POJAČAVAČI

Cilj predavanja: Upoznavanje sa funkcijom, osnovnim karakteristikama i

primenom pojačavača. Analiza kola sa idealnim operacionim pojačavačem.

Uvod u elektroniku 13Е041UE

Šta je pojačavač? • Elektronsko kolo (sistem) koje pojačava

električni signal

Grafički simbol za pojačavač

Česta konfiguracija - pojačavač kod koga su jedan ulazni i jedan izlazni priključak zajednički i najčešće povezan na tačku sa nultim potencijalom (masa, uzemljenje)

Ulaz Izlaz

2

Povezivanje pojačavača

• Izvor signala (source) se povezuje na ulaz pojačavača

– Element ili uređaj koji generiše signal (mikrofon, senzor temperature, senzor pritiska...), generator električnih signala, izlaz drugog električnog kola...

• Potrošač (load) se povezuje na izlaz pojačavača

– Komponenta ili uređaj koji prima i koristi pojačan signal (zvučnik, antena, ulaz drugog električnog kola,...)

3

Osnovne karakteristike pojačavača

4

Pojačavač vu(t) vi(t)

+ +

iu(t) ii(t)

U

Iv

v

vA

u

iv

v

vA

Naponsko pojačanje pojačavača definisano je odnosom promena napona

na izlazu i napona na ulazu

ili odnosom malih promenljivih signala na izlazu i ulazu

Ako je veza izlaznog i ulaznog napona linearna, tj. ako je Av konstanta,

pojačavač je linearan.

u

ii

i

iA

Kod pojačavača se definiše i strujno pojačanje Ai i pojačanje snage Ap

u

ip

p

pA

5

Osnovne karakteristike pojačavača, nastavak

Pojačavač

iu

Ulazna otpornost

Rp

potrošač

vu

generator

signala

+

u

uu

i

vR

Izlazna otpornost

t

ti

i

vR

Pojačavač

it

+

vt

izvor signala –

test generator

Ekvivalentno kolo pojačavača

6

iiiu

vu

+

-

RuviAv0vu

+

-

Ri

Ru – ulazna otpornost, otpornost koja se “vidi” kada se gleda u ulaz

Ri – izlazna otpornost, otpornost koju “vidi” potrošač

Avo – naponsko pojačanje otvorenog kola (pojačanje bez potrošača)

U elektronici se pojedine elektronske komponente i kola, kao što je npr. pojačavač,

predstavljaju modelom (ekvivalentnim kolom) kako bi se olakšala analiza i proračun.

Ekvivalentno kolo zadržava sve karakteristike elektronske komponente ili kola na koje

se odnosi.

Ekvivalento kolo pojačavača Zavisni naponski

izvor; ne može se

uklanjati iz kola.

Pojačanje realnog i idealnog pojačavača

7

Pojačanje kada se na ulaz poveže realan naponski izvor signala i na izlaz

poveže potrošač

Pojačanje kada je izvor signala idealan i kada na izlaz nije povezan potrošač

(otvoreno kolo)

u

ivov

v

vAA

vg RP vi

iu ii

+

-

Rg

vg RP vi

iu ii

+

-

Rg

Avovu

Ri

vu

+

-

Ru

vu

+

-

ggu

uu v

RR

Rv

uv

iP

Pi vA

RR

Rv 0

0v

iP

P

gu

u

g

iv A

RR

R

RR

R

v

vA

Ako je pojačavač idealan (Ru

beskonačno veliko i Ri=0) onda je

0v

g

iv A

v

vA

Za napajanje pojačavača se koristi jednosmerni izvor napajanja jednog ili oba polariteta.

Energija signala se povećava jer pojačavač crpi energiju iz jednosmernog izvora napajanja.

Izvor napajanja oba polariteta (dve baterije)

Za napajanje se koristi jedna baterija (ili izvor napajanja jednog polariteta)

8

vu vi vu

vi

Amplituda signala na izlazu pojačavača ne može biti veća od VCC niti manja od –VEE .

Kada amplituda signala na izlazu dostigne maksimalnu ili minimalnu moguću vrednost

kaže se da je pojačavač ušao u zasićenje i on više ne radi kao pojačavač!.

Napajanje pojačavača

Realizacija pojačavača

• Pojačavači realizovani pomoću

diskretnih komponenti

(tranzistora, otpornika, kondenzatora...)

• Integrisani pojačavači

pojačavači integrisani u jednom u čipu (integrisanom kolu)

9

Operacioni pojačavač • Najvažniji element u analognoj obradi signala

• Sastoji se od nekoliko pojačavačkih stepena povezanih na red (kaskadno). Ovi pojačavački stepeni realizovani su pomoću tranzistora.

