Circuite de cuplaj la frecvente inalte

Circuite de cuplaj la frecvente inalte

Circuitul din fig.2.18 contine urmatoarele parti:

a) este o sursa de tensiune, ca in exemplul precedent, dar acum cu o capacitate efectiva C_o intre terminalele sale. Aceasta poate fi suma capacitatilor interne si capacitatile parazite ale firelor si componentelor in circuitul de iesire al sursei.

b) este linia de legatura (de jonctiune) dintre sursa si sarcina. Aceasta este prezentata cu firul inferior la pamant; firul superior are capacitatea C_s1, iar la firul inferior avem in plus si capacitatea parazita C_s2 in raport cu toate obiectele impamantate inconjuratoare. Aceste capacitati pot fi reduse, plasand firele departe de obiectele impamantate. In plus daca nivelul de semnal este mic, firele de semnal pot fi ecranate pentru a preveni influentele electrostatice. Astfel linia poate fi un cablu coaxial si C_s poate fi de ordinul catorva zeci de picofarazi, pentru fiecare metru de lungime a liniei de legatura dintre 'sursa' si 'sarcina'.

c) este sarcina care poate avea unele capacitati C_i intre terminalele de intrare precum si o cale rezistiva de intrare R₂.

Daca combinam toate capacitatile intr-o singura componenta C₂ unde:             

C₂ = C_o + C_s + C_i                       (2.16)

atunci circuitul echivalent este prezentat in fig.2.19. Pentru a lega v₁ cu v₂ in acest circuit, putem scrie curentul care trece spre dreapta prin R₁ ca (v₁-v₂)/R₁, curentul coboara prin R₂ ca v₂/R₂ si prin C₂ ca v₂jC₂. Atunci, daca nu avem alti curenti ramificati in punctul X:

(v₁-v₂)/R₁= v₂/R₂ + v₂jC₂       (2.17)

De notat ca fiecare termen al acestei expresii este adimensional; numaratorul este B - castigul circuitului la mijloc de banda. Intrucat pulsatia are unitatea s^-1:

C₂R₁R₂ / (R₁+R₂)

va avea unitatea 's' (sec.) si va fi constanta de timp ₂. De notat de asemenea ca produsul CR este capacitatea de suntare totala, multiplicata prin valoarea paralela a rezistentelor celor doua circuite.

REFERAT: Ce sa faceti inainte de inundatie? REFERAT: Executarea si receptionarea ancorajelor metalice tip inel-con si dorn

Dorim sa aflam cum variaza expresia castigului in functie de pulsatia si din nou vom considera aceasta in trei regiuni.

a) Frecventa este joasa, astfel in numitorul expresiei face partea complexa mult mai mica decat unitatea. Astfel:

Castigul = v_­2/v₁ R₂ / (R₁+R₂) = B

Castigul este real, astfel ca nu vom avea o schimbare de faza asociata castigului circuitului la frecvente joase. Aceasta situatie este reprezentata in fig.2.21 ca regiunea (a).

b) La o pulsatie ₂, cand partea imaginara a numitorului este 'unitara',

(2.18)

atunci expresia pentru castig devine:

Fig.2.20 prezinta trecerea de la coordonate carteziene la coordonate polare.

La o pulsatie particulara ₂, pulsatia de taiere (rupere, intoarcere) superioara, castigul cade cu 70,7% din valoarea sa la frecvente joase, iar modificarea de faza este astfel ca iesirea ramane in urma fata de intrare cu 45. Aceasta se poate vedea scriind expresia pentru castig ca  v₂ = 0,707 Bv₁ - 45, relatie care este reprezentata grafic in fig.2.21, ca regiune (b).

c) La frecvente foarte mari, mult peste pulsatia de taiere ₂, unde partea complexa a numitorului expresiei este egala cu unitatea,

jC₂R₁R₂/(R₁+R₂) >> 1

si folosind                   C₂R₁R₂/(R₁+R₂) = 1/₂

in ecuatia (2.17), castigul va fi:

(2.19)

Aceasta este regiunea (c) in fig.2.21. La frecvente care devin mult mai mari ca ₂, sa zicem 10₂ sau 100₂, castigul devine 0,1B sau 0,01B si schimbarea de faza este de aproape 90 (iesirea ramane in urma fata de intrare).

Aceasta reprezentare a castigului intr-o scara logaritmica (sau in dB - decibeli) si a 'castigului' in functie de logaritmul frecventei este o reprezentare Bode. Fig.2.21 reprezinta caracteristica in cazul unui circuit a carui castig cade la frecvente mai inalte ca ₂, din cauza capacitatilor de suntare (parazite) C₂, si la frecvente joase, sub ₁, din cauza capacitatilor de cuplaj.

Presupunand ca ₁ si ₂ sunt la cateva ordine de marime distanta, putem calcula separat efectele capacitatilor de cuplaj si a capacitatilor de suntare.

De exemplu intr-un amplificator normal condensatorul de cuplaj la iesire poate fi de cativa F si capacitatea parazita, cateva sute de pF. Intrucat acestea sunt separate printr-un factor de 10⁴, cele doua efecte ce decurg din ele sunt adesea ambele imperceptibile la orice frecventa.

Raspunsul in frecventa este prezentat clar in fig.2.21. Circuitul are un castig aproape constant B, in regiunea cuprinsa intre ₁ si ₂. La fiecare dintre aceste frecvente particulare, castigul in tensiune cade cu 0,707B (sau cu 1/2 din normal).

Daca consideram puterea de iesire: p₂ ~ (v₂)²

si aceasta cade la jumatate din valoarea sa normala, atunci pulsatiile ₁ si ₂ sunt numite 'pulsatii de semi-putere' si '₂-₁' este 'largimea de banda de semi-putere'.

Conditiile la frecventele de 'jumatate de putere' pot fi scrise pe o alta cale mai usor de memorat. La pulsatia joasa de taiere ₁, relatia (2.12) da:

₁C₁(R₁+R₂)=1 sau 1/(₁C₁)=R₁+R₂                          (2.20)

astfel ca impedanta 'serie' a unui condensator, este egala cu efectul 'serie' al rezistentelor R₁ si R₂.

La pulsatia de taiere superioara ₂, relatia (2.18) da:

₂C₂R₁R₂/(R₁+R₂)=1  sau 1/(₂C₂)=R₁R₂/(R₁+R₂)

astfel 'impedanta capacitatilor de suntare' este egala cu efectul 'paralel' al rezistentelor R₁ si R₂.

In final sa ne uitam la felul in care raspunsul unui amplificator va fi afectat de circuitul de cuplaj in serie cu acesta.

Fig.2.22 prezinta castigul amplificatorului (a) si cel al unui circuit de cuplaj (b). Daca castigurile sunt in dB, atunci acestea sunt adunate pentru a da (c), castigul intregului circuit; ₂ este pulsatia de taiere a circuitului de cuplaj, iar ₃ este pulsatia de taiere a amplificatorului singur.

Astfel vom avea ca efect o atenuare de 6dB/octava intre ₂ si ₃ si o atenuare de 12dB/octava pentru frecvente mai mari de ₃. De asemenea, daca amplificarea (castigul) la mijloc de banda este A (dB) pentru un amplificator si B (dB) pentru circuitul de cuplaj, circuitul compus din amplificator si cuplaj va avea un castig (A+B), tot in decibeli. Fig. 2.22 prezinta nivelul (A+B) sub valoarea lui A intrucat circuitul de cuplaj are un efect de 'atenuare'.