AMPLIFICATOARE CU REACŢIE NEGATIVĂ

5.1 Consideratii privind reactia negativa

Reactia consta în a transfera o parte din semnalul de la iesirea unui amplificator, prin intermediul unei retele de reactie, la intrarea acestuia.

Fig. 5.1.

În figura 5.1 este prezentata schema bloc a unui amplificator cu reactie unde Ampf. - este amplificatorul de baza, caruia i se adauga reteaua de reactie R.R. pentru a obtine amplificatorul cu reactie AR.

Reactia este negativa în conditiile în care semnalul x _f pe care îl aplica reteaua de reactie la intrarea amplificatorului este în opozitie de faza cu semnalul x _i furnizat de generatorul Gen.

În cazul semnalelor continue opozitia de faza înseamna polaritate opusa iar, în cazul semnalelor variabile opozitia de faza se refera la valoarea defazajului φ dintre cele doua semnale, care trebuie sa fie φ =k p ca în figura 5.2.

Rolul R.R. consta în prelucrarea semnalului de iesire de la iesirea amplificatorului, în sensul scaderii amplitudinii acestuia si în sensul obtinerii unui semnal x _f care sa fie în opozitie de faza cu semnalul x _i .

Se constata ca atunci când semnalul de intrare x_i este pozitiv semnalul furnizat de reteaua de reactie la intrarea amplificatorului este negative si invers, asa încât în orice moment de timp semnalul adus de reteaua de reactie se va scadea din semnalul furnizat de generatorul Gen de semnal.

Fig. 5.2.

Atât amplificatorul cât si reteaua de reactie sunt caracterizate prin intermediul functiilor de transfer A - pentru amplificatorul fara reactie,

A_R- pentru amplificatorul cu retea de reactie, si respectiv β - pentru reteaua de reactie, definite ca raport al marimii de iesire la marimea de intrare exprimate în complex.

 

Toate marimile din relatiile de mai sus sunt reprezentari în complex ale functiilor de timp corespunzatoare. Spre exemplu eroarea E reprezinta transformata în complex a abaterii

a marimii x _f - furnizate de RR în raport cu marimea x _i - prescrisa de generatorul notat cu Gen.

Nota. Convenim sa notam în continuare, pe tot parcursul paragrafului, marimile complexe cu litere mari ale alfabetului fara a mai utiliza sublinierea.

Din relatia de definitia factorului de amplificare

Se noteaza produsul

care se numeste transmisie pe bucla .

Factorul de amplificare A _R al amplificatorului cu reactie este de (1+T) ori mai mic decât factorul de amplificare al amplificatorului din componenta sistemului

Pe seama acestei scaderi a factorului de amplificare se obtin anumite avantaje (care nu s-ar ob# 12112p158m 5;ine fara reactia negativa) si anume[8]:

se produce o desensibilizare a valorii factorului de amplificare la dispersia componentei electronice din componenta sistemului, datorita faptului ca factorul A _R depinde de β (care este realizat de obicei cu elemente pasive de circuit);

permite adaptarea impedantei amplificatorului cu impedanta generatorului si cu impedanta sarcinii în scopul realizarii transferului optim al semnalului;

se reduce efectul zgomotului propriu dispozitivelor active;

se reduce efectul neliniaritatii caracteristicii de transfer a amplificatorului;

cresterea bandei de frecventa a amplificatorului care determina scaderea distorsiunilor datorate transferului semnalului de la intrarea la iesirea amplificatorului.

Pentru a unifica modul de lucru în cazul amplificatoarelor prevazute cu retea de reactie negativa se impune a se efectua calculul asupra unui factor de amplificare specific fiecarui tip de reactie si anume calculele se efectueaza pentru factorul de amplificare definit astfel:

Factorul de reactie corespunzator se exprima prin raportul

În teoria generala a reactiei se utilizeaza notatia β pentru factorul de reactie si acelasi factor în aplicatii este notat cu "f", motiv pentru care în continuare se va folosi notatia "f" sau β.

De notat urmatoarele:

atât amplificatorul de baza cât si reteaua de reactie se considera unilaterale, ceea ce înseamna ca semnalul se transmite de la intrare la iesire si nu se transmite nimic invers,

faptul ca intrarea retelei de reactie se gaseste la iesirea amplificatorului de baza iar iesirea retelei de reactie se gaseste la intrarea amplificatorului.

5.2. Topologii ale amplificatoarelor cu reactie

Mai întâi câteva precizari privind terminologia.

Termenul de topologie se refera la structura sistemului, sau altfel spus la modul de interconectare a elementelor care compun sistemul.

