1
III.1 Pojęcia ogólne
General description
III-2 Wzmacniacze tranzystorowa Transistor amplifiers
III-3 Wzmacniacze operacyjne Operational amplifiers
III-4 Komparatory Comparators
III-5 Wzmacniacze mocy Power amplifiers
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
Rozdział III Wzmacniacze
Chapter III Amplifiers
2
Rozdział III-1 Wzmacniacze, pojęcia ogólne
Chapter III-1 General description
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
3
Opis ogolny
General description
- Wzmacniacz jest czwórnikiem
Amplifier can be presented as a four -pole
R
e
G
v
v
e
R
s
V
s
V
e
i
e
i
s
•Symbole symbols i V… prądy i napięcia zwykle maja postać sygnałów harmonicznych
currents and tensions are often takes as harmonic signals
•Również , i
e,s
et V
e,s
….. Mogą oznaczać: They can also represtent
- sygnały w funkcji czasu time domain sygnals
V(t), i(t
)
- Amplitudy aamplitudes
V
m,
,I
m
•jeśli pomija się fazę , V , i mogą oznaczać wartości skuteczne
If phase is neglected they can indicate also rms value:
T
RMS
dt
t
v
T
V
0
2
)]
(
[
1
T
RMS
dt
t
i
T
I
0
2
)]
(
[
1
)
(
)
(
t
j
m
e
V
t
V
)
(
)
(
t
j
m
e
I
t
i
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
4
R
e
G
v
v
e
R
s
v
s
v
e
i
e
i
s
-Wzmocnienie napięciowe
Tension gain
-
-Oporność wejściowa
Input resitivity
-Oporność wyjściowa
-Output resistivity
e
V
V
G
s
v
v
dB
v
G
G
10
log
20
0
s
i
e
e
e
i
V
R
0
e
V
s
s
s
i
V
R
Wzmocnienie pradowe
Current gain
e
i
i
G
s
i
i
dB
i
G
G
10
log
20
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
Podstawowe parametry basic parameters
5
Jesli uwzglednic uklady zewnetrzne If external devices are taken into account
Z
e
G
v
v
e
Z
s
v
e
i
e
i
s
v
s
R
i
R
L
v
g
Opornosc
obciazenia
Oprnosc
wewnetrznaa
zrodla sygnalu
Wzmocnienie mocy Power gain :
e
s
p
P
P
G
L
e
V
v
i
eff
e
eff
e
eff
s
eff
s
p
L
eff
s
eff
s
eff
s
s
e
eff
e
eff
e
eff
e
e
R
R
G
G
G
xV
i
xV
i
G
R
V
xV
i
P
R
V
xV
i
P
2
P
dB
P
G
G
10
log
10
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-1 Amplifier General
decription
Polaczenie wzmacniacza ze źródłem i obciążeniem
Amplifier connected to a source of signal and charged by a load
V
2
I
1
V
1
Z
e
Z
g
E
g
G
1
(j)
Z
s
V
1
G
1
I
2
Z
L
g
e
e
g
e
Z
Z
Z
Z
Z
1
1
L
s
L
e
g
e
g
Z
Z
Z
x
j
xG
Z
Z
Z
j
E
V
j
G
1
2
1
'
•Maksimum wzmocnienia napieciowego
Maximum gain conditions
s
L
L
s
L
Z
Z
Z
Z
Z
1
Zdrodlo => impedancja wewnetrzna jak najmniejsza (Zg=0)
Source => internal resistivity as small as possible (Zg=0)
Load=> as great as possible Z
L
= ∞
Obciążenie = impedancja duża Z
L
= ∞
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-1 Amplifier General
decription
6
7
)
( f
G
f
G
0
B = Pasmo przenoszenia= f
H
- f
B
f
B
f
H
f
G
G
max
0
-3dB
)
)
(
)
(
)
(
)
(
j
e
s
e
j
G
j
V
j
V
j
G
Charakterystyka czestotliwosciowa, transmitancja
Frequency response, transmitance
2
0
G
- Or in dB .
)
(
log
20
)
(
10
f
G
f
G
dB
dB
f
G
)
(
f
20logG
0
f
B
f
H
Każdy wzmacniacz jest faktycznie filtrem!
Each amplifier acts as a filter !
f
o
,
1
,
1
o
o
f
B
f
B
f
o
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
Wzmacniacz serokopasmowy
Wideband amplifier
Wzmacniacz waskopaslowy
Narrow band amplifier
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-1 Amplifier General
decription
8
Szum i stosunek sygnal/szum
Noise ans signal to noise ratio
eff
eff
dB
dB
eff
eff
n
U
Log
N
S
Log
SNR
N
S
Log
SNR
R
n
R
U
N
S
SNR
10
10
10
2
2
20
20
10
/
/
N
S
P
P
SNR
noise
signal
SNR : Signal to Noise Ratio
- 2 0
- 1 5
- 1 0
- 5
0
5
1 0
1 5
2 0
s
i g n a l o r i g i n a l
s
i g n a l f i l t r é
SNR=2
SNR=0.25
SNR=20
SNR=
R => SNR
s(t)
n(t)
9
Wspolczynnik szumu (Noise Factor)
- moc szumu termicznego N power N of thermal noise :
TRB
k
N
B
4
- B = pasmo bandwidth (Hz);
- k
B
= stała constant Boltzman’a = 1.38 10
-23
J/K;
- T = temperatura temperature (°K).
output
input
N
S
N
S
F
S/N stosunek sygnalu do szumu
-
Każdy wzmacniacz « dodaje « swój szum Each amplifier adds his own « noise
-
By ocenic ile szumu dodaje wzmacniacz definiuje się współczynnik szumu F :
-
In order to appreciate how much of nois does an amplifier add, the noise factor F is introduced
?
F
F
dB
10
log
10
si F > 1
F=1
Wzmacniacz dodaje szum
Apmlifier adds its noise F>0 dB
Wzmacniacz idealny F=0 dB
Perfect amplifier
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
10
-Współczynnik szumu kaskady wzmacniaczy
Noise factor of the cascade of amplifiers:
-
Wzor Friis’a
-
Frit’s formula :
...
1
1
2
1
3
1
2
1
G
G
F
G
F
F
F
total
F
1
, G
1
F
2
, G
2
F
3
, G
3
…
F
total
zależy głownie od jakości pierwszego stopnia => LNA
Deponds mostly of the F of the first stage
F
total
we look for => F
1
small and G
1
high
.
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
11
Charakterystyka wejście/ wyjscie
Input output caracteristic
Jeśli G
v
=f(V
e
) = const
If G
v
=f(V
e
) = const
v
e
s
G
V
V
V
e
V
s
Strefa liniowa
Linear zone
Wzmacniacz liniowy
Linear amplifier
)
(
e
v
e
s
V
G
V
V
)
(
e
V
f
G
Wzmacniacz nieliniowy
Nonlineart amplifier
Nieliniowosc
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
Jeśli G
v
=f(V
e
) ≠ const
If G
v
=f(V
e
) ≠ const
12
Dynamika Dynamics
V
e
V
s
bruit
V
s min
V
s max
)
(
log
20
10
min
max
min
max
D
D
V
V
V
V
D
dB
e
e
s
s
V
e min
V
e max
D
D
sygnal
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
Zawsze powinno
We should always observe:
13
Dynamics
V
e
V
s
Noise level
V
s min
V
s max
)
(
log
20
10
min
max
min
max
D
D
V
V
V
V
D
dB
e
e
s
s
V
e min
V
e max
D
D
sygnal
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
We should always observe:
14
r
e
v
v
G
v
s
+
-
G
v
s
v
e
v
r
s
r
βv
v
Si G =>∞ Vs/Ve=1/.
Sprzężenie zwrotne Feedback
β
1
Dodatnie positif :
2 rodzaje
2 Types :
Ujemne Negatif:
βG
1
G
v
v
e
s
r
e
v
v
G
v
s
s
r
βv
v
βG
1
G
v
v
e
s
Si bA ≈ 0 wzmacniacz traci stabilność
amplifier looses its stability
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
15
+
-
G
v
s
v
e
v
r
-
Oporność wejściowa rośnie
-
input restivity increases:
e
e
e
Z
βG
1
Z
'
Z
s
s
s
Z
βG
1
Z
'
Z
-
Oporność wyjściowa maleje
-
Output resistvity decreases:
Wszystkie wzmacniacze o duzym wzmocnieniu G pracuja ze
sprzężeniem ujemnym
All amplifier wit high G use the negatif feedback
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-1 Amplifier General decription
β
1
βG
1
G
v
v
e
s
- Wzmocnienie się stabilizuje (gain becomes stable: