ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ενισχυτές με ανατροφοδότηση Οι ενισχυτές είναι δίθυρα κυκλώματα στα οποία εμπλέκονται τέσσερα μεγέθη (ρεύμα και τάση εισόδου, ρεύμα και τάση εξόδου). Είναι αναλογικά κυκλώματα, δηλαδή, κάποιο από τα μεγέθη εξόδου είναι ανάλογο ενός μεγέθους εισόδου. Στον ενισχυτή τάσης η τάση εξόδου είναι ανάλογη της τάσης εισόδου, ενώ στον ενισχυτή ρεύματος το ρεύμα εξόδου είναι ανάλογο του ρεύματος εισόδου. Οι δύο αυτοί λόγοι είναι καθαροί αριθμοί και αποτελούν την ενίσχυση τάσης (Α ) και την ενίσχυση ρεύματος (A ), αντίστοιχα. Μία τρίτη κατηγορία είναι ο ενισχυτής διαγωγιμότητας, στον οποίο το ρεύμα εξόδου είναι ανάλογο της τάσης εισόδου και ο λόγος αυτός αναφέρεται ως διαγωγιμότητα (G m ) του ενισχυτή (και έχει διαστάσεις αγωγιμότητας, S: Α/V, δηλαδή δεν είναι καθαρός αριθμός). Επίσης, μία τέταρτη κατηγορία είναι ο ενισχυτής διεμπέδησης, στον οποίο η τάση εξόδου είναι ανάλογη του ρεύματος εισόδου και ο λόγος αυτός αναφέρεται ως διεμπέδηση (R m ) του ενισχυτή (και έχει διαστάσεις αντίστασης, Ω: V/A). Ανατροφοδότηση (ανασύζευξη, ανάδραση) σε μια ενισχυτική διάταξη είναι η μεταφορά ενός μέρους (ποσοστού) του σήματος εξόδου στην είσοδο της. Το μέρος αυτό του σήματος εξόδου αθροίζεται με ή αφαιρείται από το εφαρμοζόμενο σήμα εισόδου και το αποτέλεσμα της άθροισης ή της αφαίρεσης οδηγείται στην είσοδο της ενισχυτικής διάταξης. Όταν το μέρος του σήματος εξόδου προστίθεται με το εξωτερικά εφαρμοζόμενο σήμα εισόδου τότε έχουμε θετική ανατροφοδότηση, ενώ όταν αφαιρείται έχουμε αρνητική ανατροφοδότηση. Η θετική ανατροφοδότηση συνήθως αξιοποιείται σε κυκλώματα ταλαντωτών και η αρνητική ανατροφοδότηση σε ενισχυτές και τροφοδοτικές διατάξεις. Η συμπεριφορά κάθε ηλεκτρονικού κυκλώματος, που καθορίζεται από τη σχέση ανάμεσα στην διέγερση (είσοδο) και την απόκριση (έξοδο) του, είναι επιθυμητό να παραμένει σταθερή και προβλέψιμη ανεξάρτητα από τις συνθήκες λειτουργίας. Στην πράξη, η συμπεριφορά των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων μεταβάλλεται λόγω φθοράς των στοιχείων τους ή λόγω των συνθηκών του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργούν. Επειδή οι παραπάνω παράγοντες είναι απρόβλεπτοι, θα πρέπει τα κυκλώματα ενίσχυσης να έχουν τη δυνατότητα αυτορύθμισης, έτσι ώστε η συμπεριφορά τους να παραμένει όσο το δυνατόν αναλλοίωτη και να πληρούν τις επιθυμητές προδιαγραφές. Η δυνατότητα αυτή παρέχεται στους ενισχυτές μέσω της εφαρμογής αρνητικής ανατροφοδότησης, κατά την οποία μέρος του σήματος εξόδου ανατροφοδοτείται στην είσοδο, έτσι ώστε να αντισταθμίζονται οι μεταβολές του σήματος εξόδου. Σχήμα 5.1 Εφαρμογή αρνητικής ανατροφοδότηση σε ενισχυτή Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 69 -
