ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Ενισχυτές. Ενισχυτές. ΕνισχυτέςΓ. Τσιατούχας

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Ενισχυτές. Ενισχυτές. ΕνισχυτέςΓ. Τσιατούχας"

Σουσάννα Βικελίδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ενισχτές ΕνισχτέςΓ. Τσιατούχας ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ενισχτές 2

2 Σήµατα Σήµα: πληροφορία πο αφορά τη δραστηριότητα το φσικού κόσµο. Σνήθως, τα σήµατα µετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήµατα (τάσεις και ρεύµατα) µε χρήση κατάλληλων µετατροπέων ώστε να καταστεί δνατή η επεξεργασία τος από ηλεκτρονικά σστήµατα. s s s s Πηγή σήµατος κατά Thevenn Πηγή σήµατος κατά Nrtn Ενισχτές 3 Φάσµα Σχνοτήτων Το φάσµα σχνοτήτων αποτελεί µία περιγραφή ενός σήµατος στο πεδίο των σχνοτήτων. Επιτγχάνεται µέσω µαθηµατικών εργαλείων (σειρά και µετασχηµατισµός Furer). Ειδικότερα, η σειρά Furer επιτρέπει την έκφραση ενός σήµατος, πο είναι περιοδική σνάρτηση το χρόνο, ως το άθροισµα ενός άπειρο αριθµού ηµιτόνων των οποίων οι σχνότητες έχον αρµονική σχέση µεταξύ τος. V V Τετραγωνικός Παλµός T ω 0 2π/Τ 4V ( t) sn ω0t sn 3ω0t sn 5ω0t... π 3 5 t 4V π Σειρά Furer 4V 3 π ΦάσµαΣχνοτήτων 4V 5 π 4V 7 π ω ο 3ω ο 5ω ο 7ω ο ω(rad/s) Ενισχτές

3 Ενισχτές Γενικά Ενισχτής ίθρο ικτύωµα (t) (t) ( t) (t) Γραµµικός Ενισχτής Κέρδος Ενίσχσης (t) (t) 2 (t) (t) B (t)... Μη Γραµµική Παραµόρφωση Ενισχτές Τάσης: ενισχύον το πλάτος το σήµατος. Ενισχτές Ισχύος: αποδίδον κέρδος ρεύµατος. Ενισχτές 5 Κέρδος Τάσης, Ρεύµατος και Ισχύος I (t) I O Ο (t) Ο Κέρδος Τάσης db 20lg0 db 0 I Χαρακτηριστική ΕισόδοΕξόδο Κέρδος Ρεύµατος db db p 20lg 0lg 0 0 p db db p Κέρδος Ισχύος P P I Ενισχτές 6 3

4 Τροφοδοσία Ενισχτή V I V I V Ο V V V I Ο I 2 V 2 V 2 P P P P dc V I V2I 2 dc Ενισχ. P dc κατανάλωση από την τροφοδοσία P Ενισχ. εσωτερική κατανάλωση ενισχτή Αποδοτικότητα: P η P dc P 00 Ενισχτές 7 Κορεσµός Ενισχτή Ψαλιδισµός Χαρακτηριστική ΕισόδοΕξόδο Κµατοµορφές Εξόδο / t ιακύµανση σήµατος εισόδο προς αποφγή ψαλιδισµού: Κµατοµορφές Εισόδο Ενισχτές 8 4

5 Πόλωση Κκλώµατος Ι (t) V I (t) V Σηµείο Λειτοργίας (Πόλωσης Ηρεµίας) (t) I Ο (t) V O ο (t) Κλίση Α V I Τάση Πόλωσης ( t) (t) d d Q Ενισχτές 9 Μοντέλο Ενισχτή Τάσης (Ι) Α ο κέρδος τάσης ανοικτού κκλώµατος Κύριο δοµικό στοιχείο το µοντέλο (δίθρο δικτύωµα) είναι µια πηγή τάσης ελεγχόµενη από τάση. s Κκλωµατικό Μοντέλο Η έχει σαν αποτέλεσµα να εµφανίζεται στην έξοδο µόνο ένα ποσοστό της. Ο διαιρέτης τάσης δίνει: s Έτσι το κέρδος τάσης είναι: Ενισχτής τάσης (ΕΤ) µε σήµα και φορτίο Ζητούµενο <<. Ιδανικά 0. Ενισχτές 0 5

