ΑΝΑΛΤΖ ΔΝΗΥΤΣΟΤ ΣΡΑΝΕΗΣΟΡ ΓΗΑ ΑΘΔΝΖ ΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΣΗ ΥΑΜΖΛΔ ΤΥΝΟΣΖΣΔ ΜΔ ΣΖ ΒΟΖΘΔΗΑ ΣΟΤ ΤΒΡΗΓΗΚΟΤ ΠΡΟΣΤΠΟΤ (Τ.Π)

Transcript

1 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 ΑΝΑΛΤΖ ΔΝΗΥΤΣΟΤ ΣΡΑΝΕΗΣΟΡ ΓΗΑ ΑΘΔΝΖ ΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΣΗ ΥΑΜΖΛΔ ΤΥΝΟΣΖΣΔ ΜΔ ΣΖ ΒΟΖΘΔΗΑ ΣΟΤ ΤΒΡΗΓΗΚΟΤ ΠΡΟΣΤΠΟΤ (Τ.Π) 5. Ανάπηςξε ηος ΤΒΡΗΓΗΚΟΤ ΠΡΟΣΤΠΟΤ ( Τ.Π) Γηα ηελ αλάιπζε ηνπ παξαθάησ θεθαιαίνπ ζα ππνζέζνπκε όηη ηα αλάζηξνθα ξεύκαηα θόξνπ O, O, EO είλαη ακειεηέα. Τπελζπκίδνληαη νη παξαθάησ παξάκεηξνη: FE πνπ είλαη ην θέξδνο ξεύκαηνο D. Γηα D πνζόηεηεο ηα κεγέζε θαη νη δείθηεο παξίζηαληαη κε θεθαιαία ζύκβνια. πνπ είλαη ην θέξδνο ξεύκαηνο. Γηα Α πνζόηεηεο (ή κηθξέο κεηαβνιέο D πνζνηήησλ) ηα κεγέζε θαη νη δείθηεο παξίζηαληαη κε πεδά ζύκβνια. Τπελζπκίδεηαη επίζεο όηη ε παξάκεηξνο β ηνπ ηξαλδίζηνξ δίλεηαη από ηε ζρέζε δίλεηαη αιιηώο, ζα ππνζέζνπκε όηη FE. Όηαλ δελ. Σα κεγέζε απηά γηα επξεία κεηαβνιή ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο ηάζεο E δελ δηαθέξνπλ πάλσ από ην 0% ηεο ηηκήο ηνπο όπσο θαίλεηαη θαη ζηελ αλάιπζε ηνπ ζρήκαηνο 5.. σήμα 5. Oη ραξαθηεξηζηηθέο ελόο δηπνιηθνύ ηξαλδίζηνξ ΒJΣ ηύπνπ ΝΡΝ, όπσο απηό ηνπ ζρήκαηνο 5.(α), θαίλνληαη ζην ζρήκα 5. (β) θαη 5. (γ). (α) (β) (γ)

2 σήμα 5. Όπνπ ε ηάζε Early (π.ρ. 00v) E T E 0 ( ) (5.3) E T (5.4) 0 KT T T 6m γηα Σ=300 K q.600 K εκείσζε: Όιεο νη ζρέζεηο αθνξνύλ ζηελ ελεξγό πεξηνρή. 5. Ανάπηςξε ηος Τβπιδικού Πποηύπος (Τ.Π). Θεσξνύκε ην δηπνιηθό ηξαλδίζηνξ ηνπ ζρήκαηνο 5.α, κε ηηο πνιώζεηο κεηαμύ βάζεο εθπνκπνύ E θαη ζπιιέθηε εθπνκπνύ E. ηελ αξρή, δηαηεξώληαο ηε ηάζε E ζηαζεξή, κεηαβάιινπκε ηελ E πξνζζέηνληαο έλα αζζελέο ζήκα θαη παξαηεξνύκε ηηο κεηαβνιέο ησλ ξεπκάησλ Ι Β θαη Ι θαηά θαη αληίζηνηρα. ηε ζπλέρεηα δηαηεξνύκε ηελ E ζηαζεξή θαη κεηαβάιινπκε ηελ E πξνζζέηνληαο έλα αζζελέο ζήκα θαη παξαηεξνύκε ηηο κεηαβνιέο ησλ ξεπκάησλ Ι Β θαη Ι θαηά θαη αληίζηνηρα, όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 5.3. E E E E E E σήμα 5.3 Από ηηο κεηαβνιέο,, θαη ιακβάλνληαη νη εμήο παξάκεηξνη: E r (5.5) Η ζρέζε 5.5 είλαη ε αληίζηαζε εηζόδνπ ηνπ δίζπξνπ. E Η ζρέζε 5.6 είλαη ε δηαγσγηκόηεηα ηνπ δίζπξνπ. g (5.6) m

3 E (5.7) Η ζρέζε 5.7 είλαη ην θέξδνο ξεύκαηνο αζζελνύο ζήκαηνο ηνπ δίζπξνπ. Δάλ δελ καο δίλεηαη αιιηώο, ζα ππνζέηνπκε όηη όπσο πξναλαθέξζεθε. FE E r (5.8) r 0 Η ζρέζε 5.8 είλαη ε αληίζηαζε εμόδνπ ηνπ δίζπξνπ. πλήζσο έρεη πνιύ κεγάιε ηηκή θαη ζηηο πεξηζζόηεξεο πεξηπηώζεηο αγλνείηαη. Η πνζόηεηα E είλαη πνιύ κηθξήο ηηκήο θαη αγλνείηαη. Δθθξάδνληαο ην νιηθό δηαθνξηθό ησλ ξεπκάησλ θαη, γύξσ από ηηο ηάζεηο εξεκίαο E θαη E, θαηαιήγνπκε ζηηο παξαθάησ ζρέζεηο: (5.9) E E E E (5.0) E E E E + + E E σήμα 5.4 Άξα: gm (5.) r (5.) r Οη παξαπάλσ δύν ζρέζεηο κεηαμύ αζζελώλ ζεκάησλ ζηηο ρακειέο ζπρλόηεηεο (αθνπζηηθέο) κπνξνύλ λα παξαζηαζνύλ από ην εμήο (ζρήκα 5.5) πνπ ιέγεηαη θαη πβξηδηθό-π κνληέιν.

4 σήμα 5.5. Τβπιδικό π μονηέλο Τπολογιζμόρ ζηοισείων ηος ςβπιδικού-π μονηέλος Από ηηο ζρέζεηο (5.6), (5.4) Από ηηο ζρέζεηο (5.8), (5.3) Σέινο από ηηο (5.5), (5.6) θαη (5.7) r gm (5.3) T r (5.4) r r (5.5) g Γηα απινύο ππνινγηζκνύο ζε ρακειέο ζπρλόηεηεο, ην κόλν πνπ ρξεηάδεηαη λα μέξνπκε είλαη: Σν Σελ ηάζε Early Σελ ζεξκνθξαζία Σ Σν ξεύκα πόισζεο Ι Από απηά βγαίλνπλ ηα g m, r θαη r. m 5.3 Πόλωζε Σπανδίζηοπ Γηα λα θξαηεζεί ην O ζηελ αληίζηνηρε ηηκή, πξέπεη ην λα είλαη ζηαζεξό ( αθνύ =-), ζρήκα 5.6. Με ηε ζπγθεθξηκέλε πόισζε δειαδή ηελ ηάζε, θαη, βξίζθνπκε ην ζεκείν εξεκίαο, ή ζεκείν ιεηηνπξγίαο Q όπσο ζηα ζρήκαηα 5.6 θαη 5.7. Γηα ηελ θαιύηεξε εθκεηάιιεπζε ηνπ θπθιώκαηνο ην θαηαιιειόηεξν ζεκείν είλαη ην Q (ζρήκα 5.7). Σχήμα 5.6 Σχήμα 5.7 Παξαθάησ εμεηάδνπκε δηάθνξνπο ηξόπνπο πόισζεο.. Με ζηαζεξό E :

