L'amplificazione è un processo per aumentare la potenza del segnale aumentando l'ampiezza di un dato segnale senza modificarne le caratteristiche. Un amplificatore accoppiato RC è una parte di un amplificatore multistadio in cui diversi stadi di amplificatori sono collegati usando una combinazione di un resistore e un condensatore. Un circuito amplificatore è uno dei circuiti di base nell'elettronica.
Un amplificatore completamente basato sul transistor è fondamentalmente noto come amplificatore a transistor. Il segnale di ingresso può essere un segnale di corrente, un segnale di tensione o un segnale di alimentazione. Un amplificatore amplificherà il segnale senza modificarne le caratteristiche e l'uscita sarà una versione modificata del segnale in ingresso. Le applicazioni degli amplificatori sono di un'ampia gamma. Sono utilizzati principalmente in strumenti audio e video, comunicazioni, controller, ecc.
Amplificatore a emettitore comune a stadio singolo:
Di seguito è mostrato lo schema del circuito di un amplificatore a transistor a emettitore comune monostadio:
Amplificatore accoppiato RC a emettitore comune monostadio
Spiegazione del circuito
Un amplificatore accoppiato RC a emettitore comune monostadio è un circuito amplificatore semplice ed elementare. Lo scopo principale di questo circuito è la preamplificazione che è quella di rendere i segnali deboli abbastanza forti per un'ulteriore amplificazione. Se progettato correttamente, questo amplificatore accoppiato RC può fornire eccellenti caratteristiche di segnale.
Il condensatore Cin all'ingresso funge da filtro che viene utilizzato per bloccare la tensione CC e consentire solo la tensione CA al transistor. Se una qualsiasi tensione CC esterna raggiunge la base del transistor, altererà le condizioni di polarizzazione e influirà sulle prestazioni dell'amplificatore.
I resistori R1 e R2 vengono utilizzati per fornire una corretta polarizzazione al transistor bipolare. R1 e R2 formano una rete di polarizzazione che fornisce la tensione di base necessaria per pilotare la regione inattiva del transistor.
La regione tra il taglio e la regione di saturazione è nota come regione attiva. La regione in cui il funzionamento del transistore bipolare è completamente disattivato è nota come regione di taglio e la regione in cui il transistor è completamente attivato è nota come regione di saturazione.
I resistori Rc e Re sono usati per far cadere la tensione di Vcc. Il resistore Rc è un resistore del collettore e Re è un resistore dell'emettitore. Entrambi sono selezionati in modo tale che entrambi dovrebbero abbassare la tensione Vcc del 50% nel circuito sopra. Il condensatore dell'emettitore Ce e il resistore dell'emettitore ricrea il feedback negativo per rendere più stabile il funzionamento del circuito.
Amplificatore a emettitore comune a due stadi:
Il circuito sottostante rappresenta l'amplificatore a transistor di modalità emettitore comune a due stadi in cui il resistore R viene utilizzato come carico e il condensatore C viene utilizzato come elemento di accoppiamento tra i due stadi del circuito amplificatore.
Amplificatore accoppiato RC a emettitore comune a due stadi
Spiegazione del circuito:
Quando l'ingresso AC. il segnale viene applicato alla base del transistor dell'1ststadio dell'amplificatore accoppiato RC, dal generatore di funzioni, viene poi amplificato attraverso l'uscita del 1 ° stadio. Questa tensione amplificata viene applicata alla base dello stadio successivo dell'amplificatore, attraverso il condensatore di accoppiamento Cout dove viene ulteriormente amplificata e ricompare all'uscita del secondo stadio.
In questo modo le fasi successive amplificano il segnale e il guadagno complessivo viene portato al livello desiderato. È possibile ottenere un guadagno molto più elevato collegando più stadi dell'amplificatore in successione.
L'accoppiamento resistenza-capacità (RC) negli amplificatori è ampiamente utilizzato per collegare l'uscita del primo stadio all'ingresso (base) del secondo stadio e così via. Questo tipo di accoppiamento è molto diffuso perché è economico e fornisce un'amplificazione costante su un'ampia gamma di frequenze.
Transistor come amplificatori
Pur conoscendo diversi circuiti per amplificatori accoppiati RC, è importante conoscerli nozioni di base sui transistor come amplificatori. Le tre configurazioni dei transistor bipolari comunemente utilizzate sono transistor a base comune (CB), transistor a emettitore comune (CE) e transistor a collettore comune (CE). Oltre ai transistor, amplificatori operazionali può essere utilizzato anche per scopi di amplificazione.
- Emettitore comune La configurazione è comunemente usata nell'applicazione dell'amplificatore audio perché l'emettitore comune ha un guadagno positivo e anche maggiore dell'unità. In questa configurazione, l'emettitore è collegato a massa e ha un'elevata impedenza di ingresso. L'impedenza di uscita sarà media. La maggior parte di questi tipi di applicazioni di amplificatori a transistor sono comunemente usati in Comunicazione RF e comunicazioni in fibra ottica (OFC).
- La configurazione di base comune ha un guadagno inferiore all'unità. In questa configurazione il collettore è collegato a terra. Abbiamo una bassa impedenza di uscita e un'alta impedenza di ingresso nella configurazione di base comune.
- Collezionista comune la configurazione è anche nota come emettitore follower perché l'ingresso applicato all'emettitore comune appare sull'uscita del collettore comune. In questa configurazione il collettore è collegato a terra. Ha una bassa impedenza di uscita e un'alta impedenza di ingresso. Ha un guadagno quasi uguale all'unità.
Parametri di base di un amplificatore a transistor
Dobbiamo considerare le seguenti specifiche prima di scegliere l'amplificatore. Un buon amplificatore deve avere tutte le seguenti specifiche:
- Dovrebbe avere un'impedenza di ingresso elevata
- Dovrebbe avere un'elevata stabilità
- Deve avere un'elevata linearità
- Dovrebbe avere un guadagno e una larghezza di banda elevati
- Deve avere un'elevata efficienza
Larghezza di banda:
La gamma di frequenza che un circuito amplificatore può amplificare correttamente è nota come larghezza di banda di quel particolare amplificatore. La curva sottostante rappresenta il risposta in frequenza dell'amplificatore accoppiato RC monostadio.
R C Risposta in frequenza accoppiata
La curva che rappresenta la variazione del guadagno di un amplificatore con la frequenza è chiamata curva di risposta in frequenza. La larghezza di banda viene misurata tra la metà inferiore e la metà superiore dei punti di potenza. Il punto P1 è rispettivamente la metà inferiore della potenza e P2 è la metà superiore della potenza. Un buon amplificatore audio deve avere una larghezza di banda compresa tra 20 Hz e 20 kHz perché quella è la gamma di frequenze che è udibile.
Guadagno:
Il guadagno di un amplificatore è definito come il rapporto tra la potenza di uscita e la potenza di ingresso. Il guadagno può essere espresso in decibel (dB) o in numeri. Il guadagno rappresenta quanto un amplificatore è in grado di amplificare un segnale datogli.
L'equazione seguente rappresenta un aumento di numero:
G = Pout / Pin
Dove Pout è la potenza di uscita di un amplificatore
Il pin è la potenza di ingresso di un amplificatore
L'equazione seguente rappresenta un guadagno in decibel (DB):
Guadagno in DB = 10log (Pout / Pin)
Il guadagno può anche essere espresso in tensione e corrente. Il guadagno di tensione è il rapporto tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso e il guadagno di corrente è il rapporto tra la corrente di uscita e la corrente di ingresso. Di seguito è mostrata l'equazione per il guadagno in tensione e corrente
Guadagno di tensione = tensione di uscita / tensione di ingresso
Guadagno di corrente = corrente di uscita / corrente di ingresso
Impedenza di ingresso elevata:
L'impedenza di ingresso è l'impedenza offerta da un circuito amplificatore quando è collegato alla sorgente di tensione. L'amplificatore a transistor deve avere un'impedenza di ingresso elevata per evitare che carichi la sorgente di tensione in ingresso. Quindi questa è la ragione per avere un'alta impedenza nell'amplificatore.
Rumore:
Il rumore si riferisce a fluttuazioni o frequenze indesiderate presenti in un segnale. Può essere dovuto all'interazione tra due o più segnali presenti in un sistema, guasti ai componenti, difetti di progettazione, interferenze esterne o forse in virtù di alcuni componenti utilizzati nel circuito dell'amplificatore.
Linearità:
Si dice che un amplificatore sia lineare se esiste una relazione lineare tra la potenza di ingresso e la potenza di uscita. La linearità rappresenta la piattezza del guadagno. Praticamente non è possibile ottenere il 100% di linearità poiché gli amplificatori utilizzano dispositivi attivi come BJT, JFET o MOSFET, che tendono a perdere guadagno alle alte frequenze a causa della capacità parassita interna. Inoltre, i condensatori di disaccoppiamento CC in ingresso impostano una frequenza di taglio inferiore.
Efficienza:
L'efficienza di un amplificatore rappresenta il modo in cui un amplificatore può utilizzare l'alimentatore in modo efficiente. E misura anche quanta potenza dall'alimentatore viene convertita in modo redditizio in uscita.
L'efficienza è solitamente espressa in percentuale e l'equazione per l'efficienza è data come (Pout / Ps) x 100. Dove Pout è la potenza in uscita e Ps è la potenza assorbita dall'alimentatore.
Un amplificatore a transistor di Classe A ha un'efficienza del 25% e fornisce un'eccellente riproduzione del segnale ma l'efficienza è molto bassa. L'amplificatore di classe C ha un'efficienza fino al 90%, ma la riproduzione del segnale è scadente. La classe AB si trova tra gli amplificatori di classe A e di classe C, quindi è comunemente usata in amplificatore audio applicazioni. Questo amplificatore ha un'efficienza fino al 55%.
Velocità di rotazione:
La velocità di variazione di un amplificatore è la velocità massima di variazione dell'uscita per unità di tempo. Rappresenta la velocità con cui l'uscita di un amplificatore può essere modificata in risposta al cambiamento nell'ingresso.
Stabilità:
La stabilità è la capacità di un amplificatore di resistere alle oscillazioni. Di solito, si verificano problemi di stabilità durante le operazioni ad alta frequenza, vicino a 20 kHz in caso di amplificatori audio. Le oscillazioni possono essere di ampiezza alta o bassa.
Spero che questo argomento fondamentale ma importante di progetti elettronici è stato coperto con ampie informazioni. Ecco una semplice domanda per te: per quale scopo viene utilizzata una configurazione comune del collettore e perché?
Dai le tue risposte nella sezione commenti qui sotto.
