ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 12/09/2013

Transcript

1 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /09/0 ΘΕΜΑ ο (4 μονάδες Στον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος, το τρανζίστορ πολώνεται με συμμετρικές πηγές τάσης V και V των V Για το τρανζίστορ δίνονται: β h fe 00, h kω και V B 07 V Επίσης, δίνονται: kω, kω, 4 kω και L kω (α Να προσδιορίσετε το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ ( μ (β Να χαράξετε τη γραμμή φορτίου του τρανζίστορ στο συνεχές ( μ (γ Να προσδιορίσετε την ενίσχυση τάσης A / του ενισχυτή, χρησιμοποιώντας το ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ που επίσης δίνεται στο παρακάτω σχήμα ( μ ΛΥΣΗ (α Εφαρμόζουμε το ο κανόνα Krchhff στους δύο βρόχους του κυκλώματος που διακρίνονται στο παρακάτω σχήμα Βρόχος εισόδου: VB I V 0 VB (I IB V 0 V B I I β V 0 I β V V B I V V β B

2 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /09/0 I 07 Α I 06 ma Βρόχος εξόδου: V I V I V 0 V V V I ( I I V V I V 0 I V I V I V 0 β β B V V 6V Συνεπώς, το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ είναι: Q (V, I Q (6 V, 06 ma (β H γραμμή φορτίου στο συνεχές προκύπτει από τον ο κανόνα Krchhff στο βρόχο εξόδου του ενισχυτή, που αναφέρθηκε στο ερώτημα (α: V V V I β V V Όταν V 0 I A I 66mA β 00 Όταν I 0 V V V V 0V Η γραμμή φορτίου στο συνεχές σχεδιάζεται στο παρακάτω σχήμα: (γ Για να διενεργήσουμε το ζητούμενο υπολογισμό της ενίσχυσης τάσης σχεδιάζουμε αρχικά το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στις μεσαίες συχνότητες, χρησιμοποιώντας για το τρανζίστορ (που είναι σε σύνδεση κοινού εκπομπού το ισοδύναμο κύκλωμα που δίνεται Στις μεσαίες συχνότητες, οι πυκνωτές λειτουργούν ως βραχυκυκλώματα (συνεπώς η αντίσταση δε συμμετέχει στο ισοδύναμο κύκλωμα και οι πηγές σταθερής τάσης (V και V ΕΕ βραχυκυκλώνονται

3 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /09/0 b h L h fe b L L kω kω L Εφαρμόζοντας τον νόμο του Ohm στις αντιστάσεις L και h προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις ( και (: h, ( (, ( Από το διαιρέτη τάσης στην είσοδο του ενισχυτή προκύπτει ότι: fe b L b ( h hfe L ( h h (4 h h h (, (4 hfe L hfe L hfe L A h h h 00 0 A A Η ενίσχυση προκύπτει αρνητικός αριθμός, δηλ η τάση εξόδου έχει διαφορά φάσης 80 ο σε σχέση με την τάση εισόδου ΘΕΜΑ ο ( μονάδες Για τον ενισχυτή του διπλανού σχήματος: 900 kω, 00 kω (α Να υποδείξετε ποια τοπολογία αρνητικής ανατροφοδότησης εφαρμόζεται, εξηγώντας την απάντησή σας (0 μ (β Να προσδιορίσετε το λόγο ανατροφοδότησης β ( μ Ενισχυτής τάσης L (γ Εάν η ενίσχυση τάσης χωρίς ανατροφοδότηση είναι 60 db, να προσδιορίσετε την ενίσχυση τάσης (σε db μετά την εφαρμογή της ανατροφοδότησης ( μ (δ Εάν οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση είναι 00 kω και 00 Ω, αντίστοιχα, να προσδιορίσετε τις αντιστάσεις αυτές μετά την εφαρμογή της ανατροφοδότησης ( μ

4 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /09/0 ΛΥΣΗ (α Στον ενισχυτή που δίνεται εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση τάσης σε σειρά με την είσοδο, αφού μέσω του διαιρέτη τάσης που σχηματίζουν οι αντιστάσεις και, λαμβάνεται μέρος της τάσης εξόδου, το οποίο αφαιρείται από την τάση εισόδου του ενισχυτή (β Στο διαιρέτη τάσης που σχηματίζουν οι αντιστάσεις και, ισχύει: f f f 0 Συνεπώς, ο λόγος ανατροφοδότησης έχει ως εξής: β 0 4 f (γ Λόγω του ότι εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση τάσης σε σειρά με την είσοδο, η ενίσχυση τάσης του ενισχυτή θα μειωθεί Η ενίσχυση τάσης χωρίς ανατροφοδότηση είναι 60 db, δηλάδη: 0lg A 60 lg A A 0 A 000 Η ενίσχυση τάσης μετά την εφαρμογή της αρνητικής ανατροφοδότησης, έχει ως εξής: A A 000 Af Af 99 β A 0000 f Ο υπολογισμός της ενίσχυσης τάσης σε dβ, έχει ως εξής: 0lg A f 0lg 99 db 0099 db 98 db (δ Λόγω της σειριακής σύνδεσης του βρόχου ανατροφοδότησης στην είσοδο του ενισχυτή, η αντίσταση εισόδου αυξάνεται όταν εφαρμόζεται η ανατροφοδότηση και αφού η αντίσταση εισόδου χωρίς ανατροφοδότηση είναι 00 kω, τότε η αντίσταση εισόδου με ανατροφοδότηση γίνεται: ( β Α 00 ( 0000 kω 0ΜΩ f f f Λόγω της παράλληλης σύνδεσης του βρόχου ανατροφοδότησης στην έξοδο του ενισχυτή, η αντίσταση εξόδου μειώνεται όταν εφαρμοστεί η ανατροφοδότηση και αφού η αντίσταση εξόδου χωρίς ανατροφοδότηση είναι ο 00 Ω, τότε η αντίσταση εξόδου με ανατροφοδότηση γίνεται: ο 00 οf Ω f 099Ω β Α 0000 ο f ΘΕΜΑ ο ( μονάδες Οι τιμές των αντιστάσεων του ενισχυτή του παρακάτω σχήματος είναι 0 kω, kω, kω και οι δύο τελεστικοί ενισχυτές που περιλαμβάνονται είναι ιδανικοί Να προσδιορίσετε την τάση εξόδου ( του ενισχυτή αυτού σε σχέση με τις τάσεις εισόδου και

5 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /09/0 ΛΥΣΗ Tα ρεύματα εισόδου στους ιδανικούς τελεστικούς ενισχυτές είναι μηδενικά, λόγω της άπειρης αντίστασης εισόδου που αυτοί παρουσιάζουν Συνεπώς, με βάση το διπλανό κύκλωμα μπορούμε να γράψουμε: ( I Λόγω της ιδιότητας αντιγραφής των τάσεων που ισχύει στους ιδανικούς τελεστικούς ενισχυτές, γίνεται φανερό ότι η τάση στο άνω άκρο της ισούται με, ενώ η τάση στο κάτω άκρο της ισούται με Συνεπώς: I Αντικαθιστώντας το ρεύμα Ι που δίνεται από την παραπάνω εξίσωση, στην εξίσωση που έχουμε αρχικώς εξάγει για την τάση εξόδου του ενισχυτή, προκύπτει: ( 0 0 ( ( ( Εναλλακτικά, μπορούμε να προσδιορίσουμε την τάση εξόδου εφαρμόζοντας τη μέθοδο ανάλυσης των κόμβων στα δύο άκρα της αντίστασης Σε καθένα από τους δύο κόμβους εφαρμόζουμε τον ο κανόνα Krchhff, εξισώνοντας το άθροισμα των αγωγιμοτήτων (δηλ των αντίστροφων αντιστάσεων που ξεκινούν από κάθε κόμβο, πολλαπλασιασμένο με την τάση τους, με το άθροισμα των γινομένων των αγωγιμοτήτων αυτών με τις τάσεις των κόμβων στους οποίους καταλήγουν Έτσι λοιπόν στο άνω άκρο της αντίστασης έχουμε:

6 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /09/0 6 Στην παραπάνω σχέση χρησιμοποιήθηκε η ιδιότητα αντιγραφής των τάσεων που ισχύει στους ιδανικούς τελεστικούς ενισχυτές, με βάση την οποία η τάση στο άνω άκρο της ισούται με, ενώ η τάση στο κάτω άκρο της ισούται με Ομοίως, στο κάτω άκρο της αντίστασης έχουμε: Από τους κόμβους εξόδου του κυκλώματος προκύπτει ότι:, επομένως συνδυάζοντας τις σχέσεις που προέκυψαν παραπάνω για τις τάσεις στους κόμβους εξόδου του ενισχυτή, προσδιορίζουμε την ζητούμενη τάση εξόδου: (