Η αρνητική ανατροφοδότηση παρέχει στους ενισχυτές: σταθεροποίηση της ενίσχυσης τους, αύξηση του εύρους ζώνης συχνοτήτων (δηλαδή, μείωση της χαμηλής συχνότητας αποκοπής και αύξηση της υψηλής συχνότητας αποκοπής), δυνατότητα τροποποίησης των αντιστάσεων εισόδου και εξόδου και μείωση της παραμόρφωσης και του θορύβου στο σήμα εξόδου. Βασικό μειονέκτημα της αρνητικής ανατροφοδότησης αποτελεί η μείωση της ενίσχυσης. Στο Σχήμα 5.1, παρουσιάζεται το δομικό διάγραμμα εφαρμογής αρνητικής ανατροφοδότησης σε μια ενισχυτική διάταξη. Εάν Α είναι η ενίσχυση του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση και β x f / x είναι ο λόγος ή το ποσοστό ανατροφοδότησης, τότε προκύπτουν οι ακόλουθες σχέσεις: (2) ( 1) x o A (x x f ) x o x x A (1) o x x x (2) A (x f β x ο ) x A x A β x xo A xo + A β xο A x xo( β A) A x. x β A Επομένως, η ενίσχυση με ανατροφοδότηση, έχει ως εξής: xo A Af. (3) x β A Η ποσότητα β A αναφέρεται ως ενίσχυση βρόχου ανατροφοδότησης, ενώ η ποσότητα D 1 + β A αναφέρεται ως επιστρεφόμενη ποσότητα του ενισχυτή. Όταν λοιπόν εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση, το σήμα ανατροφοδότησης x f έχει το ίδιο πρόσημο με το σήμα εισόδου x και μετά την αφαίρεση των δύο σημάτων προκύπτει ένα μικρότερο σήμα διαφοράς x. Αυτό σημαίνει ότι κατά την αρνητική ανατροφοδότηση η ενίσχυση του βρόχου ανατροφοδότησης β A είναι θετική. Η ενίσχυση με αρνητική ανατροφοδότηση Α f είναι μικρότερη από την ενίσχυση χωρίς ανατροφοδότηση Α, αφού για να λάβουμε την Α f διαιρείται η Α με την ποσότητα D, η οποία είναι μεγαλύτερη του 1. Η σταθεροποίηση της ενίσχυσης λόγω της αρνητικής ανατροφοδότησης, μπορεί να διαπιστωθεί εύκολα, μέσω ενός απλού παραδείγματος. Έστω λοιπόν ενισχυτής με ενίσχυση χωρίς ανατροφοδότηση ίση με 5000 στον οποίο εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση, τέτοια ώστε το ένα εκατοστό του σήματος εξόδου να επιστρέφει στην είσοδο του. Με βάση τα προαναφερόμενα, η ενίσχυση με ανατροφοδότηση έχει ως εξής: xo A 5000 Af Af 98. x β Α 0.01 5000 Εάν για κάποιο λόγο η ενίσχυση χωρίς ανατροφοδότηση γίνει διπλάσια (δηλαδή, 10000), τότε η ενίσχυση με ανατροφοδότηση, γίνεται: 10000 A 10000 Af 99. 0.01 10000 Παρατηρήστε ότι ενώ η ενίσχυση του βασικού ενισχυτή αυξήθηκε κατά 100%, η ενίσχυση με ανατροφοδότηση αυξήθηκε μόνο κατά περίπου 1%. Το σήμα ανατροφοδότησης σε έναν ενισχυτή μπορεί να είναι ανάλογο προς την τάση ή το ρεύμα εξόδου του ενισχυτή και να εφαρμόζεται στην είσοδο του ενισχυτή σε σειρά με την πηγή σήματος εισόδου ή παράλληλα με αυτή. Ανάλογα με τον τρόπο λήψης και εφαρμογής του σήματος ανατροφοδότησης, διακρίνουμε τέσσερις περιπτώσεις (τοπολογίες) ανατροφοδότησης: ανατροφοδότηση τάσης σε σειρά ή παράλληλα με την πηγή σήματος εισόδου, ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά ή παράλληλα με την πηγή σήματος εισόδου (Σχήμα 5.2). Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 70 - o ο
