ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):"

Φίλητος Ζαφειρόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΘΕΜΑ 1 ο ( μονάδες): Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνονται: V 10V, V BE 0.7 V, Β 200 kω, 1 kω, 1 kω, β 100. (α) Να προσδιορίσετε το σημείο λειτουργίας Q (V E, I ) του τρανζίστορ. (1 μονάδα) (β) Nα χαράξετε με ακρίβεια στους ίδιους άξονες τη γραμμή φορτίου στο συνεχές και τη γραμμή φορτίου στο εναλλασσόμενο. Σε ποιο σημείο τέμνονται οι δύο γραμμές φορτίου; (2 μονάδες) V B S + + o (α) Εφαρμόζουμε τον 2 ο κανόνα Krchhoff στους βρόχους 1 και 2 του κυκλώματος στο συνεχές ρεύμα, όπου οι πυκνωτές λειτουργούν ως ανοιχτά κυκλώματα:

2 Βρόχος 1: Βρόχος 2: I V + IB B + VBE 0 V + B + VBE 0 β V VBE I I I 4.65 ma B β 100 V + I + V E 0 V E V I VE V VE 5.5V Επομένως, το σημείο λειτουργίας είναι το: Q (5.5 V, 4.65 ma) (β) H γραμμή φορτίου στο συνεχές προκύπτει από τον 2 ο κανόνα Krchhoff στο βρόχο εξόδου του ενισχυτή. V + I + VE 0 I VE +. Τα δύο ακραία σημεία της γραμμής φορτίου στο συνεχές υπολογίζονται από την παραπάνω σχέση ως εξής: V 10 VE 0 I A I 10 ma 1 10 I 0 V V V E E 1 10 V Για τον υπολογισμό των μεταβολών των τάσεων και των ρευμάτων σε σχέση με το σημείο λειτουργίας που προκαλούνται από την εφαρμογή ασθενούς σήματος στην είσοδο του ενισχυτή, χρησιμοποιούμε το ισοδύναμο κύκλωμα στο εναλλασσόμενο. Κατά τη δημιουργία του ισοδύναμου κυκλώματος που παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα, η πηγή σταθερής τάσης (V ) και οι πυκνωτές αντιμετωπίζονται ως βραχυκυκλώματα. Με κεφαλαία γράμματα και κεφαλαίους δείκτες (π.χ. I ) συμβολίζονται οι τιμές ηρεμίας (χωρίς σήμα στην είσοδο), με μικρά γράμματα και μικρούς δείκτες (π.χ. c ) οι τιμές των μεταβολών σε σχέση με τις τιμές ηρεμίας λόγω της εφαρμογής σήματος στην είσοδο, ενώ με μικρά γράμματα και κεφαλαίους δείκτες (π.χ. ) οι ολικές στιγμιαίες τιμές, οι οποίες ισούνται με το άθροισμα των τιμών ηρεμίας και των μεταβολών. V Για να χαράξουμε τη γραμμή φορτίου στο εναλλασσόμενο, εφαρμόζουμε το 2 ο κανόνα Krchhoff στο βρόχο εξόδου του ισοδύναμου κυκλώματος:

3 ce c c E VE + 1 V E E + + I ( I ) Τα δύο ακραία σημεία της γραμμής φορτίου στο εναλλασσόμενο υπολογίζονται από την παραπάνω σχέση ως εξής: 0.5kΩ + 0 E VE + I ( ) V E 7.67 V VE 5.5 E 0 I A 15.5 ma Οι δύο γραμμές φορτίου παρουσιάζονται στους ίδιους άξονες στο παρακάτω σχήμα: Από τις σχέσεις που δίνουν τις δύο γραμμές, προκύπτει ότι η γραμμή φορτίου στο συνεχές έχει κλίση ( 1 / ), ενώ η γραμμή φορτίου στο εναλλασσόμενο έχει μεγαλύτερη κλίση ( 1 / ), γεγονός που γίνεται προφανές και από το παραπάνω σχήμα. Οι δύο γραμμές τέμνονται στο σημείο λειτουργίας Q του τρανζίστορ.

4 ΘΕΜΑ 2 ο (2.5 μονάδες): Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνονται: 2 kω, 1 2 kω, 2 2 kω, Ε1 1 kω, E2 2 kω, 2 kω. Επίσης, για τα δύο τρανζίστορ του ενισχυτή δίνονται: h fe 200, h e 2 kω. Να προσδιορίσετε την ενίσχυση τάσης Α o / στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων. Να χρησιμοποιήσετε το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ, που επίσης δίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο έχει ως εξής (ο πυκνωτής στις μεσαίες συχνότητες λειτουργεί ως βραχυκύκλωμα): he 1 h fe b2 h e 2 h fe b2 he h + e b2 S 0.5, 1 + h 1 e h fe // 1kΩ 2 h b2 e h e b o o hfe b2 o b2 o 5000 A Η ενίσχυση προκύπτει θετικός αριθμός, δηλ. η τάση εξόδου είναι συμφασική με την τάση εισόδου, αφού ο ενισχυτής αποτελείται από δύο απευθείας συζευγμένες βαθμίδες κοινού εκπομπού.

