ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΙΙ Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ out S Τ Τ Τ 3 ~ F4 F3 F F F 007

2 ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Η βασική διάταξη ενός διαφορικού ενισχυτή, σε λειτουργία συγκριτή, φαίνεται στο Σχ.-. Υποθέτοντας τρανζίστορς πυριτίου µε β=00, r bb =00 Ω, BE =0.5, η θεωρητική ανάλυση του κυκλώµατος για να προσδιοριστεί η κυµατοµορφή εξόδου, µε in την κυµατοµορφή που φαίνεται στο Σχ. - και in =, γίνεται µε τα ακόλουθα βήµατα: CC = 0 0 kω 0 kω out T T in olt in in Σχ.- =5 kω EE = t sec Σχ.-. Για in =0, το τρανζίστορ Τ είναι στην αποκοπή, οπότε C =0. Στην περίπτωση αυτή ισχύει το ισοδύναµο κύκλωµα του Σχ.-3. Είναι: 0 I = βι = β C B = 00 in BE EE ( β )( ) = 0 x 500 E ma Α C T 00 Ω 0 kω β Ι Ε = Ι C = 0.69 ma β Εποµένως, Σχ.-3 =5 kω EE = -0 C = CC Ι C C = x0 = 3. = = 0 3. = 6.84 out C C = I = x5 = A EE E Συνεπώς, η ελάχιστη τάση της εισόδου in προκειµένου το Τ να αρχίσει να εξέρχεται από την αποκοπή είναι ίση µε = ηλαδή, για in από 0 ως ισχύει ότι out = Για in =, τα τρανζίστορς Τ και Τ έχουν ίσα ρεύµατα συλλέκτη και ισχύει το κύκλωµα του Σχ.-4. Είναι λοιπόν:

3 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ I B = I B = I B in BE EE = (β)ι B ( E ) in οπότε: I C = I C = βι Β =0.344 mα r = r = 9063 Ω b'e b'e Σχ Ω (β)ι Β (β)ι B EE 00 Ω (β)ι Β =5 kω = Συνεπώς για in = είναι: = = x0x0 = = C C = = out C C 0 3 Όταν λοιπόν η τάση εισόδου µεταβάλλεται από 0.86 σε, η τάση C µειώνεται από 0 σε Για τη µεταβολή αυτή και τα δύο τρανζίστορς βρίσκονται στην ενεργό περιοχή και ισχύει: C = (r bb' r β b'e C (β ) E ( ) in in ) = 4 00x0 ( x( ) in in ) = ( in in ) οπότε, C = in. Η µεταβολή της τάσης C = = 3.44, αντιστοιχεί σε µεταβολή in : in C 344. = = = ηλαδή, για in =0. =. το δυναµικό στο συλλέκτη του Τ κατέρχεται κατά 3.44 ( =3.) ενώ το δυναµικό στο συλλέκτη του τρανζίστορ Τ ανέρχεται κατά 3.44 και το τρανζίστορ Τ οδηγείται στην αποκοπή ( C = =0 ). Η διαφορά δυναµικού out µπορεί να υπολογιστεί και από τις παρακάτω σχέσεις: και οπότε, και β C C = ( in ) = ( rbb' rbe' ( β ) E ) ( 6.56 ) = 6.97 (.) C C = 3. out = C C = 3. 0 = in 3. Καθώς όµως η τάση in αυξάνει, σε κάποια τιµή της οδηγεί το τρανζίστορ Τ στον κόρο. Τότε ισχύει το ισοδύναµο κύκλωµα του Σχ. -5, απ' όπου προκύπτει:

4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ : ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ CC EE in = BE E = BE ( E ) EE C in E 30 = = 8. 6 Σχ EE C = 0 kω E 00 Ω =5 kω = -0 A 4. Επειδή η τάση εισόδου in δε φθάνει τα 8.6, το τρανζίστορ Τ δεν οδηγείται ποτέ στον κόρο. Για τη µέγιστη τιµή του σήµατος στην είσοδο in, που είναι ίση µε 3, ισχύει: Εποµένως, και I βι β C = B = ( β )( ) in BE EE E = 084. ma C = CC ΙCC = x0 = 86. out = C C = = 84.. Τελικά Θεωρητικά Αποτελέσµατα Σύµφωνα µε τα προηγούµενα αποτελέσµατα µπορεί να συµπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας. Η κυµατοµορφή της τάσης εξόδου φαίνεται στο Σχ.-6. in C C out out olts t sec in olts Σχ t sec

5 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 4.3 Επίλυση µε το SPICE Χρονική Ανάλυση. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Με τη βοήθεια του πολύµετρου να µετρηθεί η παράµετρος β και των δύο τρανζίστορς BC38. Nα γραφτεί ο µέσος όρος στον πίνακα µετρήσεων. Να συνδεσµολογηθεί το κύκλωµα του Σχ.-7 και αφού ελεγχθεί να τροφοδοτηθεί µε συνεχείς τάσεις CC =5, EE =-5. Να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο των 0 kω ώστε τα συνεχή δυναµικά στους συλλέκτες των τρανζίστορς να είναι περίπου ίσα (για το σκοπό αυτό να χρησιµοποιηθούν τα κανάλια του παλµογράφου). Στη συνέχεια, µε ψηφιακό πολύµετρο, να µετρηθούν οι συνεχείς τάσεις στις βάσεις και τους συλλέκτες των τρανζίστορς. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας αποτελεσµάτων. Να διατυπωθεί σχετικό συµπέρασµα. 5 0kΩ 0kΩ 0kΩ BC38 BC38 T out T 0kΩ.kΩ 0kΩ c c kω C B E p 5kΩ BC38-5 Σχ. -7. Με τη βοήθεια της ρυθµιστικής αντίστασης των 0kΩ και του ψηφιακού πολύµετρου να µεταβληθεί το δυναµικό στη βάση του Τ, από ως σε βήµατα των 0., και να µετρηθούν τα δυναµικά στους συλλέκτες των τρανζίστορς. Να συµπληρωθεί o σχετικός πίνακας. 3. Να διακοπεί η τροφοδοσία του κυκλώµατος. Να γίνουν οι αναγκαίες τροποποιήσεις ώστε να προκύψει το κύκλωµα του Σχ.-8, Με το διακόπτη της γεννήτριας σηµάτων στη θέση off, να τροφοδοτηθεί το

6 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ : ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ 5 νέο κύκλωµα µε συνεχείς τάσεις CC =5, EE = -5. Να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο των MΩ ώστε τα συνεχή δυναµικά στους συλλέκτες των τρανζίστορς να είναι περίπου ίσα. Nα µετρηθούν τα δυναµικά αυτά. Στη συνέχεια, αφού διακοπεί η τροφοδοσία, να αποσυνδεθεί από το κύκλωµα το ποτενσιόµετρο των MΩ και να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης του. Να συµπληρωθούν τα σχετικά αποτελέσµατα των µετρήσεων και αφού επανασυνδεθεί το ποτενσιόµετρο να τροφοδοτηθεί εκ νέου το κύκλωµα. 4. Να τεθεί ο διακόπτης της γεννήτριας σηµάτων στη θέση ΟΝ. Με ηµιτονοειδές σήµα πλάτους 00 m pp, συχνότητας khz, και τη βοήθεια παλµογράφου να παρατηρηθούν τα σήµατα στην είσοδο και το συλλέκτη του Τ. Μεταβάλλοντας το πλάτος του σήµατος εισόδου, να µετρηθεί το µέγιστο επιτρεπτό πλάτος του σήµατος εισόδου in MAX, συχνότητας khz, πέραν του οποίου αρχίζει η παραµόρφωση (ψαλιδισµός) της κυµατοµορφής εξόδου. Για την τιµή αυτή του σήµατος εισόδου να µετρηθεί το πλάτος pp του σήµατος εξόδου και να υπολογιστεί η ενίσχυση. Να συµπληρωθούν τα σχετικά αποτελέσµατα. 5. Με σήµα εισόδου πλάτους 50m pp και µεταβλητής συχνότητας (βλ. πίνακα αποτελεσµάτων) να µετρηθεί τα πλάτος του σήµατος (pp) στο συλλέκτη του Τ. Σε κάθε µέτρηση να ελέγχεται (και αν χρειάζεται, να ρυθµίζεται το πλάτος του σήµατος εισόδου ώστε να παραµένει σταθερό στα 50m pp). Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας των µετρήσεων. 5 MΩ MΩ Ποτενσιόµετρο B 0kΩ 0kΩ T T c c.8 MΩ BC38 in ~ 0.µF BC38 BC38 0.µF C B E kω Σχ Να διακοπεί η τροφοδοσία του κυκλώµατος προκειµένου να τροποποιηθεί σε αυτό που σχεδιάζεται στο Σχ.-9. Να τροφοδοτηθεί το νέο κύκλωµα µε συνεχείς τάσεις CC =5, EE = -5. Να µετρηθούν οι συνεχείς τάσεις στους συλλέκτες και το κοινό σηµείο των εκποµπών των τρανζίστορς. Με σήµα εισόδου πλάτους 50m pp και συχνότητας khz να µετρηθούν τα πλάτη pp των σηµάτων στους συλλέκτες των δύο τρανζίστορς. Να µετρηθεί το µέγιστο επιτρεπτό πλάτος pp του σήµατος εισόδου in MAX, συχνότητας 0kHz, πέραν του οποίου αρχίζει ο ψαλιδισµός των κυµατοµορφών εξόδου. Να συµπληρωθούν τα αποτελέσµατα των σχετικών µετρήσεων.

7 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 6 5 MΩ MΩ BC38 0kΩ T T 0kΩ BC38 C.8 MΩ in ~ 0.µF 5 3.3µF 47kΩ BC38 T 3.kΩ.kΩ C B E BC38 Σχ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ & ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΜΕ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ 7. Για το κύκλωµα του Σχ. -7 να διεξαχθούν α) χρονική ανάλυση και β) ανάλυση Dc sweep (µε σάρωση του ύψους του σήµατος εισόδου) µε το πρόγραµµα SPICE, προκειµένου (και µε τους δύο παραπάνω τρόπους) να βρεθεί η έξοδος out, µε είσοδο in σύµφωνα µε το βήµα. Επίσης, να διεξαχθεί λεπτοµερής θεωρητική ανάλυση για τον προσδιορισµό της κυµατοµορφής της τάσης ouτ. Να συγκριθούν µε γραφικό τρόπο τα παραπάνω (θεωρητικά και υπολογιστικά) αποτελέσµατα µε τα πειραµατικά (βήµα ) 8. Για το κύκλωµα του Σχ. -8 να επιβεβαιωθεί τα πειραµατικό αποτέλεσµα του βήµατος 4 µε το πρόγραµµα SPICE (µε χρονική ανάλυση), εφαρµόζοντας στην είσοδο σήµα πλάτους 0. pp και συχνότητας f=khz. Επίσης, να διεξαχθεί ανάλυση AC sweep µε τη συχνότητα του σήµατος εισόδου στο διάστηµα 00Hz-MHz. Να συγκριθούν γραφικά τα αποτελέσµατα µε τα πειραµατικά (βήµα 5). 9. Για το κύκλωµα του Σχ. -9 να διεξαχθεί θεωρητική ανάλυση για το προσδιορισµό των συνεχών τάσεων στους συλλέκτες και εκποµπούς των τρανζίστορς και να προσδιοριστεί θεωρητικά το κέρδος τάσης c /in. Να διεξαχθεί DC και χρονική επίλυση µε το πρόγραµµα SPICE και να συγκριθούν τα αποτελέσµατα µε τα θεωρητικά και πειραµατικά του βήµατος 6.

8 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ : ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ 7 ΕΠΩΝΥΜΟ : ΑΣΚΗΣΗ : ΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΟΝΟΜΑ : ΑΕΜ : Ηµερ/νία : Οµάδα : Βήµα : β = β = Μέσος όρος β = B = B = C = C = Βήµα : in olts C olts C olts Βήµα 3: B = ΜΩ C = C = Βήµα 4: f =khz: in max = m pp C = = pp Ενίσχυση =

9 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 8 Βήµα 5: in = 50m pp Συχνότητα in Hz C olts pp 00 5k 00 0k k k k k k k k k 700k.5k 800k k 900k 3k MHz Συχνότητα in khz C olts pp Βήµα 6: Συνεχείς Τάσεις: c = c = e = c = Πλάτη Σηµάτων: in = 50m, f=khz: C = C = pp pp Μέγιστο πλάτος σήµατος εισόδου: f=0khz; in MAX = m pp

10 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΑΣΚΩ ΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ο κασκωδικός ενισχυτής που σχεδιάζεται στο Σχ. - περιλαµβάνει µία βαθµίδα κοινής πηγής (CS) ακολουθούµενη από µία βαθµίδα κοινής βάσης (CB). Αν ισχύει: DS > GS - p GS p > 0 η τάση GS του JFET-n δίνεται από την αποδεκτή λύση της: οπότε I D I S I DSS DSS = GS GS I DSS p p = GS S 0 και όπου I C E = β TH I TH D DD ( β ) D D BE Ε TH = CC /( ) και TH = /( ). Εξάλλου για το JFET είναι: g mo = I DSS p g m g mo = p GS DD C D C out C L SS G ~ in S C S C B CC Σχ. -