Σχήμα 5.2 Τοπολογίες αρνητικής ανατροφοδότησης Στην τοπολογία (α), όπου διενεργείται ανατροφοδότηση τάσης σε σειρά με την είσοδο, για τη δημιουργία της ανατροφοδότησης χρησιμοποιείται η τάση εξόδου του ενισχυτή, μέρος της οποίας αφαιρείται από την τάση εισόδου. Η τοπολογία αυτή είναι κατάλληλη για ενισχυτές τάσης, λόγω του ότι σταθεροποιεί την ενίσχυση τάσης. Επίσης, αυξάνει την αντίσταση εισόδου, λόγω της σειριακής σύνδεσης του κυκλώματος ανατροφοδότησης στην είσοδο του ενισχυτή και μειώνει την αντίσταση εξόδου, λόγω της παράλληλης σύνδεσης του κυκλώματος ανατροφοδότησης στην έξοδο του ενισχυτή. Στην τοπολογία (β), όπου διενεργείται ανατροφοδότηση τάσης παράλληλα με την είσοδο, για τη δημιουργία της ανατροφοδότησης χρησιμοποιείται η τάση εξόδου του ενισχυτή, ενώ αφαιρείται από το ρεύμα εισόδου, ρεύμα ανάλογο της τάσης εξόδου. Η τοπολογία αυτή είναι κατάλληλη για ενισχυτή διεμπέδησης, αφού σταθεροποιεί τη διεμπέδηση του ενισχυτή. Επίσης, μειώνει τις αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, λόγω της παράλληλης σύνδεσης του κυκλώματος ανατροφοδότησης στην είσοδο και στην έξοδο του ενισχυτή. Στην τοπολογία (γ), όπου διενεργείται ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο, για τη δημιουργία της ανατροφοδότησης χρησιμοποιείται το ρεύμα εξόδου, ενώ αφαιρείται από την τάση εισόδου, τάση ανάλογη του ρεύματος εξόδου. Η τοπολογία αυτή είναι κατάλληλη για ενισχυτή διαγωγιμότητας, αφού σταθεροποιεί τη διαγωγιμότητα. Επίσης, αυξάνει τις αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, λόγω της σειριακής σύνδεσης του κυκλώματος ανατροφοδότησης στην είσοδο και στην έξοδο του ενισχυτή. Στην τοπολογία (δ), όπου διενεργείται ανατροφοδότηση ρεύματος παράλληλα με την είσοδο, για τη δημιουργία της ανατροφοδότησης χρησιμοποιείται το ρεύμα εξόδου του ενισχυτή, μέρος του οποίου αφαιρείται από το ρεύμα εισόδου. Η τοπολογία αυτή είναι κατάλληλη για ενισχυτή ρεύματος, αφού σταθεροποιεί την ενίσχυση ρεύματος. Επίσης, μειώνει την αντίσταση εισόδου, λόγω της παράλληλης σύνδεσης του κυκλώματος ανατροφοδότησης στην είσοδο του ενισχυτή και αυξάνει την αντίσταση εξόδου, λόγω της σειριακής σύνδεσης του κυκλώματος ανατροφοδότησης στην έξοδο του ενισχυτή. Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 71 -
Επισημαίνεται ότι, ο παράγοντας με τον οποίο πολλαπλασιάζονται τα μεγέθη του ενισχυτή που αυξάνονται (εύρος ζώνης, αντιστάσεις εισόδου και εξόδου) ή διαιρούνται τα μεγέθη του ενισχυτή που μειώνονται (ενίσχυση, αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, παραμόρφωση), λόγω της εφαρμογής αρνητικής ανατροφοδότησης, είναι ίσος με την επιστρεφόμενη ποσότητα D. Στον ενισχυτή του Σχήματος 5.3, εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο (τοπολογία (γ)), μέσω της αντίστασης εκπομπού R E. Η τάση f που αφαιρείται από την τάση εισόδου είναι ανάλογη του ρεύματος εξόδου ( ο ). Συνεπώς: f o R E β R E (4) o o Λόγω το ότι, όπως προαναφέρθηκε, η τοπολογία αυτή