5 ΘΕΜΑ ο (2.5 μονάδες): Μία ενισχυτική βαθμίδα παρουσιάζει ενίσχυση μεσαίων συχνοτήτων A 10, κατώτερη συχνότητα αποκοπής f 198 Hz, ανώτερη συχνότητα αποκοπής f H 200 khz και ποσοστό παραμόρφωσης D 6%. (α) Εάν εφαρμοστεί αρνητική ανατροφοδότηση τέτοια ώστε το ένα εκατοστό του σήματος εξόδου να επιστρέφει στην είσοδο της ενισχυτικής βαθμίδας, να προσδιορίσετε την ενίσχυση, το εύρος ζώνης ενισχυμένων συχνοτήτων και την παραμόρφωση της βαθμίδας. (1.5 μονάδες) (β) Εάν υποθέσουμε ότι θέλουμε να μειώσουμε την παραμόρφωση της ενισχυτικής βαθμίδας από 6% σε 1%, να προσδιορίσετε το ποσοστό του σήματος εξόδου που θα πρέπει να επιστρέφεται (αφαιρείται) στην είσοδο της βαθμίδας. (1 μονάδα) (α) Αφού κατά την εφαρμογή αρνητικής ανατροφοδότησης, το ένα εκατοστό του σήματος εξόδου να επιστρέφει στην είσοδο της ενισχυτικής βαθμίδας, ο λόγος ανατροφοδότησης είναι β Συνεπώς τα χαρακτηριστικά του ενισχυτή που ζητούνται μετά την εφαρμογή ανατροφοδότησης υπολογίζονται ως εξής: A 1000 A f βα f f βa f 18 Hz fhf (1 + βa) fh 2200 khz 2.2 MHz BW f H f Hz ΜHz 2.2 ΜHz D 6 D f 0.545% 1+ βα (β) Εάν υποθέσουμε ότι θέλουμε να μειώσουμε την παραμόρφωση της ενισχυτικής βαθμίδας από 6% σε 1%, προσδιορίζουμε το ποσοστό του σήματος εξόδου που θα πρέπει να επιστρέφεται (αφαιρείται) στην είσοδο της βαθμίδας, ως εξής: D D Df 6 1 Df β β βα A Df Επομένως, το ποσοστό του σήματος εξόδου που θα πρέπει να επιστρέφεται (αφαιρείται) στην είσοδο της βαθμίδας είναι 0.5%. ΘΕΜΑ 4 ο (2 μονάδες): Στο κύκλωμα του παρακάτω σχήματος, που περιλαμβάνει ιδανικό τελεστικό ενισχυτή, η τάση εισόδου είναι ημιτονικό σήμα πλάτους 1.5 V & συχνότητας 20 kηz. Δίνεται ότι: 1 kω. (α) Να προσδιορίσετε την τάση εξόδου o συναρτήσει της τάσης εισόδου (1.5 μονάδες).

6 (β) Να χαράξετε στους ίδιους άξονες τις κυματομορφές των τάσεων και o (0.5 μονάδες). (α) Χρησιμοποιούμε τη μέθοδο ανάλυσης των κόμβων, δηλαδή εφαρμόζουμε τον 1ο κανόνα Krchhoff στον κόμβο του ακροδέκτη αντιστροφής του τελεστικού ενισχυτή. Θα πρέπει να εξισώσουμε το άθροισμα των αγωγιμοτήτων (δηλ. των αντίστροφων αντιστάσεων) που ξεκινούν από τον κόμβο αυτό, πολλαπλασιασμένο με την τάση του, 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: ( + ) ( + ) o o + + o 2 Λόγω του ότι τα ρεύματα στις εισόδους του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή είναι μηδενικά, το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση που συνδέεται στον ακροδέκτη μη αντιστροφής (+) είναι προφανώς μηδενικό και επομένως τα άκρα της αντίστασης αυτής είναι ισοδυναμικά, παρουσιάζουν δηλαδή την ίδια τάση, οπότε: +. Λόγω της ιδιότητας αντιγραφής τάσεων στους ακροδέκτες του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή: _ + και από την παραπάνω σχέση καταλήγουμε στο εξής: ( + ) ( + ) 2 o o + o o 2 2 (β) Με βάση τα δεδομένα της άσκησης η τάση εισόδου έχει πλάτος (μέγιστη τιμή) 1.5 V και περίοδο: T 1 / f 1 / 20 khz 0.05 mec 50 μec. Τα όμοια σήματα και o φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα:

Σχετικά έγγραφα

ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):

ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες): ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 9/0/00 ΘΕΜΑ ο ( μονάδες): Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνονται: 0, 0.7, kω, 0 kω, Ε kω, L kω, β fe 00, e kω. (α) Να προσδιορίσετε τις τιμές των αντιστάσεων,