11 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 0 Συνεπώς, η ολική ενίσχυση είναι: A o = g g m ( D in ) m ( C L ) in in όπου in = G, in =(r bb (β)r d ) (/g m ) και r d =ηkt/q I E. SS. Θεωρητικά Αποτελέσµατα Με D = kω, S = Ω, G = 50kΩ, = 08kΩ, = 7.5kΩ, C = 9, kω, L = 5kΩ, DD = 8, CC = 8, p =-, I DSS =0mA, β=350, BE =0.78, C =C =µf, C S =C B = 0µF, είναι: EXP-A. DC Analysis: Stage Id = ma d = gs = ds = gd = gm = ma/ gm = ma/ Ird = ma in = A = in = A = Ao = DC Analysis: Stage Ib = ua Ic = ma Ie = ma c = b = rd = Επίλυση µε το SPICE

12 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ : ΚΑΣΚΩ ΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ DC Ανάλυση Χρονική Ανάλυση (s=0m, Gain=50) AC Sweep (Source: AC=0m) Hz- 0MHz DC Sweep: Επίδραση DD (0 ως 0 ) σε c. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Να συνδεσµολογηθεί το κύκλωµα του Σχ.- χωρίς να συνδέσετε την εκροή του JFET µε τον εκποµπό του διπολικού τρανζίστορ (να µη γίνει η σύνδεση µε την παχιά γραµµή στο σχήµα). Να ελεγχθεί το κύκλωµα και στη συνέχεια να τροφοδοτηθεί µε συνεχή τάση 5. Να µετρηθούν οι συνεχείς τάσεις στην πηγή και εκροή του JFET. Να συνδεθεί η γεννήτρια σηµάτων στην είσοδο της διάταξης. Με σήµα εισόδου πλάτους 50 m pp και συχνότητας khz να µετρηθεί το πλάτος του σήµατος (pp) στην εκροή του Τ και να υπολογιστεί η ενίσχυση. Να συµπληρωθούν οι σχετικές µετρήσεις.

13 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 5 Σύνδεσµος in ~ µf 00kΩ.kΩ BC38 BF45 Τ Τ 33 Ω c S 0µF 470kΩ.5 nf 00kΩ C B 0µF 5 µf 5.6kΩ out L 5.6kΩ BF45 BC38 Σχ. - G S D C B E. Να διακοπεί η τροφοδοσία της συνεχούς τάσης του κυκλώµατος και αφού τοποθετηθεί ο σύνδεσµος (ένωση της εκροής µε τον εκποµπό του Τ ) να τροφοδοτηθεί το κύκλωµα µε συνεχή τάση 5. Να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο ώστε η συνεχής τάση στο συλλέκτη του Τ να είναι ίση µε 0. Να µετρηθεί το συνεχές δυναµικό στην εκροή του Τ. Να διακοπεί η τροφοδοσία και να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο. Να γραφτούν οι σχετικές µετρήσεις. 3. Να επανασυνδεθεί το ποτενσιόµετρο και να επανατροφοδοτηθεί το κύκλωµα (5). Με σήµα εισόδου πλάτους 50m pp και συχνότητας khz να ληφθεί η κυµατοµορφή στην έξοδο (άκρα της αντίστασης L ). Ρυθµίζοντας κατάλληλα το ποτενσιόµετρο να βρεθούν τα όρια για τα οποία µόλις να µη παραµορφώνεται ή ψαλιδίζεται το σήµα εξόδου. Σε κάθε ένα από τα δύο όρια, αφού διακοπεί η τροφοδοσία, να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας αποτελεσµάτων. 4. Να επαναφερθεί η αντίσταση στην τιµή του βήµατος. (το δυναµικό στο συλλέκτη του Τ να είναι ίσο µε 0 ). Να αυξηθεί βαθµιαία το πλάτος του σήµατος εισόδου ώστε να ληφθεί το µέγιστο πλάτος (pp) του σήµατος εξόδου, χωρίς να παραµορφώνεται το σήµα εξόδου. Να µετρηθεί το µέγιστο επιτρεπτό πλάτος του σήµατος εισόδου in MAX και το αντιστοιχούν πλάτος του σήµατος εξόδου out MAX. Nα υπολογιστεί η ενίσχυση. Να συµπληρωθεί o σχετικός πίνακας αποτελεσµάτων. 5. Με σήµα εισόδου 0kHz, να µετρηθούν οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου,. Να συµπληρωθούν οι σχετικές µετρήσεις. 6. Μεταβάλλοντας τη συχνότητα του σήµατος εισόδου (σύµφωνα µε το σχετικό πίνακα αποτελεσµάτων) και διατηρώντας το πλάτος του σήµατος εισόδου στα 00 m pp, να µετρηθεί το πλάτος (pp) του σήµατος εξόδου. Να συµπληρωθεί o σχετικός πίνακας. 7. Να επαναληφθεί το βήµα 6 µε C Β =C S =0. µf. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ & ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ 8. Να διεξαχθεί µε το πρόγραµµα SPICE α) DC ανάλυση β) χρονική γ) Ac Sweep (για να ληφθεί η απόκριση του κυκλώµατος από Hz ως 0MHz). 9. Να διεξαχθεί µε το πρόγραµµα SPICE ανάλυση Dc sweep, για να προσδιοριστεί η µεταβολή της συνεχούς τάσης στο συλλέκτη του τρανζίστορ µε τη µεταβολή της τάσης DD κατά ±%, 0. Να διεξαχθεί λεπτοµερής θεωρητική ανάλυση (DC και AC). Να συγκριθούν τα πειραµατικά αποτελέσµατα µε τα θεωρητικά τα υπολογιστικά.