σταθεροποιεί τη διαγωγιμότητα του ενισχυτή, επιχειρούμε μέσω του ισοδύναμου κυκλώματος του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο (Σχήμα 5.4), να προσδιορίσουμε τη διαγωγιμότητα του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση, δηλαδή με τον διακόπτη Δ κλειστό. Η θέση αυτή του διακόπτη βραχυκυκλώνει την αντίσταση R E, με αποτέλεσμα την κατάργηση της αρνητικής ανατροφοδότησης. Το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή προκύπτει με αντικατάσταση του τρανζίστορ με μια αντίσταση και μία ελεγχόμενη πηγή ρεύματος, αντικατάσταση των πυκνωτών με βραχυκυκλώματα, ενώ ταυτόχρονα βραχυκυκλώνεται η σταθερή πηγή της τάσης τροφοδοσίας (V CC ). Λόγω της βραχυκύκλωσης της V CC, οι αντιστάσεις R 1 και R 2 αντικαθίστανται από μία ισοδύναμη αντίσταση R B R 1 // R 2. Με βάση το ισοδύναμο κύκλωμα (Σχήμα 5.4), η διαγωγιμότητα του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση, υπολογίζεται ως εξής: o b he R R Gm, (5) h h R + R h (R + R ) όπου R h e // R B. e e e Σχήμα 5.3 Ενισχυτής με αρνητική ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο he h fe b RC Σχήμα 5.4 Ισοδύναμο κύκλωμα ενισχυτή στο εναλλασσόμενο χωρίς ανατροφοδότηση Με βάση τη σχέση (3), η διαγωγιμότητα του ενισχυτή με ανατροφοδότηση (διακόπτης Δ ανοικτός), υπολογίζεται ως εξής: Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 72 -
G mf R (4),(5) Gm he (R + R) β G R. (6) m R E h (R + R ) e Η επιστρεφόμενη ποσότητα D, έχει ως εξής: R E R D. (7) he (R + R) Ωστόσο, επειδή ο συντελεστής κέρδους ρεύματος του τρανζίστορ (h fe ) λαμβάνει μεγάλες τιμές, ο δεύτερος όρος του αθροίσματος της σχέσης (6) είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερος του 1, με αποτέλεσμα να προκύπτει ότι: G mf 1 / R E. Παρατηρούμε λοιπόν ότι η διαγωγιμότητα του ενισχυτή εξαρτάται κατά προσέγγιση μόνο από το κύκλωμα ανατροφοδότησης και όχι από τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά του ενισχυτή. Επομένως, επιτυγχάνεται σταθερότητα της διαγωγιμότητας από μεταβολές στις παραμέτρους του τρανζίστορ και των υπόλοιπων στοιχείων του αρχικού ενισχυτή, δηλαδή του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση. Λόγω του ότι υπάρχει αναλογία μεταξύ του ρεύματος εξόδου ( o ) και της τάσης εξόδου ( o ), μπορούμε εύκολα να προσδιορίσουμε και την ενίσχυση τάσης του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση, ως εξής: (5) o R A Gm A. (8) he (R + R) Εάν θεωρούσαμε ότι πρόκειται για ανατροφοδότηση τάσης και όχι ρεύματος σε σειρά με την είσοδο, τότε ο προσδιορισμός του λόγου ανατροφοδότησης (β ) θα είχε ως εξής: f o RE R E β, (9) o RC γεγονός που σημαίνει ότι ο νέος λόγος ανατροφοδότησης δεν εξαρτάται μόνο από το κύκλωμα ανατροφοδότησης, αλλά και από την αντίσταση συλλέκτη του ενισχυτή. Με βάση τη σχέση (3), η ενίσχυση τάσης του ενισχυτή με ανατροφοδότηση, υπολογίζεται ως εξής: A f A β A (8),(9) Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 73 - R R he (R + R) he (R + R). (10) R E R R E R R h (R + R ) h (R + R ) C e Η επιστρεφόμενη ποσότητα D, έχει ως εξής: R E R D. (11) he (R + R) Συγκρίνοντας τις σχέσεις (7) και (11), παρατηρούμε ότι πρόκειται για την ίδια επιστρεφόμενη ποσότητα (D D ), γεγονός που σημαίνει ότι η ίδια επιστρεφόμενη ποσότητα καθορίζει τη μείωση της ενίσχυσης τάσης και της διαγωγιμότητας του ενισχυτή λόγω της ανατροφοδότησης. Κατά την ενασχόλησή σας με την 5 η εργαστηριακή άσκηση, θα διενεργήσετε μετρήσεις και υπολογισμούς σε κύκλωμα ενισχυτή με ανατροφοδότηση σαν κι αυτό που παρουσιάστηκε στο Σχήμα 5.3. Επίσης, θα ασχοληθείτε και με την τοπολογία αρνητικής ανατροφοδότησης τάσης παράλληλα με την είσοδο (τοπολογία (β) στο Σχήμα 5.2), έτσι ώστε να διαπιστώσετε την επίδρασή της στα χαρακτηριστικά του ενισχυτή. Η τοπολογία αυτή επιτυγχάνεται εύκολα, εάν στον ενισχυτή του Σχήματος 5.3, αφού βραχυκυκλώσετε μέσω του διακόπτη Δ την αντίσταση R E, συνδέσετε μια αντίσταση μεταξύ της εξόδου του ενισχυτή και της βάσης του τρανζίστορ, όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.5. Στην περίπτωση αυτή, για τη δημιουργία της ανατροφοδότησης χρησιμοποιείται η τάση εξόδου του ενισχυτή, ενώ το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση R f και είναι ανάλογο της τάσης εξόδου, αφαιρείται από το ρεύμα εισόδου. e
Σχήμα 5.5 Ενισχυτής με αρνητική ανατροφοδότηση τάσης παράλληλα με την είσοδο Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 74 -
ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΜΕ ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΣΤΟΧΟΙ η κατανόηση της επίδρασης της αρνητικής ανατροφοδότησης στην ενίσχυση τάσης ενός ενισχυτή η κατανόηση της επίδρασης της αρνητικής ανατροφοδότησης στο εύρος ζώνης συχνοτήτων ενός ενισχυτή η κατανόηση της επίδρασης της αρνητικής ανατροφοδότησης στη βελτίωση της σταθερότητας ενός ενισχυτή ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Βήμα 1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος Ε5.1 με τάση τροφοδοσίας V CC 12V. K ο Σχήμα Ε5.1 Βήμα 2. Ελέγξτε αν το κύκλωμα σας λειτουργεί σε Τάξη Α (όπως πρέπει για μια απλή ενισχυτική βαθμίδα ασθενούς σήματος). Για να το ελέγξετε και να βρείτε την τάξη λειτουργίας του ενισχυτή θα πρέπει να χαράξετε την ευθεία φόρτου και να προσδιορίσετε το σημείο λειτουργίας Q. Χωρίς να σήμα τάσης στην είσοδο του ενισχυτή μετρείστε με βολτόμετρο τις παρακάτω συνεχείς τάσεις και βρείτε το σημείο λειτουργίας. V CE V RC R C Σημείο Λειτουργίας Q: ( V CE........ I C :................ ) Σύμφωνα με τη μεθοδολογία που έχετε ακολουθήσει σε προηγούμενες ασκήσεις, χαράξτε την ευθεία φόρτου του ενισχυτή στις χαρακτηριστικές εξόδου και τοποθετείστε το σημείο λειτουργίας Q στο διάγραμμα που ακολουθεί (Διάγραμμα Ε5.1). Θα χρειαστεί να υπολογίσετε και το μέγιστο ρεύμα συλλέκτη του τρανζίστορ: I Cmax. Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 75 -
