode je:

Vlastimir Hršum 40

Page 41: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

KOMPLEMENTARNI POJAČAVAČI SNAGE U KLASI B

Zbog prednosti koje nudi klasa B, sa stanovišta iskorišćenja i veličine korisne snage, upotreba pojačavača snage u klasi B je mnogo češća nego pojačavača u klasi A. Kod pojačavača klase B, mirna radna tačka na statičkoj radnoj pravi, namješta se tako da kolektorska struja teče samo u jednoj poluperiodi ulaznog signala. Usljed toga, došlo se do ideje da bi se kombinovanjem dva tranzistora koji rade kao pojačavači klase B, ali provode u suprotnim poluperiodama, linearizovao rad pojačavačkog kola i smanjila izobličenja. Iz ove ideje nastao je push-pull pojačavački stepen klase B, odnosno u pozitivnoj poluperiodi ulaznog signala vodi tranzistor TNPN, a u negativnoj poluperiodi vodi TPNP tranzistor. Problem ovakvih kola su takozvana cross over izobličenja, koja su ubrzo otklonjena uvodjenjem podklase pojačavača klase B (AB klasa). Komplementarni pojačavači, u odnosu na pojačavače sa transformatorskom spregom, su jednostavniji, imaju manji broj elemenata, a posebno dobru stranu čini to što se mogu direktno vezati sa prethodnim pojačavačkim stepenom na ulazu i potrošačem na izlazu. Prenosna karakteristika pojačavača sastoji se iz tri segmenta (pozitivna poluperioda):

1. Ug < Uγ - ako je napon Ug manji od napona praga tranzistora TNPN, tranzistor TNPN će biti isključen, IP=0, UP=0

2. Uγ < Ug < UBE - UCES + UCE - za ovaj opseg ulaznog napona Ug , struja tranzistora TNPN

raste sve do ulaska tranzistora TNPN u zasićenje3. Ug > UBE - UCES + UCE - povećanjem ulaznog napona Ug , izlazni napon se ne mijenja jer

je tranzistor u zasićenju. Kod komplementarnih pojačavača naponsko pojačanje je nešto manje od jedinice, a odgovarajuće pojačanje snage ostvaruje se kroz strujno pojačanje. Odgovarajući kriterijum za dimenzionisanje tranzistora kod komplementarnih pojačavača, je trenutna snaga. Kao kriterijum za izbor tranzistora, koristi se uslov da je maksimalno dozvoljena disipacija:

(u zasićenju su oba spoja (C-E,B-E) direktno polarisana, pa je UCE veoma mali napon (taj napon predstavlja UCES napon saturacije)

Vlastimir Hršum 41

Page 42: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Vlastimir Hršum 42

Page 43: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

KOMPLEMENTARNI POJAČAVAČI SNAGE U KLASI AB

Ako želimo smanjiti izobličenja, možemo postupiti na dva načina. Jedan od tih načina je upotreba negativne povratne sprege, a drugi je da se radna tačka pomjeri blizu granice zakočenja, tzv mrtve zone (oblast malih struja kolektora). Praktično kolo koje koristi elemente klase B je komplementaran par tranzistora, ili push-pull aranžman. Ovdje se komplementarni uređaji koriste za pojačanje suprotne polovine ulaznog signala koji se onda rekombinuje na izlazu. Tranzistori TNPN i TPNP čine komplementarni push-pull strujni pojačavač klase AB, a diode D1 i D2 služe za predpolarizaciju ovih tranzistora. Time su izbjegnuta cross-over izobličenja (poprečna distorzija). Diode D1 i D2 su signalne diode čiji je napon vođenja toliki da drži tranzistore na granici provođena. Klasa AB žrtvuje neku efiksanost klase B u korist linearnosti tako da će pojačavač uklasi B uvijek biti manje efikasan (ispod 78.5%).

Klasa AB je široko razmatrana kao dobar kompromis za audio pojačavače pošto je u većini vremena muzika dovoljno tiha da signal bude u regionu klase A. Pojačavači klase B i AB ponekad se koriste za RF linearne pojačavače. S obzirom da kod pojačavača koji rade u klasi AB, uvijek imamo jednosmjernu struju, to znači da će uvijek postojati gubici snage, tj doćiće do disipacije na tranzistorima. Ukoliko je otpornost potrošača RP suviše mala, struja kroz tranzistor postaje suviše velika, pa usljed pojave velike disipacije, može doći do oštećenja tranzistora.