5 Σχήμα 5.8 Σχήμα 5.9 Σν Q είλαη πνιύ αζηαζέο. Πξαθηηθά άρξεζην θύθισκα.. Με ζηαζεξό : Σχήμα 5.0 E (Μεηαβάιιεηαη πνιύ ιόγσ θαηαζθεπαζηηθώλ δηαθνξώλ ή αιιαγώλ ζεξκνθξαζίαο). Καιύηεξν θύθισκα από ην πξνεγνύκελν αιιά όρη ηθαλνπνηεηηθό. 3. Με ζηαζεξό Ι Δ : Δθαξκόδνληαο ην ζεώξεκα Tvnn ζηα ζεκεία Β Ν ην θύθισκα πνιώζεσο ηνπ ζρ.5.. κεηαζρεκαηίδεηαη ζην θύθισκα ηνπ ζρ.5.. Σχήμα 5. Σχήμα 5. Σχήμα 5.3 Όπνπ θαη Αλ Ι,Ι >>ΙΒ ακειώληαο ην Ι Β, ζα έρνπκε: E E E ό

6 Άξα ό (ζρήκα 5.3). E ΠΑΡΑΓΔΗΓΜΑΣΑ Σχήμα 5.4 εκείσζε: πκβνιηζκνί: =r, =g m. Δπεηδή ζπλήζσο ε είλαη πνιύ κεγάιε, ε r έρεη πνιύ κεγάιε ηηκή (ακειείηαη). Οη παξάκεηξνη πνπ ρξεηάδνληαη γηα λα θάλνπκε ππνινγηζκνύο κε ην παξαπάλσ κνληέιν είλαη: ) Σν θέξδνο ) Σν ξεύκα πόισζεο. 3) H ζεξκνθξαζία Σ ( ζπλήζσο 300ν Κ) Έηζη έρνπκε : r r g m, όπνπ gm θαη γηα Σ= 3000 Κ T =6m. T Γηαδηθαζία επίιπζεο κε Τ.Π. Γηα ηελ επίιπζε ησλ δηαθόξσλ πεξηπηώζεσλ ησλ θπθισκάησλ ησλ εληζρπηώλ, αθνινπζνύληαη ηα επόκελα βήκαηα:. ρεδηάδεηαη ην πξαγκαηηθό θπθισκαηηθό δηάγξακκα ηνπ εληζρπηή.. εκεηώλνληαο ηα ζεκεία Δ (εθπνκπόο), Β (βάζε) θαη (ζπιιέθηεο) ζηα αληίζηνηρα ζεκεία ηνπ θπθιώκαηνο ησλ ηξαλδίζηνξ. 3. ρεδηάδεηαη θαηόπηλ ην εηθνληθό θύθισκα Τ.Π ζύκθσλα κε ηνπο παξαθάησ θαλόλεο: 3α. Όια ηα ηξαλδίζηνξ αληηθαζίζηαληαη κε ην Τ.Π ηνπ επόκελνπ ζρήκαηνο. Σχήμα 5.5 3β. Μεηαθέξνληαη ηα ππόινηπα θπθισκαηηθά ζηνηρεία, αληηζηάζεηο, ππθλσηέο θ.η.ι ζην ΤΠ. 3γ. Κάζε αλεμάξηεηε D. πεγή ηάζεο αληηθαζίζηαηαη κε ηελ εζσηεξηθή ηεο αληίζηαζε. Η ηδαληθή πεγή ηάζεο ( κεδεληθή εζσηεξηθή αληίζηαζε), αληηθαζίζηαηαη κε βξαρπθύθισκα θαη ε ηδαληθή πεγή ξεύκαηνο κε αλνηρηό θύθισκα. ( ηα παξαδείγκαηα πνπ αθνινπζνύλ νη ηδαληθέο πεγέο ηάζεο D.. θαη ζην ΤΠ παξνπζηάδνληαη βξαρπθιώκαηα πξνο ηε γε). 4. Δπηιύεηαη ην ηειηθό γξακκηθό θύθισκα ηνπ Τ.Π, κε ηε ρξήζε ησλ ξεπκάησλ βξνρώλ ή θιάδσλ θαη ησλ ηάζεσλ θόκβσλ ζύκθσλα κε ηνπο λόκνπο ξεπκάησλ θαη ηάζεσλ ηνπ Krff. Μεξηθά παξαδείγκαηα θαη αζθήζεηο ΑΚΗΗ : Να βξεζεί ε αληίζηαζε εηζόδνπ θαζώο θαη ην θέξδνο ηάζεο ζην παξαθάησ θύθισκα.

