ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 04/02/2011 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΘΕΜΑ 1 ο ( μονάδες) Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνονται: 1, 0.7, 00 kω, 4 kω, h e. kω και β h 100. (α) Να προσδιορίσετε τις τιμές των αντιστάσεων και ώστε το σημείο λειτουργίας Q (, ) του τρανζίστορ να είναι Q (.4, 4.7 ma). ( μονάδες) (β) Να προσδιορίσετε την ενίσχυση ρεύματος Α / στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων. Για τον προσδιορισμό της Α να χρησιμοποιήσετε το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ που επίσης δίνεται στο παρακάτω σχήμα. (1 μονάδα) (α) Εφαρμόζουμε τον ο κανόνα Krchh στους βρόχους 1 και του κυκλώματος στο συνεχές ρεύμα, όπου οι πυκνωτές λειτουργούν ως ανοιχτοκυκλώματα: + _ 1 _ + Βρόχος 1: ( + ) 0 β kω β kω Βρόχος : ( + ) 0 + β kω 1.01 kω. 4.7

2 (β) Για τον υπολογισμό της ενίσχυσης ρεύματος, αξιοποιούμε την παρουσία δύο διαιρετών ρεύματος του ισοδύναμου κυκλώματος του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο. h e h h h h e ΘΕΜΑ ο ( μονάδες) A Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνεται η ενίσχυση τάσης Α / 7 και οι τιμές των αντιστάσεων: 1 kω, 1 90 kω, 1 kω, Ε 1 kω. Να προσδιορίσετε την τιμή της αντίστασης. Για τον προσδιορισμό της ζητούμενης τιμής να χρησιμοποιήσετε το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ που δίνεται στο προηγούμενο θέμα για το οποίο ισχύει ότι h 100 και h e. kω. Το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο έχει ως εξής (υπενθυμίζεται ότι στο ισοδύναμο κύκλωμα η πηγή σταθερής τάσης και οι πυκνωτές αντικαθίστανται από βραχυκυκλώματα): h e h

3 1 he 1.86 kω,.09kω + + h 1 + e h e h A 100 A 100 Στην εκφώνηση δίνεται ότι Α / 7, συνεπώς: Ω 1 kω 100 ΘΕΜΑ ο (. μονάδες) Η απόκριση ενός ενισχυτή καθορίζεται από την παρακάτω σχέση: A 1 + j j (α) Να προσδιορίσετε την ενίσχυση του ενισχυτή αυτού στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων, τις συχνότητες αποκοπής και το εύρος ζώνης ενισχυμένων συχνοτήτων. (0. μονάδες) (β) Να προσδιορίσετε την ενίσχυση του ενισχυτή στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων, τις συχνότητες αποκοπής και το εύρος ζώνης ενισχυμένων συχνοτήτων, μετά την εφαρμογή αρνητικής α- νατροφοδότησης με λόγο ανατροφοδότησης β (1 μονάδα) (γ) Να χαράξετε σε κοινούς άξονες τις αποκρίσεις συχνότητας μέτρου του ενισχυτή (μέτρο ενίσχυσης Α σε d συναρτήσει του g ) πριν και μετά την εφαρμογή της ανατροφοδότησης. (1 μονάδα) (α) Η απόκριση συχνότητας μέτρου ενός ενισχυτή δίνεται από την παρακάτω σχέση: A() 1 + j H A m, 1 j όπου Α m είναι η ενίσχυση στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων και, H η κατώτερη και η ανώτερη συχνότητα αποκοπής, αντίστοιχα. Είναι φανερό λοιπόν ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση, τα μεγέθη αυτά έχουν ως εξής: Α m 80, 400 Hz και H 10 Hz 100 khz. Το εύρος ζώνης ενισχυμένων συχνοτήτων είναι: ΒW H Hz 400 Hz Hz 99.6 khz.

4 (β) Η ενίσχυση στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων μετά την ανατροφοδότηση είναι: Am 80 Am 1.8 βαm Για τον ενισχυτή με ανατροφοδότηση, η ανώτερη συχνότητα αποκοπής είναι: H H m (1 + βα ) 10 ( ).8 Hz 0.8 MHz. Για τον ενισχυτή με ανατροφοδότηση, η κατώτερη συχνότητα αποκοπής είναι: Hz. βα m T εύρος ζώνης ενισχυμένων συχνοτήτων του ενισχυτή με ανατροφοδότηση είναι: ΒW H Hz 69 Hz 7991 Hz 0.8 MHz. (γ) Οι καμπύλες της απόκρισης συχνότητας μέτρου του ενισχυτή (μέτρο ενίσχυσης σε d συναρτήσει του lg ) με και χωρίς ανατροφοδότηση έχουν ως εξής: 0 lg d, 0 lg d, lg , lg 400.6, lg10, lg.8 lg.8 + lg ΘΕΜΑ 4 ο (. μονάδες) Για το κύκλωμα του παρακάτω σχήματος, που περιλαμβάνει ιδανικό τελεστικό ενισχυτή, δίνεται ότι 10 kω και 100 μf. Να προσδιορίσετε: (α) τη συνάρτηση μεταφοράς Α() του κυκλώματος, όπου jω η μιγαδική συχνότητα, ( μονάδες) (β) τους πόλους και τα μηδενικά της συνάρτησης μεταφοράς Α(). (0. μονάδες) 4

5 (α) Λόγω της παρουσίας του πυκνωτή, χρησιμοποιούμε φάσορες κατά την εφαρμογή του 1ου κανόνα Krchh, που σημαίνει ότι λειτουργούμε στο πεδίο της συχνότητας. Χρησιμοποιούμε τη μέθοδο ανάλυσης των κόμβων, δηλαδή εφαρμόζουμε τον 1ο κανόνα Krchh στους κόμβους του ακροδέκτη αντιστροφής και του ακροδέκτη μη αντιστροφής του τελεστικού ενισχυτή. Θα πρέπει να εξισώσουμε το άθροισμα των αγωγιμοτήτων (δηλ. των αντίστροφων αντιστάσεων ή σύνθετων αντιστάσεων) που ξεκινούν από τον καθένα από τους κόμβους αυτούς, πολλαπλασιασμένο με την τάση τους, με το άθροισμα των γινομένων των αγωγιμοτήτων αυτών με τις τάσεις των κόμβων στους οποίους καταλήγουν. Έτσι στον κόμβο του ακροδέκτη αντιστροφής του τελεστικού ενισχυτή, έχουμε: ( + ) Στον κόμβο του ακροδέκτη μη αντιστροφής του τελεστικού ενισχυτή, έχουμε: Χρησιμοποιούμε την ιδιότητα αντιγραφής τάσεων στους ακροδέκτες του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή, δηλ. _ + 0 και καταλήγουμε στην παρακάτω σχέση: (1 + ) + (1 + ) ( + ) (1 + ) (1 + ) (1 ) + Συνεπώς: A() A() (β) Σε μία συνάρτηση μεταφοράς, μηδενικά είναι οι τιμές του που μηδενίζουν τον αριθμητή της συνάρτησης μεταφοράς, ενώ πόλοι είναι οι τιμές που μηδενίζουν τον παρανομαστή της. Συνεπώς έχουμε: (μηδενικό), 0 1 (πόλος).