Vlastimir Hršum 43

Page 44: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

ZAŠTITA POJAČAVAČA OD PREOPTEREĆENJA

S obzirom da kod pojačavača koji rade u klasi AB, uvijek imamo jednosmjernu struju, to znači da će uvijek postojati gubici snage, tj doćiće do disipacije na tranzistorima. Ukoliko je otpornost potrošača RP suviše mala, ili u krajnjem slučaju, ukoliko je izlaz pojačavača u kratkom spoju, struja kroz tranzistore postaje suviše velika, pa usljed pojave velike disipacije, dolazi do oštećenja tranzistora. Ova pojava može dovesti do trajnog oštećenja cijelog pojačavača, i da bi se to izbjeglo, mora se obezbjediti adekvatna zaštita pojačavača od preopterećenja.

U slučaju kratkog spoja na izlazu, struje kroz tranzistore TNPN i TPNP počinju da rastu. U isto vrijeme, raste i pad napona na otpornicima RE1 i RE2. Tranzistori T2 i T3 počinju da provode struju. Zbog toga se struje baza tranzistora TNPN i TPNP smanjuju, a time se smanjuje i struja potrošača. Na ovaj način se uspostavlja kolo negativne povratne sprege, tako da struja potrošača IP, ne pređe maksimalno dozvoljenu struju IPmax. Otpornici RE1 i RE2, zbog svoje male vrijednosti otpornosti, neznatno utiču na vrijednost pojačanja komplementarnog para, u normalnim uslovima, ali i temperaturno stabilišu komplementarni par.

Vlastimir Hršum 44

Page 45: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

NELINEARNA IZOBLIČENJA

Pojačavači velikih signala polarišu se tako da se radna tačka, na izlaznim karakteristikama, pri maksimanloj pobudi, pomjera unutar velikog opsega kolektorskog napona i kolektorske struje. Osim toga, i relativne promjene kolektorskog napona i kolektorske struje su dosta velike, tako da se može zaključiti da prenosna karakteristika pojačavača velikih signala ne može aproksimirati pravu liniju bez obzira da li je pobuda strujna ili naponska.

Uvažavajući nelinearnost prenosne karakteristike pojačavača velikih signala, struja kolektora može se aproksimirati sljedećim polinomom:

Iz izraza za struju kolektora, vidimo da se pored komponente za učestanost ω, pojavljuju komponente sa učestanostima 2 ω i 3ω. Pošto ove komponente imaju učestanost koja je jednaka cjelobrojnom umnošku osnovne učestanosti, ovakve komponente nazivamo harmonicima, a ovakva nelinearna izobličenja, harmonijska izobličenja. Faktor harmonijskih izobličenja se koristi kao mjera harmonijskog izobličenja kod pojačavača i definiše se sa:

Osim koeficijenta harmonijskog izobličenja, imamo i pojedinačne koeficijente harmonijskog izobličenja.

Vlastimir Hršum 45

Page 46: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

KLASA A

Kod pojačavača u klasi A radna tačka se nalazi u srednjem dijelu karakteristika aktivnog elementa. Ovdje se koristi 100% ulaznog signala (ugao provodnosti θ=360 º ili 2π, tj, aktivni element radi u svom lineranom rangu svo vrijeme). Tamo gdje se ne razmatra efikasnost, većina linearnih pojačavača malih signala definisana je kao klasa A, što znači da su izlazni uređaji uvijek u provodnom regionu. Klasa A pojačavača se najčešće koristi u fazama malog dizajna ili za nisko-protočne aplikacije (poput slušalica za korišćenje tokom vožnje). Klasa A je klasa pojačavačkih uređaja koji djeluju tokom čitavog ulaznog ciklusa tako da izlazni signal predstavlja egzaktnu repliku ulaznog signala. Pojačavači klase A su obično sredstvo za realizaciju pojačanja malih signala. Oni nisu veoma efikasni i teorijski maksimum od 50% se može dobiti sa induktivnim uparivanjem izlaza, a samo 25% sa kapacitivnim uparivanjem. U kolu klase A, elemenat pojačanja je definisan tako da uređaj uvijek provodi do neke mjere i radi na većem dijelu linearnog regiona svoje krive koja definiše karakteristike. Zbog činjenice da uređaji uvijek provode, čak i kada nema ulaznog signala uopšte, snaga se sve vreme crpi iz napajanja. Ovo je glavni razlog za njihovu neefikasnost.