Διάγραμμα Ε5.1 - Ευθεία Φόρτου - Σημείο Λειτουργίας Q Από το διάγραμμα Ε5.1 συμπεραίνουμε ότι η Τάξη Λειτουργίας του ενισχυτή μας είναι: Βήμα 3. Στο βήμα αυτό θα βρείτε τα χαρακτηριστικά του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση. Για να γίνει αυτό και να λειτουργεί ο ενισχυτής χωρίς ανατροφοδότηση, συνδέστε τον αποζευκτικό πυκνωτή C Ε παράλληλα με την αντίσταση εκπομπού R E (Σχήμα Ε5.1). Δώστε στην είσοδο του ενισχυτή (από τη γεννήτρια) εναλλασσόμενο σήμα συχνότητας 8 khz και μεγέθους τέτοιου ώστε, το πλάτος της τάσης εξόδου του ενισχυτή να είναι περίπου o 1 Volt (χωρίς παραμόρφωση). Με τον παλμογράφο μετρείστε το πλάτος της τάσης εισόδου που δίνει η πηγή σήματος καθώς και την τάση K-Γη στην είσοδο του ενισχυτή. Υπολογίστε την ενίσχυση τάσεως του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση που είναι: A......... (mv) o (V) f L (Hz) f H (khz) 1 Προσδιορίστε τις συχνότητες αποκοπής f L και f H χωρίς ανατροφοδότηση και υπολογίστε το εύρος ζώνης συχνοτήτων. f L...... f H...... BW f H f L.......................... Θυμίζουμε ότι οι συχνότητες αποκοπής f L και f H είναι οι συχνότητες στις οποίες η ενίσχυση τάσεως A μειώνεται στο 2 1/ της ενίσχυσης που έχει ο ενισχυτής στις μεσαίες συχνότητες. Άρα θα μεταβάλετε τη συχνότητα του σήματος εισόδου έως ότου η ενίσχυση μειωθεί στο 2 1/ και θα προσδιορίσετε τις συχνότητες αποκοπής. Στην παρούσα περίπτωση μάλιστα όπου το πλάτος του σήματος εισόδου διατηρείτε σταθερό, αντί να παρακολουθείτε τη μεταβολή της Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 76 -
ενίσχυσης A συναρτήσει της συχνότητας του σήματος εισόδου, μπορείτε να παρακολουθείτε απλά το πλάτος του σήματος εξόδου o. Για τις συχνότητες λοιπόν που το πλάτος της τάσης εξόδου o γίνει / 2 0.7, αυτές είναι οι συχνότητες αποκοπής. o o Στη συνέχεια, μετρείστε με βολτόμετρο την ενεργό τιμή της τάσης εισόδου και της τάσης στον κόμβο Κ, έτσι ώστε να υπολογίσετε το ρεύμα εισόδου του ενισχυτή: (mv) rm K (mv) rm K R και κατόπιν την αντίσταση εισόδου του ενισχυτή: R K Βήμα 4. Αποσυνδέστε τον αποζευκτικό πυκνωτή C Ε (παράλληλα με την αντίσταση εκπομπού R E ). Ο ενισχυτής τώρα θα λειτουργεί με αρνητική ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο (προερχόμενη από την αντίσταση R E ). Δώστε στην είσοδο του ενισχυτή (από τη γεννήτρια) εναλλασσόμενο σήμα συχνότητας 8 khz και μεγέθους τέτοιου ώστε, το πλάτος της τάσης εξόδου του ενισχυτή να είναι περίπου: o 1 Volt (χωρίς παραμόρφωση). Με τον παλμογράφο μετρείστε το νέο πλάτος 1 της τάσης που δίνει η πηγή σήματος καθώς και την νέα τάση 1K-Γη στην είσοδο του ενισχυτή. Μετρείστε ακόμα την τάση ανατροφοδότησης f που είναι ίση με την τάση στα άκρα της R E. 1 (mv) o (V) R (mv) E f Lf (Hz) f Hf (khz) Από τις μετρήσεις σας υπολογίστε