14 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ : ΚΑΣΚΩ ΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ 3 ΑΣΚΗΣΗ : ΚΑΣΚΩ ΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΩΝΥΜΟ : ΟΝΟΜΑ : ΑΕΜ : Ηµερ/νία : Οµάδα : Βήµα : D = S = in =50m, f=khz: d = m pp Ενίσχυση = Βήµα : D = = kω Βήµα 3: in =50m, f=khz: MIN = kω MAX = kω Βήµα 4: f=khz In MAX = out MAX = Ενίσχυση = m m Βήµα 5: f=0khz in = out =

15 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 4 Βήµα 6: in =00m, C B =C S =0µF Συχνότητα in Hz C olts pp 0 5k 30 0k 50 50k 00 00k k k k k k k 700k.5k 800k k 900k 3k MHz Συχνότητα in khz C olts pp in =00m, C B =C S =0.µF Συχνότητα in Hz C olts pp 0 5k 30 0k 50 50k 00 00k k k k k k k 700k.5k 800k k 900k 3k MHz Συχνότητα in khz C olts pp

16 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑ ΡΑΣΗ. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Στην αρνητική ανάδραση ένα δείγµα σήµατος από την έξοδο µιας βαθµίδας ενός ενισχυτή, επαναφέρεται στην είσοδο της ίδιας ή κάποιας άλλης προηγούµενης βαθµίδας και αφαιρείται από το σήµα εισόδου της βαθµίδας αυτής. Η ανάδραση αυτή µειώνει την ενίσχυση, αλλά ταυτόχρονα βελτιώνει πολλά από τα επιθυµητά χαρακτηριστικά των ενισχυτών όπως, τη σταθερότητα του κέρδους, το εύρος ζώνης, τη γραµµικότητα και το θόρυβο. Μία άλλη σηµαντική επίδραση της αρνητικής ανάδρασης είναι πάνω στις αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του ενισχυτή. Ένας βασικός διαχωρισµός, που γίνεται στους ενισχυτές µε ανάδραση, σχετίζεται µε το είδος του επαναφεροµένου σήµατος, δηλαδή αν πρόκειται για ρεύµα ή τάση, και µε τον τρόπο που αυτό προστίθεται στο σήµα εισόδου (σε σειρά ή παράλληλα). Έτσι, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ανάδρασης: α) Ανάδραση τάσης-σειράς. β) Ανάδραση τάσης- παράλληλα. γ) Ανάδραση ρεύµατοςσειράς και δ) Ανάδραση ρεύµατος-παράλληλα. Στην άσκηση αυτή εξετάζονται δύο από τους παραπάνω τύπους ανάδρασης.. Ανάδραση Τάσης-Σειράς Ένα τυπικό κύκλωµα ενισχυτή µε ανάδραση τάσης-σειράς, σχεδιάζεται στο Σχ.3-. Tο σήµα που επιστρέφει στην είσοδο του ενισχυτή, βρίσκεται σε σειρά µε το σήµα εισόδου, και είναι ίσο µε: Εποµένως, ο συντελεστής ανάδρασης είναι: e f = E E F e out και A F E F = E A A =. A A F F Fin Fin S CC S B C C Τ Τ C out L ~ in C E C E E F C F Σχ. 3-

17 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 6 µε Fin την αντίσταση εισόδου της πρώτης βαθµίδας. H ενίσχυση της πρώτης βαθµίδας υπολογίζεται µε βάση την αντίσταση που ουσιαστικά δρα στον εκποµπό αυτής της βαθµίδας: E = E ( F C L ) H αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του ενισχυτή, µε ανάδραση, είναι: H αντίσταση εξόδου είναι: F in = B ( β )( r F out E) d out ( F A A F A A E ) E E F.. Θεωρητικά Αποτελέσµατα Με B =MΩ, C =kω, E =00Ω, C =kω, E.6kΩ, L =5kΩ, F =kω, S =300Ω, C =C =C F =0µF, C E =00µF, CC =8, β =β =350, η =η =, r bb =r bb =0, BE = BE =0.78, είναι: α. Χωρίς ανάδραση και χωρίς C E CE-CE b=.669e-05 Ie= ma rbe= Ω Ib= E-06 Ie= ma rbe= 64.7 Ω c= c=.0646 rin= rin= i= i= A= A= Ao= β. Με ανάδραση και χωρίς C E -S F = 000 eef = k rin = k cef = A = ri =.6997 k in =.6997 k cef =.6469 k A = Ao = F = E-0 AoF = AF = Fin = A F =

18 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3: ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑ ΡΑΣΗ 7.. Επίλυση µε το SPICE Χωρίς ανάδραση και χωρίς C E :A 0 =6.7 Χωρίς ανάδραση και µε C E Με ανάδραση και χωρίς C E : A F = 4.8 Ψαλιδισµός του σήµατος εξόδου Με ανάδραση και µε C E : A F =0.8

19 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 8 Χωρίς C E C BC =5pF, F =kω f H =.85MHz, A F =4.8 C BC =5pF, F =0MΩ f H = 970kHz, A F =6.7. Ανάδραση Ρεύµατος-Παράλληλα Μία τυπική περίπτωση ανάδρασης ρεύµατος σε παράλληλη σύνδεση φαίνεται στο κύκλωµα του Σχ.3-. CC S C C C Τ Τ C out L ~ in E E F Σχ. 3-

20 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3: ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑ ΡΑΣΗ 9 Η αντίσταση εισόδου του πρώτου τρανζίστορ, είναι: r = r β )( r in bb ( d E Η αντίσταση F προσφέρει µία αντίσταση, παράλληλα µε την είσοδο, και έτσι η αντίσταση εισόδου της πρώτης βαθµίδας, είναι: in = rin ( F E ) Η ισοδύναµη αντίσταση στον εκποµπό της δεύτερης βαθµίδας, είναι: Έτσι, είναι: [ ] E = E F ( S rin) r in = rbb ( β )( rd E ) = r in in = C C in C = C L Η ολική ενίσχυση χωρίς την ανάδραση είναι: β C β C Ao = rin rin Το κέρδος τάσης στον εκποµπό του Τ είναι: ( β ) E AX η ( β )( E rd ) Αν e i είναι το σήµα στη βάση του Τ, το ρεύµα διά µέσου της αντίστασης F, είναι: ei ( AX e A i ) X if = = ei F F Η ισοδύναµη αντίσταση στην είσοδο, που µπορεί να αντικαταστήσει την F, είναι: F x = AX Έτσι, για τον ενισχυτή µε ανάδραση, είναι:.. Θεωρητικά Αποτελέσµατα Α F = A o x r x r in Fin = x in Με C =kω, E =00Ω, C =kω, E.6kΩ, L =kω, F =68kΩ, S =300Ω, C =C =0µF, CC =8, β =β =350, η =η =, r bb =r bb =0, BE = BE =0.78, είναι: in s ) C-P F= I E =7.6mA I E =.83 ma ri = k in = k cef = A = eef = k ri = k in = k cef = 000 A = Ao =.00 Ax = x = x ri= A F =.05344

21 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 0.. Επίλυση µε το SPICE A F =.5 f H =.36 MHz. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Να µετρηθούν οι παράµετροι β των δύο τρανζίστορς (ο µέσος όρος θα χρησιµοποιηθεί στην ανάλυση µε το πρόγραµµα SPICE). Να συνδεσµολογηθεί το κύκλωµα του Σχ.3-3 και να τροφοδοτηθεί µε συνεχή τάση cc =5. O πυκνωτής C BC έχει τιµή 0 nf. Να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο B ώστε η συνεχής τάση στο συλλέκτη του τρανζίστορ Τ να είναι ίσο µε 5. Να µετρηθούν οι συνεχείς τάσεις στις βάσεις, εκποµπούς και συλλέκτες των τρανζίστορς. Να διακοπεί η τροφοδοσία του κυκλώµατος και να µετρηθεί (εκτός κυκλώµατος) η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο B. Να συµπληρωθούν οι σχετικές µετρήσεις.

