Amplificatoare cu circuite integrate

Argument

Lucrarea de faţă realizată are ca scop studiul amplificatoarelor cu circuite

integrate. Lucrarea cuprinde trei capitole conform tematicii primite. Pentru realizarea

ei am studiat materialul biografic indicat precum şi alte lucrări ştiinţifice cum ar fi:

cărţi şi reviste de specialitate, STAS-ul.

Capitolul I

Amplificatoare electronice

I.1 Generalităţi

Amplificatorul electronic (ca, de altfel şi amplificatorul de mărimi electrice în

general) este definit ca un cuadripol activ, prevăzut cu două borne de intrare şi două

borne de ieşire, capabil să redea la ieşire semnale electrice de putere mult mai mare

decât cele de la intrare (fig. 1.1.1), care amplifică în curent, tensiune sau putere

semnalul aplicat la intrare (U1, I1, P1) rezultând un semnal de curent,de tensiune,de

tensiune sau putere mai mare la ieşire (I2, U2, P2,).

Fig. 1.1.1 Amplificatorul electric (electronic)

Prin circuite electronice se înţelege acele circuite care conţin componente

electronice; tuburi electronice sau dispozitive semiconductoare, având caracteristici

1

curent-tensiune neliniare şi posibilitatea şi posibilitatea de a comanda prin semnale

electrice parametrii lor.

Pentru ca un amplificator să poată îndeplini funcţia de amplificare,trebuie prevăzut

cu o sursă de energie electrică, în urma căreia se obţine sporul de putere de la ieşire şi

cu elemente active care să transforme o parte din energia absorbită de la sursa de

alimentare în energie de curent alternativ, variabil în ritmul semnalului.

Amplificatoarele electronice se realizează în prezent cu:

tranzistoare;

circuite integrate.

Cei mai importanţi indici de calitate ai amplificatoarelor electronice sunt:

factorul de amplificare, care capătă următoarele forme:

factor de amplificare în curent;

factor de amplificare în tensiune;

factor de amplificare în putere;

I.2 Clasificarea amplificatoarelor electronice

Amplificatoarele electronice se pot clasifica din mai multe puncte de vedere.

după mărimea semnalului aplicat la intrare, amplificatoarele electronice sunt:

amplificatoare de semnal mic sau amplificatoare de tensiune, la care semnalul

de intrare este suficent de mic pentru ca punctul de funcţionare să rămână în

regiunea liniară a caracteristiclor tranzistoarelor (tuburilor).

amplificatoare de semnal mare sau amplificatoare de putere, la care se

urmăreşte să se transfere pe sarcină (RS) un semnal de putere cât mai mare (cel

puţin de ordinul waţilor, P2U2I2 să fie maxim).

după timpul elementelor active utilizate se întâlnesc:

amplificatoare cu tuburi electronice;

amplificatoare cu semiconductoare;

amplificatoare cu circuite integrate (operaţionale);

amplificatoare magnetice.

după frecvenţa semnalului aplicat la intrare, amplificatoarele electronice se

clasifică în:

2

amplificatoare de curent continuu, la care semnalul de intrare este continuu

(constant) sau foarte lent, variabil în timp. Amplifică cu frecvenţe începând

cu f0.

amplificatoare de curent alternativ, la care semnalul de intrare este alternativ

(sinusoidal) sau sub forma unor impulsuri de o anumită frecvenţă.

în funcţie de domeniul (banda) de frecvenţă folosit, amplificatoarele

electronice se subdivid în:

amplificatoare de joasă frecvenţă (audiofrecvenţă), pentru domeniul de

aproximativ 20Hz-20kHz;

amplificatoare de înaltă frecvenţă (radiofrecvenţă), pentru semnale cuprinse

între 20kHz-30MHz;

amplificatoare de foarte înaltă frevenţă, pentru frecvenţe cuprinse între 30-

300MHz.

după lăţimea benzii de frecvenţă amplificată, se întâlnesc:

amplificatoare de bandă îngustă (9-30kHz).

amplificatoare de bandă largă (amplificatoare de videofrecvenţă), având o

gamă de frecvenţe amplificate cuprinse între câţiva herţi (teoretic 0 Hz) şi 5

MHz (teoretic 6 MHz).

după tipul cuplajului folosit între etaje, se pot întâlni:

amplificatoare cu cuplaj RC;

amplificatoare cu circuite acordate;

amplificatoare cu cuplaj prin transformator;

amplificatoare cu cuplaj rezistiv (numite şi amplificatoare cu cuplaj galvanic

sau de curent continuu).