Ako su potrebne visoke izlazne snage za kolo klase A, rasipanje energije (i pridružene toplote) će postati značajno. Za svaki vat isporučen opterećenju, pojačavač će, u najboljem slučaju, potrošiti još jedan vat. Za veliku snagu ovo znači veoma veliko i skupo napajanje i zagrijavanje. Dizajn klase A daje najzvučnije karakteristike koje su prevaziđene za audio pojačavače snage. Cijevi se češće koriste u dizajnima klase A mada imaju asimetričnu funkciju transfera. Iako dobar dizajn pojačavača može smanjiti iznos distorzije harmonika na skoro nulti nivo, neki put se ne uklanja potpuno jer daje karakterističnu notu za zvuk pojačavača, na primjer, u električnoj gitari. Inženjeri pokušavaju da dizajniraju bolje mikorofone i da poboljšaju digitalnu tehnologiju zvanu „klinički zvuk“. Tranzistori sa efektom spoja (JFET) imaju slične karakteristike kao i elektronske cijevi, tako da se češće nalaze u visokokvalitetnim pojačavačima nego bipolarni tranzistori. Klasična aplikacija za par uređaja klase A jeste dugački par koji je izuzetno linearan i formira osnovu za mnoga kompleksnija kola uključujući i mnoge audio uređaje i skoro sve operacione pojačavače. Pojačavači klase A se često koriste u izlaznim fazama za operacione pojačavače. Oni se ponekad koriste kao pojačavači srednje snage, niske efikasnosti i kao skupi audio pojačavači. Potrošnja energije nije povezana na izlaz. U mirnom stanju (bez ulaznog signala), potrošnja energije je najveća dok je pri pri visokom izlaznom naponu najniža jer je, ili napon, ili struja na nuli. Rezultat je niska efikasnost i velika disipacija toplote.

Vlastimir Hršum 46

Page 47: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

KLASA B

Kod pojačavača klase B, mirna radna tačka na statičkoj radnoj pravi, namješta se tako da kolektorska struja teče samo u jednoj poluperiodi ulaznog signala. U audio tehnici, potrebno je ravnomjerno pojačanje u obje poluperiode audio signala. Iz navedenog razloga, ovakav pojačavač praktično gledano nebi bio od koristi, usljed pojave ekstremno velikih izobličenja. Prednost ovakvog kola je daleko veći stepen korisnog dejstva u odnosu na pojačavače klase A. Usljed toga, došlo se do ideje da bi se kombinovanjem dva tranzistora koji rade kao pojačavači klase B, ali provode u suprotnim poluperiodama, linearizovao rad pojačavačkog kola i smanjila izobličenja. Iz ove ideje nastao je push-pull pojačavački stepen klase B, odnosno u pozitivnoj poluperiodi ulaznog signala vodi NPN, a u negativnoj poluperiodi vodi PNP tranzistor. Problem ovakvih kola su takozvana cross over izobličenja, koja su ubrzo otklonjena uvodjenjem podklase pojačavača klase B. To su pojačavačka kola klase AB, koja imaju velike sličnosti sa svojim prethodnikom. U narednom poglavlju samo će klasa AB biti razmatrana 

Koristi se 50% ulaznog signala (θ=180 º ili π, tj, aktivni element radi pola periode, a u drugoj polovini uređaj je manje ili više vremena isključen). U većem dijelu klase B postoje dva izlazna uređaja od kojih svaki alternativno vrši provođenje (push-pull) za egzaktno 180 stepeni (ili pouperiod) ulaznog signala, a selektivni RF pojačavači takođe mogu biti implementirani korišćenjem pojedinačnog aktivnog elementa. Ovi pojačavači su izloženi poprečnoj distorziji ako predaja od jednog aktivnog elementa na drugi nije perfektna, pošto su dva komplementarna tranzistora (tj, jedan PNP , jedan NPN) povezana kao dva emitera sa njihovim bazama i zajedničkim emiterskim terminalom, što zahtijeva promjenu osnovnog napona u regionu gdje su oba uređaja isključena.

Pojačavači klase B pojačavaju samo polovinu ciklusa ulaznog talasa. Oni kreiraju velike sume distorzije, ali je njihova efikasnost u velikoj mjeri poboljšana i mnogo je bolja nego kod klase A. Klasa B ima maksimalnu teorijsku efikasnost od 78.5% (π/4). Ovo je zbog činjenice da je elemenat pojačanja isključen polovinu vremena i tako ne može rasipati energiju. Jedan elemenat klase B se rijetko nalazi u praksi iako može biti iskorišćen u RF pojačavaču snage gdje su nivoi distorzije manje značajni. Međutim, za ovo se mnogo više koristi klasa C.

Vlastimir Hršum 47

Page 48: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

KLASA AB Suštinu rada audio pojačavača sa komplementarnim push-pull izlaznim stepenom u klasi AB najlakše možemo objasniti posmatrajući sliku. Tranzistori Q1, Q2 i Q3 čine pojačavačko A kolo. Q1

predstavlja naponski pojačavač i obrtač faze za 180°, jer radi kao stepen sa uzemljenim emitorom. Tranzistori Q2 i Q3 čine komplementarni push-pull strujni pojačavač klase AB, zahvaljujući diodama D1 i D2 koje predpolarišu izlazne tranzistore. Time su izbjegnuta cross-over izobličenja. Diode D1 i D2 su signalne diode te im je napon vođenja pri datoj struji koja je određena sa otpornikom R2, taman tolika da drži izlazne tranzistore na granici provođena. Napon Vs izmedju emitera Q2 i Q3 treba da je tačno Vcc/2. Stabilizacija mirne radne tačke ovog pojačavača ostvarena je preko Rcopt potenciometra. Obezbjeđuje predpolarizaciju tranzistora Q1, a istovremono čini negativnu povratnu spregu. Rcopt i R1 čine kolo povratne reakcije ili β kolo. Kondenzator CS1

propušta naizmjenični audio signal, a blokira jednosmjerni kako prethodni stepen ne bi remetio predpolarizaciju Q1, i rad cijelog pojačavača. Kondenzator CS2 sprečava prolazak jednosmjernog napona Vs na zvučnik. Zbog male otpornosti zvučnika, kapacitet CS2 mora biti velik. Mala impedansa kondenzatora CS2 na niskim učestanostima, obezbjeđuje širi i ravnomerniji propusni opseg pojačavača.  Praktično kolo koje koristi elemente klase B je komplementaran par ili „push-pull“ aranžman. Ovdje se komplementarni uređaji koriste za pojačanje suprotne polovine ulaznog signala koji se onda rekombinuje na izlazu. Ovaj aranžman omogućava izvanrednu efikasnost, ali može patiti od nedostataka koji se tiču manjih loših spojeva u „spojnicama“ između dvije polovine signala. Ovo se zove poprečna distorzija. Poboljšanje se tiče prednapona na uređajima tako da oni nisu kompletno isključeni kada se ne upotrebljavaju. Ovaj pristup se zove operacija klase AB. U operaciji klase AB, svaki uređaj radi na isti način kao i klasa B u polovini talasne forme, ali takođe provodi i na malom nivou tokom  druge polovine. Kao rezultat toga je smanjen region gdje su oba uređaja simultano blizu isključenja („mrtva zona“). Rezultat je taj da kada kombinujemo talasne forme ova dva uređaja, poprečna distorzija je u velikoj mjeri minimizovana ili potpuno eliminisana. Klasa AB žrtvuje neku efiksanost klase B u korist linearnosti tako da će uvijek biti manje efikasan (ispod 78.5%). On je tipično efikasniji od klase A. Kola klase A ili push-pull klase AB predstavljaju najčešći tip dizajna koji se nalaze u audio pojačavačima. Klasa AB je široko razmatrana kao dobar kompromis za audio pojačavače pošto je u većini vremena muzika dovoljno tiha da signal bude u regionu „klase A“ gdje se vrši pojačavanje sa odgovarajućom vjerodostojnošću i po definiciji, ako prolazi kroz ovaj region dovoljno je jak da su proizvodi distorzije klase A i B relativno mali. Pojačavači klase B i AB ponekad se koriste za RF linearne pojačavače. Pojačavači klase B se takođe favorizuju u uređajima koji rade na baterije poput radio prijemnika.