6 Μοντέλο Ενισχτή Τάσης (ΙΙ) s Κκλωµατικό Μοντέλο Η έχει σαν αποτέλεσµα µόνο ένα µέρος της s να φτάνει στος ακροδέκτες το ενισχτή. Ο διαιρέτης τάσης δίνει: s s s Ζητούµενο >> s. Ιδανικά. Ενισχτής τάσης (ΕΤ) µε σήµα και φορτίο Ενισχτές Μοντέλο ET και gπαράµετροι g g 2 g 22 g 2 ο g Αγωγιµότητα Εισόδο g 2 Κέρδος (Απολαβή) Τάσης (Ανοικτού Κκλώµατος) g 2 0 Αντίστροφη Ενίσχση Ρεύµατος g 22 Αντίσταση Εξόδο Ενισχτές 2 6

7 Παράδειγµα (I) Ενισχτής Τάσης Ενισχτής Τάσης Ενισχτής Τάσης Ζητάµε τον πολογισµό το σνολικού κέρδος τάσης ( / s ), κέρδος ρεύµατος και κέρδος ισχύος P. Ενισχτές 3 Παράδειγµα (II) ιαιρέτης Τάσης Το µέρος το σήµατος s πο φτάνει στην είσοδο το ενισχτή είναι: s ΜΩ ΜΩ 00ΚΩ σύµφωνα µε το διαιρέτη τάσης πο δηµιοργείται στην είσοδο το κκλώµατος. Ενισχτές 4 7

8 Παράδειγµα (IIΙ) ιαιρέτης Τάσης Το κέρδος τάσης το ο σταδίο βρίσκεται αν θεωρηθεί η αντίσταση εισόδο το 2 ο σταδίο ως φόρτος το ο σταδίο. Από το διαιρέτη τάσης πο προκύπτει, θα ισχύει: 00KΩ 0 00KΩ ΚΩ Ενισχτές 5 Παράδειγµα (IV) Παρόµοια, το κέρδος τάσης 2 το 2 ο σταδίο βρίσκεται αν θεωρηθεί η αντίσταση εισόδο το 3 ο σταδίο ως φόρτος το 2 ο. 0KΩ 00 0KΩ ΚΩ Ενισχτές 6 8

9 Παράδειγµα (V) Τέλος, το κέρδος τάσης 3 το 3 ο σταδίο πολογίζεται ως ακολούθως: 00Ω 00Ω 0Ω Ενισχτές 7 Παράδειγµα (VI) Το σνολικό κέρδος τάσης των τριών εν σειρά σταδίων θα είναι: Το κέρδος τάσης από τη πηγή στο φορτίο ( / s ) θα δίδεται πολλαπλασιάζοντας το µε το σντελεστή απώλειας σήµατος στην είσοδο s s s ή 57.4 db Το κέρδος ρεύµατος θα είναι: 00 4 Ω MΩ ή 38.3 Ενισχτές 8 6 db 9

10 Παράδειγµα (VII) Το κέρδος ισχύος P θα είναι: P P P I 8 ή 98.3 db Παρατηρήστε ότι ισχύει: (db) 2 [ (db) (db)] P Ενισχτές 9 Μοντέλο Ενισχτή Ρεύµατος (Ι) s Α s κέρδος ρεύµατος βραχκκλώµατος s s Κκλωµατικό Μοντέλο s Ενισχτής ρεύµατος (ΕΡ) µε σήµα και φορτίο Κύριο δοµικό στοιχείο το µοντέλο είναι µια πηγή ρεύµατος ελεγχόµενη από ρεύµα. Η έχει σαν αποτέλεσµα να εµφανίζεται στην έξοδο µόνο ένα ποσοστό το ρεύµατος s. Ο διαιρέτης ρεύµατος δίνει: s Έτσι το κέρδος ρεύµατος είναι: s Ζητούµενο >>. Ιδανικά. Ενισχτές 20 0