22 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3: ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑ ΡΑΣΗ 5 0kΩ.kΩ ~ 0kΩ 0.µF in B C BC.8kΩ 0.µF BC38 Τ BC38 Τ E = 330Ω 00Ω E =.8kΩ out 4.7kΩ C B E BC38 Σχ Να συνδεθεί η γεννήτρια σηµάτων στην είσοδο του ενισχυτή. Με σήµα εισόδου πλάτους 50m pp και συχνότητας 0kHz, να ληφθεί η κυµατοµορφή στην έξοδο του ενισχυτή. Να µετρηθεί το πλάτος του σήµατος εξόδου και να υπολογιστεί η ενίσχυση. Να γραφτούν τα αποτελέσµατα. 3. Να αυξηθεί βαθµιαία το πλάτος του σήµατος εισόδου (συχνότητας 0kHz) ώστε να ληφθεί το µέγιστο πλάτος του σήµατος εξόδου, χωρίς παραµόρφωση. Να µετρηθεί το µέγιστο επιτρεπτό πλάτος του σήµατος εισόδου και το αντιστοιχούν πλάτος του σήµατος εξόδου. Να συµπληρωθούν τα αποτελέσµατα των µετρήσεων. 4. Να προστεθεί o πυκνωτής διαρροής C E =00µF, παράλληλα µε την αντίσταση E, και να επαναληφθεί η διαδικασία του βήµατος 3, προσέχοντας επιπλέον να µην παραµορφωθεί το σήµα εισόδου. Να συµπληρωθεί ο πίνακας των µετρήσεων. 5. Με σήµα εισόδου πλάτους 00 m και συχνότητας 0kHz και έχοντας συνδεδεµένο τον πυκνωτή C E, να µετρηθούν οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του κυκλώµατος καθώς επίσης και το πλάτος pp του σήµατος εξόδου. Να υπολογιστεί η ενίσχυση. Να συµπληρωθούν τα σχετικά αποτελέσµατα. 6. Μεταβάλλοντας τη συχνότητα του σήµατος, σύµφωνα µε το σχετικό πίνακα µετρήσεων, και διατηρώντας το πλάτος του στα 00m pp, να µετρηθεί το πλάτος του σήµατος εξόδου. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας.

23 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 7. ιατηρώντας στο κύκλωµα τον πυκνωτή C Ε (00µF), να προστεθεί ο κλάδος ανάδρασης F -C F, µε C F =0.µF, F =47 Ω, µεταξύ της εξόδου και του εκποµπού του Τ (βλ. Σχ.3-). Να επαναληφθεί το βήµα 6 και να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας. 8. Να διακοπεί η τροφοδοσία ώστε να τροποποιηθεί το υπάρχον κύκλωµα για να προκύψει το κύκλωµα του Σχ.3-4. Να τροφοδοτηθεί το νέο κύκλωµα µε συνεχή τάση cc =5. Να µετρηθούν οι συνεχείς τάσεις στις βάσεις, εκποµπούς και συλλέκτες των τρανζίστορς. Να συµπληρωθούν τα αποτελέσµατα των µετρήσεων. 9. Με σήµα εισόδου πλάτους 00 m και συχνότητας 0kHz, να µετρηθούν οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του ενισχυτή µε ανάδραση. Να µετρηθεί το πλάτος του σήµατος στην έξοδο και να υπολογιστεί η ενίσχυση. Να επαναληφθεί η διαδικασία του βήµατος 6. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας µετρήσεων. 5 0.µF.8kΩ 0 nf.kω 0.µF Τ Τ BC38 BC38 out 4.7kΩ ~ in 560Ω 00Ω BC38 8kΩ C B E Σχ.3-4 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ & ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ 0. Για τα προηγούµενα τρία κυκλώµατα να διεξαχθούν µε το πρόγραµµα SPICE α) DC ανάλυση β) χρονική ανάλυση µε σήµα εισόδου συχνότητας 0kHz γ) Ac Sweep, για να ληφθεί η απόκριση συχνότητας του κυκλώµατος από 0Hz ως 00MHz.. Να διεξαχθεί λεπτοµερής θεωρητική ανάλυση (DC και AC) των προηγουµένων κυκλωµάτων.]. Nα συγκριθούν τα προηγουµένως ληφθέντα πειραµατικά αποτελέσµατα µε τα θεωρητικά και µε εκείνα από την ανάλυση µε το SPICE.

24 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3: ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑ ΡΑΣΗ 3 ΑΣΚΗΣΗ 3: ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑ ΡΑΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΩΝΥΜΟ : ΟΝΟΜΑ : ΑΕΜ : Ηµερ/νία : Οµάδα : Βήµα : β = β = Μέσος όρος β = Ρύθµιση B για C =5 B = C = B = E = C = E = B = kω Βήµα : in = 50 m, f=0 khz 0ut = Ενίσχυση = pp Βήµα 3: Χωρίς τον πυκνωτή C E, f=0khz In MAX = pp out MAX = pp Βήµα 4: Με τον πυκνωτή C E =00µf, f=0khz In MAX = pp out MAX = pp Βήµα 5: C E = 00 µf, f=0khz, in =00m in = out = out = Ενίσχυση =

25 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 4 Βήµατα 6 & 7 Συχν. in Hz in=00 m pp, C E =00µF Χωρίς Ανάδραση (Βήµα 6) Με ανάδραση (Βήµα 7) out ( olts pp) C F =0.µF, F = 47 Ω out ( olts pp) khz 5kHz 0kHz 50KHz 00kHz 500kHz MHz Βήµα 8: B = C = B = E = C = E = Βήµα 9: f=0khz, in = 00 m in = out = out = pp Ενίσχυση = Συχνότητα in Hz khz 5kHz 0kHz 50KHz 00kHz 500kHz MHz out olts pp