Vlastimir Hršum 48

Page 49: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

KLASA C

Pojačavači Klase C provode manje od 50% ulaznog signala i distorzija na izlazu je visoka, ali je moguća visoka efikasnost (do 90%). Neke apliakcije (na primjer, megafoni) mogu tolerisati ovu distorziju. Mnogo češća aplikaicja za pojačavače klase C jesu RF transmiteri gdje distorzija može u velikoj mjeri biti smanjena korišćenejm podešenih opterećenja u fazi pojačanja. Ulazni signal se koristi za grubo uključivanje i isključivanje pojačavačkih uređaja, što izaziva pulseve struje u odnosu na protok kroz podešeno kolo. C klasa pojačavača ima dva režima rada; podešeni i nepodešeni. Donji dijagram pokazuje talasnu formu za kolo proste klase C bez podešenog opterećenja. Ovo se zove nepodešena operacija i analiza talasnih formi pokazuje masivnu distorziju koja se pojavljuje u signalu. Kada se koristi odgovarajuće opterećenje (na primjer, čisti LC filter) događaju se dvije stvari. Prva se tiče izlaznog nivoa prednapona gdje je varijacija centrirana oko jedne polovine napojnog napona. Ova akcija podizanaja prednapona omogućavarestauraciju talasnih formi uprkos tome što postoji samo jedno - polarno napajanje. Ovo je direktno povezano sa drugim fenomenom; talasna forma na centralnoj frekvenciji postaje mnogo manje iskrivljena. Distorzija koja je prisutna mnogo je manje zavisna od opsega podešenog opterećenja gdje se centralna frekvencija suočava sa vrlo malom distorzijom, ali se javlja veće smanjenje dalje od podešene frekvencije koju signal dobija. Podešeno kolo će rezonovati na posebnim frekvencijama i na taj način neželjene frekvencije su dramatično smanjene tako da željeni puni signal (sinusni talas) biva izdvojen uz pomoć podešenog opterećenja (visoko kvalitetno zvono će zvoniti smo na određenoj frekvenciji kada se periodično udari čekićem). Pod uslovom da transmiter nije potreban za rad na širokom opsegu frekvencija, ovaj aranžaman radi vrlo dobro. Ostali rezidualni harmonici mogu biti otklonjeni uz upotrebu filtera.

KLASA D

Ovdje se koristi komutator za ostvarenje veoma visoke energetske efikasnosti (više od 90% u savremenim dizajnima). Omogućavanjem da svaki izlazni uređaj bude ili potpuno uključen ili isključen, gubici su minimizovani. Analogni izlaz je kreiran uz pomoć modulacije širine impulsa, tj, aktivni element je uključen na kraće ili na duže intervale umjesto modifikacije njegovog otpornika. Postoje komplikovanije komutatorske šeme poput sigma-delta modulacije u cilju poboljšanja nekih aspekata performansi poput manjeg izobličenja ili bolje efikasnosti. Pojačavači klase D su mnogo efikasniji od pojačavača snage klase AB. Kao takvi, pojačavači klase D ne zahtijevaju velike transformatore i velike izolatore toplote, što znači da su oni manji i lakši nego ekvivalentni pojčavači iz klase AB. Svi uređaji u Klasi D rade u on/off (prekidačkom) režimu. Pojačavači klase D se u velikoj mjeri koriste i za kontrolu motora i skoro isključivo za male DC motore, ali se danas u velikoj mjeri koriste i kao audio pojačavači

Vlastimir Hršum 49

Page 50: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

OSTALE KLASE

Postoji još nekoliko klasa pojačavača iako su one uglavnom varijacije ranije pomenutih klasa. Na primjer, klasa H i klasa G pojačavača karakteriše se varijacijama napajanja (u diskretnim koracima ili u kontinualnom režimu) prateći ulazni signal. Potrošena toplota na izlaznim uređajima može biti smanjena na račun održanja napona na minimumu. Pojačavač koji se napaja sa ovim sistemom može biti bilo koje klase. Ove vrste pojačavača su kompleksnije i uglavnom se koriste za specijalizovane primene poput jačih energetskih jedinica. Takođe, klasa E i klasa F pojačavača se uobičajeno opisuje u literaturi koja govori o primeni na radio ferekvencijama gdje efikasnost tradicionalnih klasa pokazuje značajne devijacije u odnosu na idealne vrijednosti. Ove klase koriste harmonično podešavanje njihovih izlaznih mreža za ostvarenje veće efikasnosti i mogu biti posmatrane kao podgrupa klase C zbog karakteristika ugla provodnosti.

Uporedimo li međusobno različite klase pojačavača u odnosu na trajanje aktivnosti izlaznog aktivnog elektronskog elementaK od pojačavača u A klasi element aktivan tokom cijelog perioda T ulaznog, odnosno izlaznog signala, kod pojačavača u B klasi samo polovinu perioda, kod pojačavača u AB klasi između cijelog perioda T i polovine perioda T/2, a u C klasi i znatno manje od polovine perioda T/2.

Vlastimir Hršum 50

Page 51: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

1. diferencijalni pojačavač (uokvireno A)2. strujna ogledala (uokvireno B),3. sklop za podešavanje radne tačke tranzistora (uokvireno C)4. sklop za podešavanje kolektorske struje (uokvireno D) 5. izlazni stepen pojačavača (uokvireno E).

Vlastimir Hršum 51

Page 52: USMENI Elektronika 2.doc

Elektronika 2

Vlastimir Hršum 52

class

A

class B

class C

Slika 1.1