11 Μοντέλο Ενισχτή Ρεύµατος (ΙΙ) s s s Κκλωµατικό Μοντέλο s Η έχει σαν αποτέλεσµα µόνο ένα µέρος το s να φτάνει στην είσοδο το ενισχτή. Ο διαιρέτης ρεύµατος δίνει: s s s Ενισχτής ρεύµατος (ΕΡ) µε σήµα και φορτίο Ζητούµενο << s. Ιδανικά 0. Ενισχτές 2 Μοντέλο ΕΡ και hπαράµετροι h ο h 2 h 2 h 22 h Αντίσταση Εισόδο h 2 s Κέρδος (Απολαβή) Ρεύµατος (Βραχκκλώµατος) h 2 0 Αντίστροφη Ενίσχση Τάσης h 22 Αγωγιµότητα Εξόδο Ενισχτές 22

12 Μοντέλο Ενισχτή ιαγωγιµότητας Gm διαγωγιµότητα βραχκκλώµατος Κύριο δοµικό στοιχείο το µοντέλο είναι µια πηγή ρεύµατος ελεγχόµενη από τάση. Η παράµετρος κέρδος είναι: Gm Κκλωµατικό Μοντέλο s Gm s (τιµές αγωγιµότητας) Ζητούµενο >>. Ιδανικά. Gm Ζητούµενο >>s. Ιδανικά. Ενισχτής διαγωγιµότητας µε σήµα και φορτίο Χρήση yπαραµέτρων! Ενισχτές 23 Μοντέλο Ενισχτή ιαντίστασης m διαντίσταση ανοικτού κκλώµατος Κύριο δοµικό στοιχείο το µοντέλο είναι µια πηγή τάσης ελεγχόµενη από ρεύµα. m Η παράµετρος κέρδος είναι: m Κκλωµατικό Μοντέλο s s m (τιµές αντίστασης) Ζητούµενο <<. Ιδανικά 0. Ενισχτής διαντίστασης µε σήµα και φορτίο Ζητούµενο <<s. Ιδανικά 0. Χρήση zπαραµέτρων! Ενισχτές 24 2

13 Τύποι Μοντέλα Ενισχτών (Ι) Τύπος Μοντέλο Κκλώµατος Παράµετρος Κέρδος Ιδεατά Χαρακτηριστικά Ενισχτής Τάσης Κέρδος Τάσης Ανοικτού Κκλώµατος ο 0 (V / V) 0 Ενισχτής Ρεύµατος s Κέρδος Ρεύµατος Βραχκκλώµατος s 0 ( / ) 0 Μονόπλερα Μοντέλα (δεν ανάδραση από την έξοδο στην είσοδο) Ενισχτές 25 Τύποι Μοντέλα Ενισχτών (ΙΙ) Τύπος Μοντέλο Κκλώµατος Παράµετρος Κέρδος Ιδεατά Χαρακτηριστικά Ενισχτής ιαγωγιµότητας G m ιαγωγιµότητα Βραχκκλώµατος G m 0 ( Α / V) Ενισχτής ιαντίστασης m ιαντίσταση Ανοικτού Κκλώµατος m 0 (V / ) 0 0 Μονόπλερα Μοντέλα Για την µοντελοποίηση ενός ενισχτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί οποιοδήποτε από τα προηγούµενα µοντέλα! Ενισχτές 26 3

14 Σχέσεις των Μοντέλων Ενισχτών Ητάση εξόδο ανοικτού κκλώµατος στο µοντέλο το ενισχτή τάσης είναι: ο Α ο. Στο µοντέλο το ενισχτή ρεύµατος η τάση εξόδο ανοικτού κκλώµατος δίδεται από τη σχέση: ο s.. Εξισώνοντας τις δύο σχέσεις και λαµβάνοντας π όψιν ότι: / θα ισχύει: ο s ο s Παρόµοια ισχύει: G ο m και ο m Ενισχτές 27 Παράδειγµα ιπολικό Τρανζίστορ Κκλωµατικό Σύµβολο ιπολικού Τρανζίστορ B b β b c C C be r π e Μοντέλο Ενισχτή Ρεύµατος B Β BE C E CE B b E g m be c C E be Μοντέλο Ενισχτή ιαγωγιµότητας r π e E Ενισχτές 28 4