26 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Κύκλωµα Συγκριτή Schmitt Trigger Στο κύκλωµα Schmitt Trigger που σχεδιάζεται στο Σχ. 4- εισάγεται µία θετική ανάδραση που βελτιώνει τα χαρακτηριστικά του βασικού συγκριτή τάσης µε τελεστικό ενισχυτή (χωρίς ανάδραση). Η τιµή της τάσης F, στο κοινό σηµείο των αντιστάσεων και, εξαρτάται από την τάση εξόδου, δηλαδή είναι: = F o ~ Ε i - o F Σχ. 4- Όταν η τάση εξόδου είναι στο δυναµικό sat (τάση κορεσµού) η τάση που επιστρέφει στην είσοδο (), ονοµάζεται άνω κατώφλι τάσης (upper threshold voltage), UT : UT = ( Sat ) Αν το δυναµικό Ε i υπερβεί την τάση UT, τότε, επειδή µόνο ένα ποσοστό της τάσης εξόδου µεταφέρεται στη µη αναστρέφουσα είσοδο, η διαφορά δυναµικού µεταξύ των δύο εισόδων του τελεστικού ενισχυτή αυξάνει. Αυτό, έχει σαν αποτέλεσµα να επιταχυνθεί η κάθοδος του δυναµικού εξόδου προς την τιµή - sat. Όταν η έξοδος βρίσκεται στο δυναµικό - sat, τότε η τάση που επιστρέφει στη µη αναστρέφουσα είσοδο ονοµάζεται κάτω κατώφλι τάσης (lower threshold voltage), LT : LT = ( Sat ) Όταν η τάση Ε i είναι µικρότερη από την τάση LT, τότε επειδή η τάση στη µη αναστρέφουσα είσοδο είναι µεγαλύτερη από αυτήν στην αναστρέφουσα είσοδο, το δυναµικό στην έξοδο είναι ίσο µε sat. Ο χρόνος που απαιτείται, για τη µεταβολή της εξόδου από sat σε - sat είναι της τάξης αρκετών µs. Για παράδειγµα, µε =0 kω, = kω, sat =3 και - sat = -3 είναι 000x3 UT = ( Sat ) = = x3 LT = ( Sat ) = = Το Σχ. 4- δείχνει την έξοδο του παραπάνω συγκριτή για µία κυµατοµορφή εισόδου.

27 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 6 E i t -3 o 3 0 t -3 Σχ. 4- Στο κύκλωµα του Σχ. 4-3 χρησιµοποιείται µία τάση EF για να µετατοπίσει το άνω και κάτω κατώφλι τάσης. Με =47kΩ, =0kΩ, sat =3 και - sat = -3 είναι: 0kΩ UT = ( Sat ) = x(3) =. 8 57kΩ 0kΩ LT = ( Sat ) = x( 3) =. 8 57kΩ Με EF =5, το άνω και κάτω κατώφλι τάσης µετατοπίζονται κατά: 47kΩ X = EF = x(5) = 4. 57kΩ Έτσι, είναι: UT = 4..8 = 6.4 και LT = 4.-.8= o ~ E i EF Σχ.4-3 Η διαφορά του κάτω από το άνω κατώφλι τάσης ονοµάζεται υστέρηση. Το Σχ. 4-4 δείχνει τη στατική χαρακτηριστική εισόδου-εξόδου του συγκριτή (βρόχος υστέρησης), Η τάση εξόδου εξαρτάται από την τιµή και τη φορά µεταβολής της τάσης εισόδου.

28 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ 7 o sat LT UT - sat E i Σχ.4-4. Γεννήτρια Παλµών Μία γεννήτρια παλµών µε έναν τελεστικό ενισχυτή που βασίζεται στη σύγκριση των δυναµικών στις δύο εισόδους του φαίνεται στο Σχ Όταν η έξοδος του Τ.Ε είναι ίση µε sat ο πυκνωτής φορτίζεται προς αυτήν την τάση µε σταθερά χρόνου 3 C, ενώ στη µη αναστρέφουσα είσοδο η στάθµη είναι : F = ( sat ) Όταν το δυναµικό στα άκρα του πυκνωτή φθάσει την παραπάνω τάση, η έξοδος του Τ.Ε οδηγείται στο δυναµικό sat και ο πυκνωτής εκφορτίζεται προς αυτήν την τάση. Η τάση F έχει τώρα αντίθετη πολικότητα. Όταν το δυναµικό στα άκρα του πυκνωτή φθάσει το δυναµικό F, τότε η έξοδος του Τ.Ε γίνεται εκ νέου θετική και ο κύκλος επαναλαµβάνεται. Στην έξοδο και στο κοινό σηµείο των, προκύπτουν ορθογώνιοι παλµοί. Η περίοδος των παλµών αυτών είναι συνάρτηση της σταθεράς χρόνου 3 C και του δυναµικού F, που εξαρτάται από τις τιµές των αντιστάσεων και. 3 C - o F Σχ Ανιχνευτής ιέλευσης από Μηδενική Τάση Το κύκλωµα του Σχ.4-6(α) δείχνει έναν ανιχνευτή διέλευσης από τη µηδενική τάση (zero crossing detector). Όταν η τάση εισόδου γίνεται θετική, τότε η έξοδος του τελεστικού ενισχυτή γίνεται ίση µε sat και το τρανζίστορ γίνεται αγώγιµο, µε αποτέλεσµα η τάση στην έξοδο του κυκλώµατος να είναι χαµηλή. Αν τώρα, το δυναµικό της εισόδου γίνει αρνητικό, τότε το τρανζίστορ οδηγείται στην αποκοπή και το δυναµικό στην έξοδο της διάταξης γίνεται ίσο µε 5. Ένα παρόµοιο κύκλωµα, που περιλαµβάνει και ένα δίκτυο C, φαίνεται στο Σχ.4-6(β) Το