7 Σχήμα 5.6 Σν ηζνδύλακν θύθισκα είλαη: Σχήμα 5.7 ( ) () S N S ( ) () Γηα ην θέξδνο ηάζεο έρνπκε : 0 (3) Έηζη ιόγσ ηεο (), () θαη (3) έρνπκε: 0 S ( ) ΑΚΗΗ : Γηα ηελ αθόινπζε ζπλδεζκνινγία θνηλήο βάζεο ηνπ ηξαλδίζηνξ (), λα βξεζνύλ ηα Α Ι, θαη Α. Σχήμα 5.8 Από Τ.Π έρνπκε : ) ( ). Άξα L E 0 ( L ( ) L

8 ( ) ΑΚΗΗ 3: Να βξεζεί ε n (αληίζηαζε εηζόδνπ), ην θέξδνο ηάζεο ηνπ θπθιώκαηνο θνηλνύ ζπιιέθηε., θαζώο θαη ε αληίζηαζε εμόδνπ r. Σχήμα 5.9 ( ) () n ( ) ( ) ( () ( ) ( ) ) Από ηε ζρέζε () θαίλεηαη όηη ην Α είλαη κηθξόηεξν ηεο κνλάδαο. Από ηε ζρέζε () έρνπκε όηη ( ). Άξα: n n n n Γηα ηελ αληίζηαζε εμόδνπ βάδνπκε κηα πεγή ζηελ έμνδν U θαη βξαρπθπθιώλνπκε ηελ είζνδν όπσο ζην αθόινπζν ζρήκα: Από ηηο παξαπάλσ ζρέζεηο παίξλνπκε ην r. Σχήμα 5.0 Ur r N ( ) g m ΑΚΗΗ 5: Να βξεζνύλ ηα S θαη γηα ηνλ δηβάζκην εληζρπηή E- ηνπ ζρήκαηνο. Γίλνληαη =50 θαη =Κ θαη γηα ηα δύν ηξαλδίζηνξ.

9 Σχήμα 5. Λύζε: Τβξηδηθό πξόηππν (ΤΠ) ηνπ παξαπάλσ εληζρπηή θαίλεηαη ζην ζρήκα πνπ αθνινπζεί: Σχήμα 5. Από ην ζρήκα έρνπκε: () ( ) Από ην λόκν ξεπκάησλ ηνπ Krff ζηνπο θόκβνπο θαη έρνπκε: Έρνπκε επίζεο 0 5 Κόκβνο : 0 () Κόκβνο : 0 (3) (4) Από ηηο (), (), (3) θαη (4) παίξλνπκε. (5) ( S ) ( ) 88 ηελ είζνδν: (6) Άξα: (7) S Δπεηδή έρνπκε ηελ αληίζηαζε εμόδνπ ηεο εο βαζκίδαο, 0Κ, απηή δξα ζαλ γηα ηε β βαζκίδα. Έηζη αθνινπζώληαο ηελ αλάιπζε ηεο άζθεζεο 3 έρνπκε S 0 5 Γηα ηνλ ππνινγηζκό ηεο ιακβάλεηαη θαη ε ππόςε. Έηζη ηειηθά = //5K=0,K//5K=0Ω. ΑΚΗΗ 6: ην παξαθάησ θύθισκα δηβάζκηνπ εληζρπηνύ -E, λα βξεζνύλ ηα Α, Α, N, O. Γίδεηαη όηη = =k θαη = =50.