De obicei un amplificator aparţine simultan mai multor categorii de clasificare. De

exemplu, un amplificator de tensiune dintr-un receptor de radio poate fi un

amplificator de tranzistoare, de audiofrecvenţă, de semnal mic, de de bandă îngustă, cu

cuplaj RL.

după poziţia punctului static de funcţionare amplificatoarele electronice se

împart în:

amplificatoare funcţionând in clasa A, la care punctul static de funcţionare este

astfel ales (aproximativ la jumătatea caracteristicii rezistenţei de sarcină din

caracteristicile de ieşire ale tranzistorului), incât dacă se poate aplica la intrare

3

un semnal U1 alternativ sinusoidal (fig. 1.2.1.a) se obţine la ieşire semnalul

amplificat U2 de asemenea alternativ sinusoidal (domeniul de amplificare

este : d=0..2) (fig. 1.2.1.b);

amplificatoare funcţionând în clasa B, la care, prin alegerea convenabilă a

punctului static de funcţionare, se obţine dintr-un semnal de intrare U1 (fig.

1.2.1.a) amplificarea numai a pulsurilor pozitive (d=0..) (fig. 1.2.1.c);

amplificatoare funcţionând în clasa C, la care punctul static de funcţionare este

astfel ales încât pentru acelaşi semnal de intrare U1 (fig. 1.2.1.a) se obţine

numai o parte din domeniul pulsurilor pozitive (d0..) (fig. 1.2.1.d).

De obicei amplificatoarele în clasa A sunt amplificatoare de tensiune, în timp ce

cele din clasa B şi C sunt amplificatoare de putere.

Fig. 1.2.1 Funcţionarea amplificatoarelor electronice: a-semnal de intrare; b-în

clasa A; c-în clasa B; d-în clasa C

Capitolul II

Amplificatoare operaţionale

4

II.1 Aspecte generale

Amplificatoarele operaţionale sunt amplificatoare de curent continuu cu reacţie

negativă interioară şi prevăzute cu o buclă de reacţie negativă externă, care iniţial

puteau exercita o diferite operaţii, ca adunarea, scăderea, înmulţirea şi împărţirea cu o

constantă(in curent continuu) şi cu extindere (în curent alternativ) precum şi operaţii

mai complexe: derivare, integrare, obţinere de funcţii logaritmice. În prezent domeniul

lor de utilizare este mult mai extins. Prevăzute în bucla de reacţie cu reţele mai

complexe, amplificatoarele operaţionale actuale pot realiza cele mai diverse funcţii cu

performanţe ridicate şi perfect controlabile. Amplificatoarele operaţionale pot

prezenta, în general, două intrări şi două ieşiri putând lucra astfel:

o intrare şi o ieşire

două intrări şi două ieşiri

două intrări şi o ieşire

a) b)

5

Fig. 2.1 Schemă amplificator operaţional elementar

Amplificatoarele operaţionale au un punct de masă(nul) faşă de care se

stabilesc atât tensiunea de alimentare( ) cât şi tensiunile de intrare( ) şi de

ieşire( ).

Tensiunea de ieşire a unui amplificator operaţional este dată sub forma cea mai

generală astfel:

- este amplificarea diferenţială în bucla deschisă;

- amplificarea pe mod comun în bucla deschisă;

- tensiunea de decalaj(care apare la ieşire când intrările sunt nule);

- tensiunea diferenţială de intrare

- media aritmetică a tensiunilor de intrare

II.2 Parametrii amplificatoarelor operaţionale

Parametrii amplificatoarelor operaţionale sunt urmatoarele:

1.Factorul de amplificare(câştigul) diferenţial în bucla deschisă

reprezintă raportul dintre variaţia tensiunii de ieşire( ) şi tensiunea

diferenţială de intrare (figura 1.b)

2.Factorul de amplificare pe mod comun în bucla deschisă

6

reprezintă raportul între variaţia tensiunii de ieşire şi media aritmetică a

tensiunilor de intrare

Acest parametru rezultă din faptul că, chiar în cazul în care cele două tensiuni de

intrare, ,sunt egale însă diferite de zero se produce tensiunea la ieşirea

amplificatorului operaţional. În cazul ideal, al amplificatorului operaţional perfect

3.Tensiunea de decalaj (offset) de la intrare

este valoarea tensiunii continue aplicată la una din intrările circuitului

pentru care ieşirea este nulă,

4.Curentul de polarizare de intrare -

este valoarea medie a curenţilor de intrare

5.Factorul de rejecţie pe mod comun – CMR

Este raportul dintre factorul de amplificare diferenţial şi factorul de

amplificare pe mod comun .

Conform celor arătate mai sus, întrucât la un amplificator perfect , rezultă în

acest caz

6.Banda de trecere în bucla deschisă

7

Este domeniul (gama) de frecvenţe în care amplificarea scade la valoarea de

faţă de valoarea maximă:

Capitolul III

Amplificatoare de putere

III.1 Aspecte generale

Amplificatorul de putere este un amplificator de semnal mare care constituie ultimul etaj

din lanţul de amplificare al unui amplificator complex. El se mai numeşte şi amplificator de

semnal mare sau etaj de ieşire.

Amplificatoarele de putere au rolul de a realiza pe o impedanţă de sarcină (difuzor ), o

valoare impusă a puterii cu distorsiuni minime în toată banda de trecere. Conectarea sarcinii

la un etaj trebuie să se facă astfel încât să se asigure transferul maxim de putere.

Principalele cerinţe impuse amplificatoarelor de putere sunt:

să aibă rezistenţa de ieşire scăzută

să aibă randament cât mai ridicat, acest aspect fiind foarte important în special în

echipamentele portabile pentru a prelungi durata de utilizare a bateriilor.

să aibă distorsiuni neliniare cât mai reduse, acest aspect fiind important în cazul

amplificatoarelor audio de înaltă fidelitate (HiFi)

să asigure excursie mare a semnalului de ieşire

să nu afeacteze răspunsul în frecvenţă al amplificatorului în întreaga bandă de

frecvenţă

să aibă consumul redus în stare de repaus

Ca urmare amplificatorul audio este un lanţ de etaje amplificatoare necesare pentru a aduce

semnalul la nivelul de putere impus. Tehnologia integrată oferă diverse variante de

amplificare audio de putere . Dintre acestea fac parte şi amplificatoarele audio TBA 790 şi

TCA 150 .

Ele conţin următoarele etaje principale:

Etajul de intrare ,care asigură o impedanţă de intrare ridicată , o amplificare în

tensiune moderată şi eventual o limitare a semnalului de intrare

8

Etajul pilot sau prefinal, care aduce semnalul la nivelul necesar etajului final,

realizând în principal amplificarea în tensiune

Etajul final, este necesar obţinerii unei amplificări în curent mare

Generatorul de curent de referinţă, care asigură autocentrarea tensiunii de ieşire de

repaus la jumătate din valoare tensiunii de alimentare

Amplificatorul TCA 150 are în plus un circuit de protecţie termică, care limitează

puterea disipată de etajul final şi implicit temperatura cipului în cazul unei

suprasarcini.

III.2 Amplificatorul de putere TBA 790

TBA 790 este un amplificator de joasă frecvenţă destinat aplicaţiilor în gama frecvenţelor

audio în care puterea utilă nu depaşeşte 2,5W.

Circuitul conţine un etaj de intrare (preamplificator), un etaj amplificator şi un etaj de

putere.

Domeniul aplicaţiilor cuprinde aparatură audio, TV, magnetofoane, picup-uri şi unele

aplicaţii industriale. Circuitul se prezintă în trei variante de încapsulare. Pentru produsele noi

şi reproiectate se recomandă doar variantele la capsula TABS.