29 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 8 δίκτυο C διεγείρεται από τους τετραγωνικούς παλµούς που παράγονται στην έξοδο του τελεστικού ενισχυτή και δίνει θετικές και αρνητικές αιχµές τάσης. Οι θετικές αιχµές κάνουν το τρανζίστορ αγώγιµο, και έτσι, η έξοδος του κυκλώµατος λαµβάνει µία χαµηλή τιµή τάσης (το τρανζίστορ άγει), µόνο όταν η τάση εισόδου διέρχεται από το µηδέν και στη συνέχεια λαµβάνει θετικές τιµές. o ~ E i - - (α) o ο ~ E i - C Σχ (β). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Να συνδεσµολογηθεί ο συγκριτής του Σχ.4-7 και να τροφοδοτηθεί µε συνεχείς τάσεις ±5. - µα 74 Out ~ o Ε i = kω F = 0kΩ µα in (-) - Σχ Να συνδεθεί η γεννήτρια σηµάτων στην είσοδο της διάταξης. Με σήµα εισόδου πλάτους 3 pp και συχνότητας 00Hz να ληφθούν και να σχεδιαστούν στο έντυπο των µετρήσεων οι κυµατοµορφές στην είσοδο, έξοδο και στο κοινό σηµείο των αντιστάσεων και, για µία περίοδο αρχίζοντας τη σχεδίαση από µία χρονική στιγµή όπου E i =.5 (p, πλάτος σήµατος). 3. Να ληφθεί και να σχεδιαστεί στο έντυπο των µετρήσεων η στατική χαρακτηριστική εισόδουεξόδου του κυκλώµατος. 4. Να διακοπεί η τροφοδοσία για να αντικατασταθεί η αντίσταση ( kω) µε αντίσταση των. kω. Nα επανατροφοδοτηθεί το κύκλωµα και να ρυθµιστεί το πλάτος pp του σήµατος εισόδου ώστε η έξοδος του συγκριτή, µόλις να αρχίσει να εναλλάσσεται µεταξύ sat και - sat. Να µετρηθεί το παραπάνω πλάτος του σήµατος εισόδου, E i MiIN. Να συµπληρωθεί ο πίνακας των µετρήσεων. 5. Να συνδεσµολογηθεί το κύκλωµα της γεννήτριας παλµών του Σχ.4-8 και να τροφοδοτηθεί µε συνεχείς τάσεις ±5. Να ληφθεί και να σχεδιαστεί στο έντυπο των µετρήσεων η in ()

30 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ 9 κυµατοµορφή στην έξοδο του τελεστικού ενισχυτή: α) µε C=47 nf και β) µε C=00 nf. Να µετρηθεί η περίοδος των παραγοµένων παλµών. Να συµπληρωθεί ο πίνακας των µετρήσεων. 4.7kΩ µα74 - Out C o µα 74 F kω 0kΩ 3 4 in (-) - Σχ. 4-8 in () 6. Να διακοπεί η τροφοδοσία και να τροποποιηθεί το κύκλωµα σε αυτό που φαίνεται στο Σχ.4-9 (ανιχνευτής διέλευσης από µηδενική τάση). Να τροφοδοτηθεί το νέο κύκλωµα µε συνεχείς τάσεις ±5. Με σήµα εισόδου πλάτους 3 pp και συχνότητας 00Hz, να ληφθούν και να σχεδιαστούν σε κοινούς άξονες στο έντυπο των µετρήσεων οι κυµατοµορφές στην είσοδο και έξοδο o (συλλέκτη του τρανζίστορ): α) µε C= µf και β) µε C = 4.7 µf. µα74 BC38 kω 5 ο Out µα 74 BC38 ~ E i - C 00Ω 3 4 C B E -5 in (-) Σχ. 4-9 in () - ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΜΕ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ 7. Για τα προηγούµενα τρία κυκλώµατα να διεξαχθούν µε το πρόγραµµα SPICE χρονικές αναλύσεις λαµβάνοντας τις αναγκαίες κυµατοµορφές για την εξήγηση της λειτουργίας τους. 8. Nα συγκριθούν τα προηγουµένως ληφθέντα πειραµατικά αποτελέσµατα µε εκείνα από την ανάλυση µε το SPICE. Να εξηγηθεί σε συντοµία η λειτουργία των προηγουµένων κυκλωµάτων, µε βάση τις κυµατοµορφές που ελήφθησαν.

31 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 30 ΑΣΚΗΣΗ 4: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΩΝΥΜΟ : ΟΝΟΜΑ : ΑΕΜ : Ηµερ/νία : Οµάδα : Βήµατα & 3: Βήµα Βήµα 3 Κυµατοµορφή στην είσοδο Χαρακτηριστική Εισόδου-Εξόδου Κυµατοµορφή στην έξοδο: Κυµατοµορφή στο κοινό σηµείο των, Βήµα 4:

32 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 4: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ 3 =. kω Ε in MIN = pp Βήµα 5: C =47 nf C =00 nf Περίοδος = Περίοδος = Βήµα 6: C = µf C =4.7 µf

33 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΕΣ. Ταλαντωτής Μετατόπισης Φάσης µε ένα Τρανζίστορ Ο βασικός ταλαντωτής C που φαίνεται στο Σχ. 5- περιλαµβάνει µία βαθµίδα ενίσχυσης µε θετική ανάδραση που προκαλείται από ένα τριπλό δίκτυο C. CC C i B C out C C Σχ. 5- Στην έξοδο του ενισχυτή κοινού εκποµπού προκαλείται µία µετατόπιση φάσης 80 ο, σε σχέση µε την είσοδο, και το τριπλό δίκτυο C προκαλεί µία περαιτέρω µετατόπιση φάσης κατά 80 ο. Το κέρδος τάσης, out / i και ο συντελεστής ανάδρασης είναι: A = out i = β C rbb rb e Αν B bb b e ) = i F = out ( r r (για το σκοπό αυτό, συνήθως προστίθεται µία αντίσταση σε σειρά µε τον ακροδέκτη της βάσης του τρανζίστορ) τότε: Εποµένως: i out = 6 5 j ωc ω C AF = 5 ω C βc rbb rb e j 3 3 ω C j 3 3 ω C 3 6 ωc 3 = Για να µη συµβαίνει µετατόπιση φάσης, πρέπει το άθροισµα των µιγαδικών όρων στη συχνότητα ταλάντωσης ω ο να είναι µηδενικό. Εποµένως, µε τις παραπάνω προϋποθέσεις, η συχνότητα ταλάντωσης είναι:

34 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5: ΤΑΛΑΝΤΩΤΕΣ 33 fο = π 6C Προκειµένου να ισχύει ότι AF=, πρέπει να είναι: βc rbb rb e βc AF = = = 5 9( rbb rb e ) ω o C Έτσι, η τιµή του συντελεστή F του δικτύου ανάδρασης είναι ίση µε -/9 και Α= -9.. Ταλαντωτής Γέφυρας Wien Στο βασικό κύκλωµα του ταλαντωτή Wien, που φαίνεται στο Σχ. 5- (α), εφαρµόζεται θετική ανάδραση µε το δίκτυο Wien (, C,, C ) και επιπλέον αρνητική ανάδραση ( 3, 4 ) για τη σταθεροποίηση του πλάτους των ταλαντώσεων. C - ο C Z C 4 3 o i i o Z C Σχ. 5- (α) (β) (γ) Από το δίκτυο Wien, που σχεδιάζεται ξεχωριστά στα Σχ.5- (β)-(γ) προκύπτει: µε Συνεπώς, i o i Z Z Z = = Z o = Z Z = jωc Z = jω C jωc [ jω C ] Με = = και C =C =C είναι: = C C j ω C ω C