το ποσοστό ανατροφοδότησης β f R β E... Από τις μετρήσεις σας υπολογίστε επίσης την ενίσχυση τάσεως A f1 με ανατροφοδότηση. A f1......... (1) 1 Υπολογίστε ακόμα την επιστρεφόμενη ποσότητα Dβ Α. Είναι: D β Α 1 +...................... A A f1......... (2) D Ελέγξτε τα αποτελέσματα των (3) και (4) σε σχέση με αυτά που ξέρετε από την θεωρία. Ακολουθώντας την μεθοδολογία του βήματος 3 βρείτε τις συχνότητες αποκοπής f Lf και f Hf με αρνητική ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο: και Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 77 -
f Lf 1...... f Hf 1...... BW f 1 f Hf 1 f Lf 1......................... Συγκρίνεται τις τιμές των ΒW και BW f 1 και ελέγξτε εάν συμφωνούν με αυτά που ξέρετε από την θεωρία. Επίσης, ακολουθώντας τη μεθοδολογία του βήματος 3, υπολογίστε την αντίσταση εισόδου του ενισχυτή με αρνητική ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο: 1 (mv) rm K1 (mv) rm 1 K1 1 R και στη συνέχεια την αντίστοιχη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή: R f1 K1 1 Συγκρίνεται τις τιμές των R και R f1 και ελέγξτε εάν συμφωνούν με αυτά που ξέρετε από την θεωρία. Βήμα 5. Αλλάξτε τώρα τη μορφή της ανατροφοδότησης από ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο σε ανατροφοδότηση τάσης παράλληλα με την είσοδο. Ξανασυνδέστε δηλαδή τον αποζευκτικό πυκνωτή C Ε παράλληλα με την αντίσταση εκπομπού R E (ώστε να μην έχετε ανατροφοδότηση λόγω της R E ) και ταυτόχρονα διοχετεύστε μέσω της αντίστασης 47kΩ ένα μέρος του σήματος εξόδου, στην είσοδο (Σχήμα Ε5.2). K ο Σχήμα Ε5.2 Δώστε στην είσοδο του ενισχυτή (από την γεννήτρια) εναλλασσόμενο σήμα συχνότητας 8KHz και μεγέθους τέτοιου ώστε, η peak to peak τάση εξόδου του ενισχυτή να είναι περίπου o 1 Volt (χωρίς παραμόρφωση). Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 78 -
Χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο και τη μεθοδολογία που εφαρμόσατε στην προηγούμενη τοπολογία ανατροφοδότησης βρείτε την νέα τώρα ενίσχυση τάσης A f2 με ανατροφοδότηση τάσης παράλληλα με την είσοδο καθώς και τις νέες συχνότητες αποκοπής f Lf2 και f Hf2. 2 (mv) o (V) f Lf 2 (Hz) f Hf 2 (khz) 1 A f 2......... 2 f Lf 2...... f Hf 2...... BW f2 f Hf 2 f Lf 2....................... Συγκρίνεται τις τιμές των ΒW και BW f 2 και ελέγξτε εάν συμφωνούν με αυτά που ξέρετε από την θεωρία. Υπολογίστε ακόμα και την επιστρεφόμενη ποσότητα A D 2...... A f 2 Τέλος, μετρήστε με βολτόμετρο την ενεργό τιμή της τάσης εισόδου και της τάσης στον κόμβο Κ, έτσι ώστε να υπολογίσετε το ρεύμα εισόδου του ενισχυτή με ανατροφοδότηση τάσης παράλληλα με την είσοδο: 2 (mv) rm K2 (mv) rm 2 K2 2.. R και στη συνέχεια την αντίστοιχη αντίσταση εισόδου του ενισχυτή: R f 2 K2 2 Συγκρίνεται τις τιμές των R και R f2 και ελέγξτε εάν συμφωνούν με αυτά που ξέρετε από την θεωρία. Τ.Ε.Ι. ΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. - 79 -