AMPLIFICATOARE INTEGRATE

Dintre circuitele electronice liniare (sunt acele circuite la care semnalul de iesire este proportional cu semnalul de intrare), cele mai folosite sunt amplificatoarele.

Un amplificator este un cuadripol activ, care are doua borne de intrare si doua borne de iesire, având rolul de a dezvolta în circuitul de iesire o putere mai mare decât cea aplicata la intrare, fara a se modifica forma semnalului amplificat. Câstigul de putere rezulta pe seama consumului de energie de la o sursa de alimentare.

În functie de natura marimilor de intrare si de iesire se disting patru tipuri de amplificatoare:

amplificatorul de tensiune, la care marimile de intrare si de iesire sunt tensiuni electrice;

amplificatorul de curent, la care marimile de intrare si de iesire sunt curenti electrici;

amplificatorul de transconductanta, la care marimea de intrare este tensiune, iar cea de iesire este curent;

amplificatorul de transimpedanta, la care marimea de intrare este curent, iar cea de iesire este tensiune.

Principalii parametrii ai unui amplificator sunt:

- amplificarile în putere, tensiune si în curent;

- impedantele de intrare si de iesire;

- puterea nominala;

- raportul semnal/zgomot.

În Fig.5.1 este prezentata schema echivalenta Thevenin pentru un lant de amplificare în tensiune, ce cuprinde sursa de semnal U_s cu rezistenta interna R_s si amplificatorul, care are la intrare tensiunea U_i si rezistenta R_i si furnizeaza la iesire tensiunea U₀ pe sarcina rezistiva R_L.

Fig.5.1. Sistem de amplificare în tensiune

S-a considerat ca circuitul de intrare al amplificatorului nu contine alte surse de curent sau de tensiune si este pur rezistiv. Circuitul echivalent de iesire al amplificatorului contine o sursa de tensiune de valoare AU_i si o rezistenta de iesire R₀. Amplificarea în tensiune a lantului este:

(5.1)

Aceasta relatie arata ca amplificarea globala este independenta de sursa de semnal si de sarcina doar daca R_i= si R₀=0, caz în care amplificarea lantului de amplificare devine egala cu amplificarea A a amplificatorului. Un astfel de lant de amplificare este ideal.

Caracteristicile de frecventa ale amplificatorului reprezinta dependentele: amplificare-frecventa si defazaj-frecventa. Dependenta amplificare-frecventa A=A(f), poarta denumirea uzuala de caracteristica de frecventa. Amplificatoarele pot avea forme variate ale caracteristici de frecventa (Fig.5.2), în care f_j este frecventa joasa de taiere, iar f_j este frecventa înalta de taiere.

În practica intereseaza domeniul de frecventa în care amplificarea este aproximativ constanta. Acest domeniu (interval) se numeste banda de trecere (de frecventa) a amplificatorului si se defineste ca fiind intervalul pe axa frecventelor, în care amplificarea nu variaza cu 3 dB fata de amplificarea de la frecventa medie a benzii. Scaderea cu 3 dB a amplificarii, la extremitatile benzii de trecere, este echivalenta cu scaderea amplificarii la valoarea , unde A₀ este amplificarea la frecventa medie a benzii si corespunde micsorarii la jumatate a puterii la iesirea amplificatorului.

Fig.5.2. Caracteristica de frecventa a unui amplificator,

pentru f_j 0 (a) si f_j=0 (b)

Astazi, majoritatea amplificatoarelor sunt realizate sub forma integrata monolitica, cele mai reprezentative fiind amplificatoarele operationale.

În practica, este deseori utila exprimarea amplificarii în decibeli. Astfel, se defineste amplificarea de putere, în decibeli (dB):

(5.2)

unde P_i si P₀ sunt puterile la intrarea, respectiv iesirea amplificatorului.

Considerând ca rezistenta de sarcina de la iesirea amplificatorului este egala cu rezistenta de intrare a amplificatorului (R_L = R_i =R) se poate defini amplificarea de tensiune si respectiv amplificarea de curent în decibeli:

(5.3)

Se observa ca daca U₀ > U_i (la amplificatoare), atunci A_U > 0 iar daca U₀ < U_i (la atenuatoare), atunci A_U < 0.

Scaderea amplificarii în tensiune cu 3dB reprezinta o atenuare de –3dB. Astfel, valoarea atenuarii de – 3dB corespunde unui raport a tensiunilor de 1/:

=0,707=1/

Se observa ca daca rezistenta de sarcina de la iesirea amplificatorului este egala cu rezistenta de intrare a amplificatorului (R_L = R_i =R), amplificarea de tensiune si cea de curent sunt duble fata de amplificarea de putere. Totusi, amplificarea în decibeli poate fi exprimata si pentru R_i R_L, situatie aproape generala la amplificatoare când R_i >> R_L.

Aplicatia 5.1

Sa se determine amplificarea de tensiune, de curent si de putere, în decibeli pentru un amplificator de tip repetor, cunoscând rezistenta de intrare R_i = 1MW si cea de sarcina R_L = 1KW

Amplificatorul fiind repetor, U₀=U_i si deci:

(5.4)

Se observa ca doar A_I = 2A_P.

În telecomunicatii se utilizeaza mult o marime relativa, adimensionala numita nivel de transmisie q, care de regula se exprima în dB (numita adesea si decibel relativ). Aceasta marime a aparut ca urmare a necesitatii alegerii unei referinte (termenul de la numitor), la exprimarea în dB a nivelului de transmisie si a nivelului sonor. Astfel, luând ca referinta P_i = P_r si U_i = U_r si notând P₀ = P si U₀ = U, nivelul de transmisie (în dB) se defineste prin:

(5.5)

ce reprezinta nivelul de putere (q_P) si nivelul de tensiune (q_U).

În telefonie (deci în audio frecventa AF) s-a generalizat ca referinta puterea P_r = 1mW disipata printr-un rezistor de 600W, ceea ce prescurtat se scrie 1mW/600W, careia îi corespunde o tensiune de referinta de

În radiocomunicatii (RF) referinta este de 1mW/50W, adica U_r = 0,224V.

Utilizarea puterilor de referinta (1mW) în asociere cu impedantele standard (600W în AF si 50W în RF), prezinta marele avantaj ca masurarea unei puteri se reduce la masurarea unei tensiuni (sau curent), operatie mult mai simpla si mai comoda. Aceste valori ale impedantelor (600W în AF si 50W în RF), corespund valorilor standard ale impedantelor caracteristice ale cuadripolilor utilizati în AF si respectiv RF. Voltmetrele de pe panoul generatoarelor de AF au de regula si o scara gradata în dB, însa pentru evitarea confuziilor, pe cadran se mentioneaza si referinta (de exemplu 1mW/600W sau 1mW/50W

În acustica se utilizeaza marimea numita nivel sonor (q_s), adimensionala, care se exprima în dB (relativi) prin relatia:

(5.6)

unde Y_r reprezinta intensitatea sonora de refetinta (egala cu 10^-16 W/cm², care corespunde pragului de audibilitate al urechii umane în banda de sensibilitate maxima de 1,5Hz2,5kHz).            Decibelul definit în

referinta Y_r = 10^-16W/cm² se mai numeste si fon.

Exemple de nivele sonore:

vorbirea obisnuita 40dB;

ciocane pneumatice 70-80dB;

strada circulata din marile orase 60-80dB;

avion turbopropulsor, la 2-3m distanta 90-100dB.