35 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 34 i = 3 j ωc o ωc Το µιγαδικό µέρος µηδενίζεται στη συχνότητα συντονισµού: ω ο = C Εποµένως, η συχνότητα ταλάντωσης είναι: fο = πc και το κέρδος του ενισχυτή πρέπει να είναι µεγαλύτερο από 3, πράγµα που επιτρέπει την εφαρµογή αρνητικής ανάδρασης για τη σταθεροποίηση του πλάτους των ταλαντώσεων.. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Να µετρηθεί η παράµετρος β του τρανζίστορ BC38 και να συναρµολογηθεί το κύκλωµα του Σχ. 5-3, αλλά µε αποσυνδεδεµένο το σύνδεσµο ανάδρασης (βλ. σχήµα 5-3) και C =8 kω. Να τροφοδοτηθεί το κύκλωµα µε συνεχή τάση 5.. Να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο B ώστε το δυναµικό στο συλλέκτη του τρανζίστορ να είναι ίσο µε. Να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας µετρήσεων. 3. Να συνδεθεί η γεννήτρια σηµάτων στην είσοδο του ενισχυτή. Με σήµα εισόδου πλάτους 40 m pp και συχνότητας 0 khz να παρατηρηθεί η κυµατοµορφή στο συλλέκτη του τρανζίστορ. Να µετρηθεί το πλάτος pp του σήµατος εξόδου και να υπολογιστεί η ενίσχυση. Αυξάνοντας βαθµιαία το πλάτος του σήµατος εισόδου να µετρηθεί το µέγιστο πλάτος pp του σήµατος εισόδου, πέραν του οποίου παραµορφώνεται το σήµα που λαµβάνεται στο συλλέκτη του τρανζίστορ. Να µετρηθεί το αντιστοιχούν µέγιστο πλάτος pp του σήµατος εξόδου. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας µετρήσεων. 5 C out 0kΩ 47nF 47nF in 33kΩ B BC38 4.7kΩ 4.7kΩ BC38 47nF C B E Είσοδος Ενισχυτή (χωρίς ανάδραση) Σύνδεσµος Ανάδρασης Σχ. 5-3

36 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5: ΤΑΛΑΝΤΩΤΕΣ Να διακοπεί η τροφοδοσία του κυκλώµατος και να αντικατασταθεί η αντίσταση C µε αντίσταση των 4.7 kω. Να συνδεθεί η γεννήτρια σηµάτων στην είσοδο του ενισχυτή. Με σήµα εισόδου πλάτους 40 m pp και συχνότητας 0 khz, να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο B ώστε η ενίσχυση να είναι ίση µε 00. Να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο. Να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας µετρήσεων. 5. Να αποσυνδεθεί η γεννήτρια σηµάτων και να συνδεθεί ο σύνδεσµος ανάδρασης. Να ρυθµιστεί το ποτενσιόµετρο B ώστε στην έξοδο µόλις να αρχίσουν να παράγονται σταθερού πλάτους ταλαντώσεις. Να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο και να συµπληρωθεί το αποτέλεσµα. 6. Με κατάλληλη ρύθµιση του ποτενσιόµετρου B να παρατηρηθεί το µέγιστο πλάτος του σήµατος εξόδου, χωρίς αυτό να παραµορφώνεται. Να µετρηθεί η τιµή της αντίστασης που παρουσιάζει το ποτενσιόµετρο και να συµπληρωθεί ο σχετικός πίνακας των µετρήσεων. 7. Στο διάγραµµα των αποτελεσµάτων των µετρήσεων να σχεδιαστεί η κυµατοµορφή εξόδου και να µετρηθεί η περίοδος των παραγοµένων ταλαντώσεων. 8. Να επαναληφθούν τα βήµατα 5-7 χρησιµοποιώντας πυκνωτές µε χωρητικότητα.5 nf. 9. Να συναρµολογηθεί και να τροφοδοτηθεί το κύκλωµα του Σχ. 5-4 µε συνεχείς τάσεις ± Να µεταβληθεί η ρυθµιστική αντίσταση F ώστε στην έξοδο να αρχίσουν να παράγονται σταθερού πλάτους ταλαντώσεις. Να µετρηθεί η τιµή της F..5 nf 00 kω µα F 6 Out µα Ω 00 kω Σχ nf 00 Ω in (-) in () -. Να σχεδιαστεί η κυµατοµορφή εξόδου και να µετρηθεί η συχνότητα των παραγοµένων ταλαντώσεων.. Να επαναληφθεί το προηγούµενο βήµα χρησιµοποιώντας πυκνωτές ανάδρασης των 47 nf. Αναλύσεις µε τον Υπολογιστή 3. Να αναλυθούν τα δύο προηγούµενα κυκλώµατα ταλαντωτών µε το πρόγραµµα SPICΕ και να συγκριθούν τα αποτελέσµατα µε τα πειραµατικά.

37 Ι.Μ. ΚΟΝΤΟΛΕΩΝ: vergina.eng.auth.gr/kontoleon/ 36 ΑΣΚΗΣΗ 5: ΤΑΛΑΝΤΩΤΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΩΝΥΜΟ : ΟΝΟΜΑ : ΑΕΜ : Ηµερ/νία : Οµάδα : Βήµα : β = Βήµα : B = kω Βήµα 3: in = 40 m, f=0khz out = Ενίσχυση = in MAX = pp m pp out MAX = pp Βήµα 4: C =4.7 kω, in =40 m, f= 0kHz, out/ in= -00 B = Βήµα 5: kω Με δίκτυο ανάδρασης (=4.7 kω, C=47 nf) Ρύθµιση για έναρξη ταλαντώσεων B = kω Βήµα 6: Ρύθµιση για µέγιστο πλάτος στη έξοδο B = kω

38 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5: ΤΑΛΑΝΤΩΤΕΣ 37 Βήµατα 7 & 8: Βήµα 7 Βήµα 8 Κυµατοµορφές Εξόδου C=47 nf C=.5 nf Ρύθµιση για έναρξη ταλαντώσεων (Βήµα 5) B = kω Ρύθµιση για µέγιστο πλάτος στη έξοδο (Βήµα 6) B = kω Περίοδος = Περίοδος = Συχνότητα = Συχνότητα = Βήµα 0: F = Ω Βήµατα & : Κυµατοµορφές Εξόδου Βήµα Βήµα C=.5 nf C=47 nf Περίοδος = Περίοδος = Συχνότητα = Συχνότητα =