15 Απόκριση Σχνότητας Ενισχτών V sn ωt Γραµµικός ενισχτής V sn (ωtφ) Σνάρτηση Μεταφοράς Τ(ω) T ( ω) T( ω) V V ϕ κέρδος φάση Το εύρος των σχνοτήτων, για το οποίο το κέρδος το ενισχτή είναι περίπο σταθερό (µε διακύµανση σνήθως 3dB), ονοµάζεται: Εύρος Ζώνης Απόκριση Μέτρο ή Πλάτος ή Κέρδος Ενισχτές 29 Λογαριθµικές Κλίµακες Σχνότητας Στην αναπαράσταση της απόκρισης το κέρδος και της φάσης χρησιµοποιούµε λογαριθµική κλίµακα για τη σχνότητα. Μια τέτοια λογαριθµική κλίµακα δίδεται στο σχήµα πο ακολοθεί. εκάδα Οκτάβα f (Hz) lg Μία δεκάδα είναι ένα εύρος σχνοτήτων για τις οποίες ο λόγος της µέγιστης προς την ελάχιστη είναι 0. Π.χ. το εύρος σχνοτήτων από 2Hz σε 20Hz είναι µία δεκάδα ενώ το εύρος σχνοτήτων από 50Hz σε 5000Hz είναι δύο δεκάδες. Μία οκτάβα είναι ένα εύρος σχνοτήτων για τις οποίες ο λόγος της µέγιστης προς την ελάχιστη είναι 2. Π.χ. το εύρος σχνοτήτων από 0Hz σε 20Hz είναι µία οκτάβα ενώ το εύρος σχνοτήτων από 2ΚHz σε 6ΚHz είναι τρεις οκτάβες. Ενισχτές 30 5

16 ίκτα Μονής Σταθεράς Χρόνο Ένα δίκτο µονής σταθεράς χρόνο ΜΣΧ σνίσταται (ή µπορεί να εκφλιστεί σε ένα τέτοιο) από ένα παθητικό στοιχείο (πηνίο ή πκνωτή) και µία ωµική αντίσταση. ίκτο Πκνωτή C Αντίστασης τ C Σταθερά Χρόνο ίκτο Πηνίο Αντίστασης τ ίκτα Μονής Σταθεράς Χρόνο Πκνωτή Αντίστασης V C V V V C Βαθπερατό Υψιπερατό Ενισχτές 3 Απόκριση Σχνότητας ικτύων ΜΣΧ Ενισχτές 32 6

17 Απόκριση Βαθπερατών ικτύων ΜΣΧ Απόκριση Πλάτος ιαγράµµατα Bde 20dB / δεκάδα V C V Βαθπερατό ίκτο Μονής Σταθεράς Χρόνο ω ο τ C Απόκριση Φάσης 45 ο / δεκάδα Ενισχτές 33 Απόκριση Υψιπερατών ικτύων ΜΣΧ Απόκριση Πλάτος V C V 20dB / δεκάδα ιαγράµµατα Bde Υψιπερατό ίκτο Μονής Σταθεράς Χρόνο ω ο τ C 45 ο / δεκάδα Απόκριση Φάσης Ενισχτές 34 7

18 ίκτα ΜΣΧ Βαθπερατού Τύπο ω 0 Ζ C /(jωc) και Z jω 0 Ενισχτές 35 ίκτα ΜΣΧ Υψιπερατού Τύπο ω Ζ C /(jωc) 0 και Z jω Ενισχτές 36 8

Σχετικά έγγραφα

Κεφάλαιο 1 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Ενισχυτές 2

Κεφάλαιο 1 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Ενισχυτές 2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Ενισχτές Κεφάλαιο ο Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Γ. Τσιατούχας VSI Technlgy and Cmputer rchtecture ab ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Διάρθρωση. Ενισχτές 2. Κέρδος τάσης, ρεύματος,