Folosim termenul

comparare când discutam despre marimi de la intrarea amplificatorului

si termenul

esantionare în conditiile în care discutam despre marimi de la iesirea amplificatorului.

termenul

în nod în cazul curentului

si termenul

pe bucla în cazul tensiunii .

Spre exemplu în cazul amplificatorului cu reactie negativa "cu esantionare în nod si comparare pe bucla" avem o retea de reactie care preia de la iesirea amplificatorului o parte din curentul furnizat sarcinii îl prelucreaza si aduce la intrarea amplificatorului o tensiune în opozitie de faza cu tensiunea furnizata de generatorul de semnal.

Din consideratii privind claritatea expunerii atât amplificatorul de baza cât si reteaua de reactie vor fi exprimate prin intermediul parametrilor de cuadripol. Mai mult, se vor folosi acei parametri de cuadripol care sa conduca prin cât mai putine operatii matematice la rezultat (la concluzia expunerii) si anume se vor folosi parametrii de cuadripol care contin în membrul drept variabile independente de prezenta retelei de reactie.

doua marimi la iesirea acestuia rezulta ca sunt posibile 4 topologii ale amplificatoarelor cu reactie:

esantionarea în nod si compararea în nod;

esantionare pe bucla si comparare pe bucla;

esantionare pe bucla si comparare în nod;

esantionare în nod si comparare pe bucla.

În continuare vom stabili factorii specifici fiecarei topologii.

Amplificatorul cu esantionare în nod si comparare în nod

Reteaua de reactie preia o parte din curentul de iesire al amplificatorului (daca nu ar fi fost RR curentul la iesirea amplificatorului ar fi fost I_L pe când în prezenta RR curentul este mai mic, fiind notat cu I₀ ), îl prelucreaza si transfera la intrarea amplificatorului sub forma unui curent notat I _f .

Topologia sistemului cu reactie de tipul esantionare în nod si comparare în nod este prezentata în figura 5.3.

Tensiunea de iesire V₀ este atât la iesirea amplificatorului cât si la

intrarea retelei de reactie.

Tensiunea de la intrarea amplificatorului V_i este si tensiune de iesire a retelei de reactie.

Marimile independente de structura sunt cele doua tensiuni ceea ce înseamna ca se impune a descrie ambii cuadripoli prin intermediul relatiilor care contin în membrul drept cele doua tensiuni. Se vor folosi parametrii de cuadripol "y".

Ecuatiile asociate cuadripolului sunt

Parametrii de cuadripol pot fi determinati

prin calcul ;

experimental prin încercarile de mers în gol si de mers în scurcircuit efectuate asupra cuadripolului fizic.

În ambele situatii se folosesc relatiile

(admitanta de intrare),

(admitanta de iesire),

(admitanta de transfer de la intrare la iesire),

(admitanta de transfer de la iesire la intrare).

Tensiunea de iesire V ₀ este atât la iesirea amplificatorului cât si la

intrarea retelei de reactie.

Toate calculele se fac, în cazul amplificatorului cu esantionarea în nod si compararea în nod, asupra acelui factor de amplificare definit prin raportul

si notat cu indice z (pentru ca este de natura unei impedante)

.

Factorul de reactie corespunzator este

Între tensiuni se pot scrie relatiile

ceea ce înseamna ca marimile independente sunt curentii I₀ si I_i .

Factorului de amplificare afectat de reactie   

iar factorul de reactie este

Amplificatorul cu esantionarea pe bucla - compararea în nod

Reteaua de reactie prelucreaza tensiunea de la iesirea amplificatorului si injecteaza la intrarea acestuia un curent. Topologia sistemului cu reactie de tipul esantionare pe bucla si comparare în nod este prezentata în figura 5.5.

Marimile independente sunt V _g si I ₀ .

Factorul de amplificare afectat de reactie care se utilizeaza în calcule pentru aceasta topologie este

iar factorul de reactie

Amplificatorul cu esantionarea în nod si compararea pe bucla

Marimile independente sunt V _g si I ₀ ,

Factorul de amplificare afectat de reactie care se utilizeaza în calcule pentru aceasta topologie este

iar factorul de reactie

Daca compararea se face în nod impedanta de intrare a sistemului cu reactie va scadea. Explicatia pleaca de la definitia impedantei de intrare

Daca compararea se face pe bucla impedanta de intrare va

creste, pentru ca reactia va afecta tensiunea de la intrare.

Daca esantionarea se face în nod impedanta de iesire a

sistemului cu reactie va scadea. Explicatia pleaca de la definitia impedantei de iesire

,

care are la numitor curentul de iesire, curent care este afectat de reactie.

Daca esantionarea se face pe bucla impedanta de iesire va

creste, pentru ca reactia va afecta tensiunea de la intrare.