10 Σχήμα 5.3 Λύζε: ρεδηάδνπκε πξώηα ην ΤΠ γηα ην δηβάζκην εληζρπηή Σχήμα 5.4 () Από ηε δηαίξεζε ηνπ ξεύκαηνο 5 ζηνπο θιάδνπο θαη έρνπκε H ελίζρπζε ξεύκαηνο Α Ι είλαη: (3) Η ελίζρπζε ηάζεο είλαη: Η αληίζηαζε εμόδνπ είλαη r O r // άξα: H αληίζηαζε ΙΝ βξίζθεηαη από ην ιόγν Έηζη από ηελ (3) έρνπκε : N 6. 5k N () ΑΚΗΗ 7: ην θύθισκα εληζρπηνύ ηνπ ζρήκαηνο 5.5α, λα βξεζνύλ ηα εμήο κεγέζε: O, S θαη Ο. Γίλνληαη ηα κεγέζε, θαη νη ηηκέο ησλ αληηζηάζεσλ,, θαη. S, ΙN S S n S N N O Σχήμα 5.5α Σχήμα 5.5β

11 ην ζρήκα 5.5β έρεη ζρεδηαζζεί ην Τ.Π ηνπ εληζρπηνύ ηνπ ζρήκαηνο 5.5α. Η αληίζηαζε είλαη ν παξάιιεινο ζπλδπαζκόο ησλ θαη (= // ). Έηζη γηα ηα δεηνύκελα κεγέζε έρνπκε : () n () (3) N n N N // n Σέινο γηα ηελ αληίζηαζε εμόδνπ, Αλαθεθαιαίσζε n N N N N N S N N N (8) O Παξαθάησ δίλνληαη ζπλνπηηθά ζηνλ πίλαθα 5. νη δηάθνξεο ζπλδεζκνινγίεο ησλ εληζρπηώλ ηξαλδίζηνξ θαη νη αληίζηνηρεο ηηκέο ησλ κεγεζώλ πνπ ελδηαθέξνπλ. S (4) (5) (6) (7)

12 Πίνακαρ 5. Παξαηεξήζεηο. Από ηα κεγέζε πνπ πξνθύπηνπλ γηα ηηο δηάθνξεο ζπλδεζκνινγίεο εληζρπηώλ, πξνθύπηεη όηη ην θύθισκα θνηλνύ εθπνκπνύ E, παξνπζηάδεη κεγάιε ελίζρπζε ηάζεο Αλ θαη ξεύκαηνο ΑΙ θαη γηα ην ιόγν απηό είλαη ην πεξηζζόηεξν ρξεζηκνπνηνύκελν. Σν θύθισκα θνηλνύ ζπιιέθηε. ιέγεηαη θαη αθόινπζνο εθπνκπνύ, παξνπζηάδεη ελίζρπζε ηάζεο πεξίπνπ κνλάδα ( δελ ππάξρεη αιιαγή ζηε θάζε), δειαδή ην ζήκα εηζόδνπ, παξνπζηάδεηαη ζηελ έμνδν. Υξεζηκνπνηείηαη ζαλ πξνζαξκνζηηθό αληηζηάζεσλ ( από κεγάιε ζε κηθξή) θαη ζαλ απνκνλσηήο ( fr). Σν θύθισκα θνηλήο βάζεο. ρξεζηκνπνηείηαη ζαλ πξνζαξκνζηηθό αληηζηάζεσλ θαη ηδίσο ζαλ πεγή ζηαζεξνύ ξεύκαηνο.. Η επίιπζε ησλ θπθισκάησλ εληζρπηώλ γίλεηαη είηε αλαιπηηθά όπσο ζηα παξαδείγκαηα, είηε κε ηε ρξήζε ησλ ηύπσλ ηνπ πίλαθα 5.. Αθνινύζσο, ράξηλ παξαδείγκαηνο επηιύεηαη ε άζθεζε 6 κε ηε ρξήζε ησλ ηύπσλ ηνπ πίλαθα 5.. Άζθεζε 6: Από ηε β βαζκίδα έρνπκε = =k, =0.3k, ( Δληζρπηήο.E). Άξα

13 Έηζη 5. // L E // ( ) L Γηα ηελ α βαζκίδα 0.5k ( εληζρπηήο.) k (αληίζηαζε εηζόδνπ ηνπ εληζρπηή). 6.5 Άξα Η ζπλνιηθή ελίζρπζε ηάζεο είλαη Γηα ηε ζπλνιηθή ελίζρπζε ξεύκαηνο Α Ι, έρνπκε : 50( 50) 75 ( ) E E