Caracteristici notabile

curent de alimentare redus şi bine controlat faţă de tensiunea de alimentare

excursia tensiunii de ieşire este aproape egală cu tensiunea de alimentare

rezistenţa de sarcină optimă este de 8Ω

impedanţa de intrare mare (50MΩ)

tensiunea de ieşire este menţinută în toleranţe strânse la V+/2 datorită generatorului de

curent de referinţă

distorsiuni de racordare practic inexistente

9

Fig. 3.2.1 Codificarea

Schema electrică şi configuraţia terminalelor (fig. 3.2.2.a şi fig. 3.2.2.b)

Fig. 3.2.2.a

10

Fig. 3.2.2.b

Radiatorul este legat constructiv la masa preamplificatorului.

Valori limită absolută

tensiunea de alimentare: +4V...15V

+4V..9V (TBA 790)

tensiunea de intrare: -0,5V…+15V

-5V…9V (TBA 790)

curent de vârf repetitiv la ieşire: 1,5A

gama temperaturilor de funcţionare: -25°C…+70°C

gama temperaturilor de stocare: -25°C…+125°C

temperatura joncţiunii: +125°C

rezistenţa termică joncţiune-ambiant: TABS T, D-80°C/W; TABS, SU-

70°C/W

rezistenţa termică joncţiune-capsulă: TABS T, D-10°C/W; TABS, SU-

12°C/W

Circuitul integrat TBA 790 nu are inclusă în structura sa protecţii la temperatură şi

la scurt circuit a ieşirii la V+ sau masă. În cazul ataşării unui radiator necorespunzător,

puterea disipată conduce la depăşirea valorii Tjmax=+125°C şi la posibilitatea

distrugerii circuitului. Un scurtcircuit accidental la V+ sau masă a terminalului de

ieşire va duce la distrugerea etajului de putere de ieşire.

11

Schema de test

Fig. 3.2.3 Schema de test

Performanţe electrice

Fig. 3.2.4 Performanţele electrice ale TBA 790

12

III. 3 Amplificatorul de putere TCA 150T

TCA 150T este un amplificator de joasă frecvenţă destinat aplicaţiilor în gama frecvenţelor

audio în care puterea utilă nu depăşeşte 5W

Parametri electrici

Curentul de alimentare redus şi bine controlat faţă de tensiunea de alimentare

Excursia tensiunii de ieşire este aproape egală cu tensiunea de alimentare

Rezistenţa de sarcină optimă este de 4

Impedanţa de intrare mare ( 50 )

Tensiunea de ieşire este menţinută în toleranţe strânse la datorită generatorului de

curent de referinţă

Distorsiuni de racordare practic inexistente

Amplitudinea semnalului de ieşire ce corespunde intrării în funcţiune a protecţiei

termice este nedistorsionată.

Valori limită absolute

Tensiunea de alimentare : 4V..........18V

Tensiunea de intrare : -0,5V.....15V

Curentul de vârf repetitiv la ieşire: 2,3A

III.4 Amplificatorul de putere TBA 810S

Circuitul integrat monolitic TBA 810S este un amplificator de putere în clasa B, compatibil

pin cu pin cu amplificatorul TBA 810P, dar protejat numai la ambalare termică. Este un

amplificator cu randament ridicat (75%) ce furnizează 7W la ieşire pentru o alimentare de

16V/4ohmi, puterea disponibilă scăzând sensibil o dată cu reducerea tensiunii de alimentare.

Caracterisitici electrice

Amplificatorul TBA 810S are următoarele caracterisitici electrice:

tensiune de alimentare maximă 20V

13

curentul de ieşire maximă 2.5A

puterea totală disipată 5W

puterea de ieşire maximă 7W

rezistenţa de intrare 5MΩ

tensiunea de intrare la saturaţie 220mV

banda de frecvenţă 40Hz-20KHz

distorsiunea de neliniaritate 0,3%

câastigul în tesiune 80dB

rejecţia sursei de alimentare 38dB

rezistenţa termică j-radiator 12C/W

Conexiuni la capsulă

Fig. 3.4.1 Capsula FIN DIP

Schema tipică de aplicaţii

14

Fig.3.4.2

15