ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 23/06/2016 ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΕΠΙ ΠΤΥΧΙΩ ΦΟΙΤΗΤΕΣ

Transcript

1 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /6/6 ΘΕΜΑ ο (5 μονάδες Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνονται: =, = 6 kω, = kω και = = Ε = = kω, ενώ για το τρανζίστορ δίνονται: = 78, β = fe = και e = kω (α Να προσδιορίσετε το σημείο λειτουργίας (ηρεμίας του τρανζίστορ ( μ (β Να σχεδιάσετε το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο για την περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων, χρησιμοποιώντας το ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ που δίνεται στο παρακάτω σχήμα (5 μ (γ Να προσδιορίσετε την ενίσχυση τάσης Α = / στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων ( μ (δ Να προσδιορίσετε την ενίσχυση ρεύματος Α = / στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων (5 μ ΛΥΣΗ (α Για την ευκολότερη ανάλυση του ενισχυτή στο συνεχές ρεύμα με στόχο τον προσδιορισμό του σημείου λειτουργίας του, εξάγουμε το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή κατά Teenn που ακολουθεί Επισημαίνεται ότι οι πυκνωτές στο συνεχές ρεύμα λειτουργούν ως ανοικτά κυκλώματα 6 k k 6 6 Ο ος κανόνας Krcff στο βρόχο εισόδου του παραπάνω κυκλώματος έχει ως εξής: (

2 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /6/ Στον παραπάνω υπολογισμό χρησιμοποιήθηκαν οι σχέσεις Ι = / β και = ( που διέπουν τα ρεύματα των ακροδεκτών του τρανζίστορ Ο ος κανόνας Krcff στο βρόχο εξόδου του παραπάνω κυκλώματος έχει ως εξής: ( ( 5 Το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ είναι: Q (, = (67, 5 (β Το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο δίνεται στο παρακάτω σχήμα Ο πυκνωτές του κυκλώματος στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων λειτουργούν ως βραχυκυκλώματα Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μη συμμετοχή της αντίστασης εκπομπού στο ισοδύναμο κύκλωμα Επίσης, η πηγή σταθερής τάσης βραχυκυκλώνεται με αποτέλεσμα την παράλληλη σύνδεση των αντιστάσεων και και την αντικατάστασή τους με την αντίσταση Το τρανζίστορ αντικαθίσταται με το ισοδύναμο κύκλωμά του για την περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων (γ Με βάση το ισοδύναμο κύκλωμα που σχεδιάστηκε στο ερώτημα (β, μπορούμε να προσδιορίσουμε την ζητούμενη ενίσχυση τάσης, απλοποιώντας το ισοδύναμο κύκλωμα στο βρόχο εξόδου, αφού οι αντιστάσεις και συνδέονται παράλληλα k k Εφαρμόζοντας τον νόμο του Om στις αντιστάσεις και e προκύπτουν οι παρακάτω σχέσεις ( και (: b fe, ( e b (

3 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /6/6 (, ( fe 5 ( e Οι αντιστάσεις και e συνδέονται παράλληλα και μπορούν να αντικατασταθούν από μια αντίσταση k 8k e e Από το διαιρέτη τάσης στην είσοδο του ενισχυτή προκύπτει ότι: 8 7 ( 8 (, ( A 5 Η ενίσχυση προκύπτει αρνητικός αριθμός, δηλαδή η τάση εξόδου έχει διαφορά φάσης 8 ο σε σχέση με την τάση εισόδου (δ Για τον υπολογισμό της ενίσχυσης ρεύματος, αξιοποιούμε την παρουσία δύο διαιρετών ρεύματος του ισοδύναμου κυκλώματος του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο b fe b e (6 fe b (5 b e (5, (6 fe e 55 A 55 ΘΕΜΑ ο (5 μονάδες Οι τελεστικοί ενισχυτές που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα του παρακάτω σχήματος είναι ιδανικοί και οι τιμές των αντιστάσεων και είναι 5 kω και 5 kω, αντίστοιχα (α Εάν η τάση εξόδου ( είναι τριπλάσια της διαφοράς των τάσεων εισόδου και, να υπολογίσετε την τιμή της αντίστασης (5 μ

4 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /6/6 (β Με δεδομένη τη σχέση των τάσεων που περιγράφεται στο ερώτημα (α, εάν οι τάσεις εισόδου και είναι γραμμικά σήματα που αυξάνονται κατά 5 m και 5 m, αντίστοιχα, κάθε δευτερόλεπτο, να σχεδιάσετε με ακρίβεια την κυματομορφή της τάσης εξόδου ( για χρονικό διάστημα πέντε (5 δευτερολέπτων Θεωρήστε ότι τη χρονική στιγμή t =, οι τάσεις εισόδου και είναι μηδενικές (5 μ ΛΥΣΗ (α Tα ρεύματα εισόδου στους ιδανικούς τελεστικούς ενισχυτές είναι μηδενικά, λόγω της άπειρης αντίστασης εισόδου που αυτοί παρουσιάζουν Συνεπώς, με βάση το παραπάνω κύκλωμα μπορούμε να γράψουμε: ( Λόγω της ιδιότητας αντιγραφής των τάσεων που ισχύει στους δύο ιδανικούς τελεστικούς ενισχυτές, η τάση στο άνω άκρο της ισούται με, ενώ η τάση στο κάτω άκρο της ισούται με Συνεπώς: Αντικαθιστώντας το ρεύμα Ι στην εξίσωση που έχουμε αρχικώς εξάγει για την τάση εξόδου του κυκλώματος και χρησιμοποιώντας το δεδομένο ότι = (, προκύπτει: ( ( ( ( ( ( ( k Εναλλακτικά, μπορούμε να καταλήξουμε στο ίδιο αποτέλεσμα, εφαρμόζοντας τη μέθοδο ανάλυσης των κόμβων στα δύο άκρα της αντίστασης Σε καθένα από τους δύο κόμβους εφαρμόζουμε τον ο κανόνα Krcff, 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

5 ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: /6/6 5 Έτσι λοιπόν στο άνω άκρο της αντίστασης έχουμε: 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 το κύκλωμα που δίνεται προκύπτει εύκολα ότι: = ( Επομένως, συνδυάζοντας τις σχέσεις που προέκυψαν παραπάνω για τις τάσεις των κόμβων εξόδου των δύο τελεστικών ενισχυτών και χρησιμοποιώντας το δεδομένο ότι = (, προκύπτει: ( ( ( k (β Από τα δεδομένα του ερωτήματος (β προκύπτει ότι τα σήματα εισόδου του κυκλώματος έχουν ως εξής: = 5 t (σε m και = 5 t (σε m Χρησιμοποιώντας το δεδομένο ότι = (, προκύπτει: = ( = (5 t 5 t = t = t (σε m Επομένως, η τάση εξόδου του κυκλώματος είναι γραμμικό σήμα που αυξάνεται κατά m κάθε δευτερόλεπτο φθάνοντας στο τέλος του χρονικού διαστήματος των 5 δευτερολέπτων στην τιμή των 5 m ή 5 Η τάση εξόδου του κυκλώματος αρχικά είναι μηδενική, λόγω του ότι τη χρονική στιγμή t = οι τάσεις εισόδου και είναι μηδενικές Με βάση τα παραπάνω, η κυματομορφή της τάσης εξόδου του κυκλώματος παρουσιάζεται στο διπλανό σχήμα ======================================== ΚΑΛΟ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ!