8. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ PUSH-PULL

Transcript

1 ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ. Ε. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΙ ΣΤΟΧΟΙ Ημερομηνία:.... /.... / Τμήμα:.... Ομάδα: 8. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ USH-ULL η κατανόηση της αρχής λειτουργίας ενός ενισχυτή USH-ULL με συμμετρικά τρανζίστορ η μελέτη ενός ενισχυτή USH-ULL στο συνεχές (χάραξη ευθείας φόρτου, καθορισμός σημείων λειτουργίας, προσδιορισμός τάξης λειτουργίας) η κατανόηση του βαθμού απόδοσης ενός ενισχυτή ισχύος η κατανόηση της λειτουργίας ενός ενισχυτή σε τάξη ΑΒ με σήμα στη είσοδο ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Βήμα 1. Για την υλοποίηση της Άσκησης θα χρησιμοποιήσουμε ένα ενισχυτή USH-ULL ακουστικών συχνοτήτων με συμμετρικά BJT τρανζίστορ. Υλοποιήστε το παρακάτω κύκλωμα του σχήματος Ε8.1 και δώστε τροφοδοτική τάση V CC =13V. Προσοχή, μετρήστε την τροφοδοτική τάση με ψηφιακό βολτόμετρο ώστε να είναι ακριβώς 13V. Επιπλέον χωρίς σήμα στην είσοδο του ενισχυτή (στατική λειτουργία) μετρήστε με βολτόμετρο τις παρακάτω συνεχείς τάσης και συμπληρώστε τον πίνακα Ε8.1: +V CC R 8.K Q 1 C 1 10μF R 1 100Ω R 3 Κ R 6 Λ C 100μF 13V είσοδος R 4 Q R 7 έξοδος R 5 8.K Σχήμα Ε8.1 - Κύκλωμα απλού ενισχυτή USH-ULL συμπληρωματικής συμμετρίας V CE1 V BE1 V R6 V CE V BE V R7 V Λ-ΓΗ V Κ-ΓΗ V B1-ΓΗ V B-ΓΗ Πίνακας Ε8.1 Από τις μετρήσεις του πίνακα Ε8.1 να υπολογίστε τις παρακάτω ποσότητες και να συμπληρώσετε τον πίνακα Ε8. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΙ 1

2 Τρανζίστορ Q 1 Τρανζίστορ Q V R V CC V Β1-ΓΗ = =.... V R = =.... V R = =.... V R5.... I R I R I R I R I B1 I R - I R3 = =.... I B = =.... I E1 = I R I E = I R I C1 I E1 - I B1. = =.... I C = =.... Πίνακας Ε8. Με την βοήθεια τώρα του πίνακα Ε8. να αποφανθείτε: - ποιο είναι το σημείο λειτουργίας (V CE, I C ) για κάθε τρανζίστορ. - ποια είναι η τάξη λειτουργίας του κάθε τρανζίστορ, αφού χαράξετε την ευθεία φόρτου και τοποθετήσετε σε αυτή τα σημεία λειτουργίας. - αν τα τρανζίστορ Q 1 και Q είναι απολύτως συμμετρικά (δηλαδή, εάν τα σημεία λειτουργίας ισαπέχουν από το σημείο αποκοπής). Βήμα. Στην είσοδο του ενισχυτή και δώστε εναλλασσόμενο σήμα συχνότητας f=000hz και πλάτους V i =1,5Volt. Με αντίσταση φορτίου R L =0Ω μετρήστε με βολτόμετρο την εναλλασσόμενη τάση V R1 στα όρια της R 1 =100Ω. Υπολογίστε το ρεύμα εισόδου I i-rms που δίνει η πηγή σήματος από την σχέση VR1 I irms R1 Η τάση εξόδου της πηγής σήματος είναι V i = 1,5V πλάτος, άρα η ισχύς εισόδου i θα είναι (προσοχή στις μονάδες!) Vi i Iirms Με τον παλμογράφο μετρήστε το πλάτος της τάσης εξόδου V o και υπολογίστε την ισχύ εξόδου o από την σχέση (προσοχή στις μονάδες!) Vo o R o Άρα η ενίσχυση ισχύος A p είναι: Ap L i ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΙ

3 Βήμα 3. Με αντίσταση φορτίου R L =0Ω και με βραχυκυκλωμένη την R 1 δώστε στην είσοδο του ενισχυτή εναλλασσόμενο ημιτονικό σήμα συχνότητας f=000hz. Με τον παλμογράφο να μετράτε την τάση εξόδου V o συναρτήσει της τάσης εισόδου V i και ταυτόχρονα με αμπερόμετρα να μετράτε το ολικό συνεχές ρεύμα που δίνει το τροφοδοτικό (I ολ ) καθώς και το συνεχές ρεύμα I C1 που διαρρέει τον συλλέκτη του τρανζίστορ Q 1. Ξεκινήστε με πλάτος V i =V και συνεχίστε να το αυξάνετε μέχρις ότου αρχίσει το σήμα εξόδου να παραμορφώνεται. Όταν συμβεί αυτό έχετε φθάσει στο μέγιστο απαραμόρφωτο πλάτος εξόδου του ενισχυτή. Με τις παραπάνω μετρήσεις συμπληρώστε τον πίνακα E8.3. R 8.K Q1 Α Α +VCC C1 10μF R1 100Ω R3 R6 C 100μF 13V είσοδος R4 Q R7 έξοδος Rπροσ R5 8.K Από την σχέση DC = I ολ V DC υπολογίστε την ισχύ που δίνει η πηγή συνεχούς τάσεως στο Vo κύκλωμα, ενώ από την σχέση o υπολογίστε την εναλλασσόμενη ισχύ που R L αποδίδει ο ενισχυτής στο φορτίο. rms στην έξοδο Στην συνέχεια από την σχέση n υπολογίστε τον βαθμό αποδόσεως του ενισχυτή (πίνακας 8.3). DC απότοτροφοδοτικό V i (πλάτος) V o (πλάτος) I ολ (DC) I C1 (DC) R 1 = 0Ω, R L = 0Ω, f = 000Hz o o V DC =I ολ V DC R L n rms στην έξοδο DC απότοτροφοδοτικό Μέγιστη απαραμόρφωτη έξοδος V o =..... Volt για V i =..... Volt οπότε n =..... % Πίνακας E8.3 - Να συγκρίνετε αυτά που ξέρετε από την θεωρία για την σχέση ανάμεσα στο I ολ (DC) και στο I C1 (DC) με τις αντίστοιχες μετρήσεις του πίνακα 8.3. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΙ 3

4 - Επιπλέον να παρατηρήσετε τις μεταβολές του βαθμού αποδόσεως n του ενισχυτή καθώς και τις συνθήκες στις οποίες εμφανίζεται η μέγιστη τιμή του Βήμα 4. Χρησιμοποιήστε παλμογράφο διπλής δέσμης μη γειωμένο μέσω της γείωσης του ρευματολήπτη του. Τοποθετείστε και τις δυο γειώσεις των probes του παλμογράφου στο σημείο Λ. Με τις εισόδους των δύο probes παρατηρήστε τις κυματομορφές των τάσεων V R6 και V R7 στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού (R 6, R 7 ) των τρανζίστορ Q 1 και Q (σχήμα 8.3). Επειδή η τάση στα άκρα μιας αντίστασης είναι ανάλογη του ρεύματος που την διαρρέει, μπορούμε να συμπεραίνουμε ότι η κυματομορφή των ρευμάτων Εκπομπού των Q 1 και Q είναι όμοια με την κυματομορφή των τάσεων V R6 και V R7. Σχήμα Ε8.3 Μέτρηση τάσεων στις αντιστάσεις εκπομπού Δώστε σήμα εισόδου από την γεννήτρια συχνότητας f=000hz και πλάτους V i, μεγ τέτοιου ώστε η αναπτυσσόμενη peak-to-peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού R 6, R 7 να είναι 300mV. Σχεδιάστε στο αριστερό διάγραμμα E8.3 και τις δύο κυματομορφές μαζί (της V R6 και της V R7 ). V R6,V R7 (mv) 300 V o, μεγ (V) Διάγραμμα E8.3 (η peak-to-peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού είναι 300mV) ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΙ 4

5 Σχήμα Ε8.4 Απεικόνιση κυματομορφών τάσης εισόδου και εξόδου Στην συνέχεια αποσυνδέστε τις δυο γειώσεις των probes του παλμογράφου από το σημείο Λ και χρησιμοποιήστε τον για να μετρήσετε το πλάτος των σημάτων εισόδου (V i, μεγ ) και εξόδου (V ο, μεγ ). Σχεδιάστε στο δεξιό διάγραμμα E8.4 την κυματομορφή της τάσης εξόδου. V i, μεγ =..V, V ο, μεγ =..V Επαναλάβετε όλη την παραπάνω διαδικασία του βήματος 4 αλλά αυτή την φορά για είσοδο V i, ελαχ τέτοια ώστε η αναπτυσσόμενη peak-to-peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού R 6, R 7 να είναι τώρα 50mV. Σχεδιάστε τις κυματομορφές στα διαγράμματα E8.4. V R6,V R7 (mv) V o, ελαχ (V) Διάγραμμα E8.4 (η peak to peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού είναι 50mV) V i, ελαχ =..V, V ο, ελαχ =..V Να παρατηρήσετε τις κυματομορφές στο διάγραμμα Ε8.3 και να αποφανθείτε πότε άγει το κάθε τρανζίστορ, για πόσο τμήμα της περιόδου και αν αυτό είναι αναμενόμενο από την θεωρία σε σχέση και με την Τάξη Λειτουργίας του ενισχυτή που διαπιστώσατε στο βήμα 1. Τις ίδιες παρατηρήσεις να κάνετε και για το διάγραμμα Ε8.4 και να εξηγήσετε γιατί αυτό διαφέρει από το διάγραμμα Ε8.3. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΙ 5