• Dobar operacioni pojačavač ima veoma veliko naponsko pojačanje, veliku ulaznu i malu izlaznu otpornost.

• Operacioni pojačavači se proizvode isključivo tehnikom integrisanana kola, vrlo su pouzdani i imaju nisku cenu.

Grafički simbol za operacioni pojačavač

10

- invertujući ulaz

+ neinvertujući ulaz

Idealni operacioni pojačavač

11

Idealni operacioni pojačavač ima:

- beskonačno veliko pojačanje A=∞

- beskonačno veliku ulaznu otpornost Ru= ∞

- izlaznu otpornost jednaku 0, Ri=0,

- beskonačno veliki faktor potiskivanja signala srednje vrednosti, = ∞ *

*) Signal srednje vrednosti vS=(v1+v2)/2

Ako je A=∞, onda je

Iz čega sledi:

v1=v2

021 A

vvv I

Ako je Ru= ∞, onda je

i1=i2 = 0

vI

12

Kola sa operacionim pojačavačima

Invertujući pojačavač

vi

+

_

R2

R1

vuvi

+

_

R2

R1

Virtuelna

masa, 0 V

i=0i1

i2

vu

v2

v1

111

21

0

R

v

R

v

R

vvi uuu

1

2122 0R

vRiRvv u

i

1

2

R

R

v

vA

u

i

v

Naponsko pojačanje

vi vu

1Ri

vR

u

uu

10iR

invertujući pojačavač!

13

Kola sa operacionim pojačavačima, nastavak

Neinvertujući pojačavač

Naponsko pojačanje

0iR

11

1

0

R

v

R

vi uu

1

212R

vRviRvv u

uui

1

21R

R

v

vA

u

i

v

vi

+

_

R2

R1 i-=0i1

i2

vu

vu

u

R

Ulazna i izlazna otpornost

14

Kola sa operacionim pojačavačima, nastavak

Jedinični bafer

Naponsko pojačanje

1u

iv

v

vA

u

R

vi=vu

+

_vu

Neinvertujući pojačavač sa jediničnim

pojačanjem.

Koristi se kao razdvojni stepen, kada se

povezuje izvor koji ima veliku izlaznu

otpornost na ulaz pojačavača male

otpornosti, da ne bi došlo do slabljenja

signala. Ponaša se kao transformator

otpornosti.

0iR

Ulazna i izlazna otpornost

15

Kola sa operacionim pojačavačima, nastavak

Sabirač

vi

+

_

RfR1

0 V

i-=0

i1 iv1

v2

R2i2

Rninvn

n

nn

R

vi

R

vi

R

vi ,...,,

2

22

1

11

niiii ...21

ffIiRiRv 0

n

n

fff

Iv

R

Rv

R

Rv

R

Rv ...

2

2

1

1

Faktor skaliranja Rf/Ri (i=1, 2,..., n) može se nezavisno podesiti za svaki

ulaz izborom odgovarajućih vrednosti otpornosti R1, R2,..., Rn.

16

Kola sa operacionim pojačavačima, nastavak

Diferencijator

vi

+

_

R

C

vu

+

_

i

dt

tdvCti u

C

)()(

)()( tRitv Ci

dt

tdvRCtv u

i

)()(

Analiza kola

Napon na izlazu

17

Kola sa operacionim pojačavačima, nastavak

Integrator

vi

+

_

R

C

vu

+

_

ivc+

_R

tvti u

)()(

t

cc vdiC

tv0

)0()(1

)(

Struja i teče i kroz C te je

t

ccivdi

Ctvtv

0

)0()(1

)()(

t

cuivdv

RCtv

0

)0()(1

)(

Ako je napon na kondenzatoru u početnom trenutku bio jednak nuli, vc(0)=0,

onda je napon na izlazu integratora

.

t

ui dvRC

tv0

)(1

)(

18

Kola sa operacionim pojačavačima, nastavak

Diferencijalni pojačavač

vi

+

_

R1

v2

R2

R3

v1

R4

iu

Diferencijalni pojačavač pojačava samo razliku signala 21 vvvd

di vR

Rv

1

2

Primenom principa superpozicije na

kolo sa slike, uz uslov

1

2

3

4

R

R

R

R

lako se pokazuje da je

Diferencijalni pojačavač potiskuje (slabi) signal srednje vrednosti 2

21 vvvs

Primeri primene pojačavača

19

Pojačavač za kablovsku TV

Audio pojačavač

Pojačavači u predajnicima

bazne stanice

mobilne telefonije