Višestupanjska pojačala

8. VIŠESTUPANJSKA POJAČALA
Darlingtonov spoj
Koristi se kada se želi veliko pojačanje struje. Najjednostavniji je spoj dva tranzistora istog tipa na način da se
kolektori tranzistora vežu zajedno, a emiter prvog tranzistora na bazu drugog tranzistora (nacrtati!).
C
Ovakve izvedbe tranzistora se stavljaju u zajedničko
kućište, a za vanjske izvode E, B i C vrijedi:
Ube = Ube1 + Ube2
Ic1
B
Ib1
Ic2 = Ic
Ic = Ic2 = hfe2×Ib2 = Ib1×hfe1×hfe2
hfe = hfe1×hfe2
Ib2 = hfe1Ib1
Ie2 = Ie
E
Prvi tranzistor radi kao emitersko sljedilo, a drugi u S.Z.E. Time je osiguran veliki ulazni otpor i veliko strujno
pojačanje kada Darlingtonov spoj koristimo u S.Z.E.
Darlingtonov spoj kao emitersko sljedilo
Koristi se kada trebamo vrlo veliki ulazni otpor pojačala, budući da sada imamo kaskadu od dva emiterska
sljedila. U ovom spoju je strujno pojačanje manje od umnoška hfe1×hfe2, jer trebamo uzeti u obzir izlazni otpor
prvog tranzistora hie1 koji je vezan paralelno vrlo velikom ulaznom otporu drugog tranzistora.
Dvostupanjska pojačala
U svrhu ostvarenja većeg pojačanja napona i struje, vezuje se dva ili više pojačala u seriju, na način da se izlaz
prvog pojačala veže na ulaz drugoga itd. Ako se radi o istim pojačalima, to nazivamo kaskadni spoj. To se
može napraviti direktnim povezivanjem pojačala ili preko veznih kondenzatora (kapacitivno ili RC vezana
pojačala).
Pojačanja kaskadnog pojačala dana su kao umnošci pojačanja pojedinih pojačala (blok-shema 2 stupnja):
Av = Av1 × Av2;
Ai = Ai1 × Ai2
Direktno (izravno) vezana pojačala su bez veznih C među stupnjevima, te statika jednog stupnja utječe na
statiku drugog i obratno. Stoga su ta pojačala vrlo osjetljiva i na male promjene parametara kao tolerancije i
promjena vrijednosti otpornika, temperaturne promjene i slično – dolazi do „klizanja“, pomaka S.R.T. To se
sprječava primjenom NPV (nacrtati primjer 2-stupanjskog pojačala sa strujno paralelnom NPV).
Kapacitivno vezana (RC-pojačala) imaju vezu izlaza prvog stupnja sa ulazom drugog stupnja ostvarenu preko
veznog C, tako da su statički uvjeti pojedinog stupnja neovisni o drugim stupnjevima. Nedostatak takvog načina
vezivanja je smanjivanje frekvencijskog pojasa pojačala, i to tako da se donja granična frekvencija povećava za
1/n
1/2
1/n
1/2
iznos 1/(2 – 1) /, a gornja snižava za (2 – 1) puta.
fDn = fD1/(21/n – 1)1/2
fGn = fG1×(21/n – 1)1/2,
gdje su fD1 i fG1 granične frekvencije za jedan stupanj pojačala, n je broj stupnjeva pojačala. Pri proračunu
naponskog pojačanja prvog stupnja treba uzeti u obzir da se izlaznom otporu prvog stupnja (npr Rc1) paralelno
spaja ulazni otpor drugog stupnja! Ako se radi o dva stupnja pojačala u S.Z.E. izlazni napon je u fazi sa ulaznim
naponom (prvi stupanj okrene fazu za π, ali i drugi, opet za π).
1
Diferencijalno pojačalo
Rc1
Uizl1
V1
12 V
Rc2
Uizl2
T1
T2
Uul1
Uul2
V2
12 V
Re
Osnovno svojstvo mu je veliko pojačanje signala koji se u protufazi dovode na ulaze (baze) tranzistora,
odnosno razlike signala. Ako su signali na obe baze istofazni, pojačanje je slabo. Signal se može dovesti i samo
na jedan ulaz i pri tome se drugi ulaz uzemlji. Uočiti da je Re spojen na negativni napon!
Izlaz se može uzimati sa kolektora samo jednog tranzistora (asimetrični izlaz) ili kao razlika uzeta sa oba
izlaza (simetrični izlaz). Za što bolji rad potrebna je što bolja simetrija stupnjeva (isti Rc, a naročito iste struje Ic,
odnosno Ie).
Rad pojačala
Ako na jedan ulaz dovedemo promjenu napona ΔU, a na drugi istu toliku promjenu ali suprotnog predznaka
(protufaznu) – ΔU, prva će izazvati porast Ic1 a time i Ie1 za neki ΔIc1, a time i promjenu Uiz1 za ΔIc1×Rc.
Promjena za – ΔU izaziva pad Ic2 i Ie2, te suprotnu promjenu Uiz2 (on poraste za Δic2×Rc).
Potencijal emitera ostaje isti budući da je ukupna Ie = Ie1 + Ie2 ostala ista, odnosno koliko se Ie1 povećala, isto
toliko se Ie2 smanjila!
Ako se kao pojačanje uzme odnos promjene jednog izlaznog napona (bilo kojega) i ukupne promjene ulaznih
napona koja iznosi 2×ΔU = 2×Δib×rie, dobijamo tzv. diferencijalno pojačanje Aud:
Aud = Δuiz / 2×ΔU = Δic×Rc / 2×Δib×rie = (hfe×Δib×Rc) / 2×Δib×rie = hfe×Rc / 2 ×rie
Uzimajući pojačanje samo jednog tranzistora (na ulazu ΔU), nema faktora 2 u nazivniku.
Ako se kao Uiz uzima razlika napona Uiz1 i Uiz2, dobit ćemo dvostruko veće pojačanje, jer tada imamo
promjenu izlaznog napona od 2×Uiz, pošto su suprotnih predznaka.
Još jednom treba napomenuti da se pretpostavlja potpuna simetrija stupnjeva pojačala. U tu svrhu često je
dobro postaviti potenciometar male vrijednosti otpora kojega je klizač spojen na Re tako da se mogu ugoditi iste
struje Ie1 = Ie2.
Ista stvar se dobiva ako promjenu napona dovodimo na samo jedan ulaz, a drugi uzemljimo (spojimo na
masu). Ako na aktivni ulaz dovedemo promjenu napona u iznosu 2ΔU, dobiti ćemo isto pojačanje Aud. Sada
promjena potencijala baze (npr. pozitivna na Tr1) povećava struju Ib1 i Ic1, te ukupnu Ie. Potencijal zajedničkog
emitera raste, što djeluje na smanjenje Ic2, jer je baza Tr2 na masi (potencijal joj se ne mijenja). Zbog simetrije
sklopa promjena ulaznog napona podijeli se jednako na ulazima oba tranzistora. Rezultat je opet ista promjena
izlaznog napona što rezultira istim pojačanjem Aud.
Ako na ulaze dovedemo iste napone i po veličini i po fazi, oni uzrokuju iste promjene Ic, Ie i izlaznih napona
na oba tranzistora. Sada će promjena napona uzeta kao razlika izlaza biti nula. Promjena napona na jednom
ulazu jednaka je:
ΔU = ΔIb×rie + 2×ΔIe×Re, pošto kroz Re teku struje emitera oba tranzistora:
Ukupna struja kroz Re je: Ie = (1 + hfe)×(Ib1 + Ib2) = 2×Ib×(1+hfe), radi simetrije sklopa.
2
Konačno se dobiva: ΔU = ΔIe×(rie/(1+hfe) + 2Re), a pošto je rie/(1+hfe) << Re, i ΔIe = ΔIc dobivamo:
ΔU = 2×ΔIc×Re
Naponsko pojačanje za istofazni signal (na jednom izlazu) naziva se zajedničko pojačanje Ac onda iznosi:
Auc = ΔUiz / ΔU = ΔIc ×Rc / ΔU = Rc / 2Re
Omjer diferencijalnog i zajedničkog pojačanja naziva se faktor potiskivanja Fp:
ili u decibelima:
Fp = Aud / Auc = hfe × Re / rie
Fp = 20 log (Aud / Auc)
Najvažnija prednost diferencijalnog pojačala je potiskivanje smetnji i šumova, koji se na oba ulaza pojavljuju u
istoj fazi i amplitudi. Zato se sa velikim Fp smetnje i šumovi djelotvorno smanjuju. Fp veći što je Re veći. Zato se
umjesto Re stavlja tranzistor koji predstavlja strujni izvor kojem je dinamički otpor dosta veliki.
3

Download Report