ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ /0/0 ΘΕΜΑ ο (5 μονάδες) Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήματος δίνονται: 0 Ω, Ε kω, Β 00 kω, 4 kω, L kω, e 5 kω και 00 (α) Να προσδιορίσετε την ενίσχυση τάσης (A / ) του ενισχυτή στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων Για τον προσδιορισμό της Α να χρησιμοποιήσετε το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ που επίσης δίνεται στο παρακάτω σχήμα ( μονάδες) (β) Εάν η τάση εισόδου ( ) του ενισχυτή είναι ημιτονική με πλάτος 00 mv και συχνότητα 0 kηz, να χαράξετε στους ίδιους άξονες τις κυματομορφές των τάσεων και (05 μονάδες) e e e (α) Πρόκειται για ενισχυτική βαθμίδα στην οποία το τρανζίστορ είναι σε σύνδεση κοινής βάσης Για τον υπολογισμό της ενίσχυσης τάσης σχεδιάζουμε αρχικά το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στις μεσαίες συχνότητες, χρησιμοποιώντας για το τρανζίστορ το ισοδύναμο κύκλωμά του Παρατηρείστε ότι η αντίσταση βάσης ( B ), στις μεσαίες συχνότητες βραχυκυκλώνεται και δε συμμετέχει στο ισοδύναμο κύκλωμα που ακολουθεί e e L // L ( ) 800 Ω L e L L 643 () e e e E e // E 06 Ω e E 06 09 () 0 06 Από τις σχέσεις () και () συμπεραίνουμε ότι: 643 643 09 59 A 59
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ /0/0 (β) Με βάση τα δεδομένα της άσκησης η τάση εισόδου έχει πλάτος 00 mv και περίοδο: T / f / 0 khz 005 m 50 μ Αφού η ενίσχυση από το προηγούμενο ερώτημα προέκυψε ίση με 59, η τάση εξόδου θα έχει πλάτος 00 59 590 mv και περίοδο 50 μ Τα δύο σήματα, που είναι συμφασικά, φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα ΘΕΜΑ ο ( μονάδες) Ο διαφορικός ενισχυτής του παρακάτω σχήματος περιλαμβάνει δύο όμοια τρανζίστορ για τα οποία δίνονται: β 00 και V BE 07 V Επίσης, δίνονται: 0 kω, ma και V 0 V Να προσδιορίστε το σημείο λειτουργίας Q (, V E ) των δύο τρανζίστορ του ενισχυτή V Για τον προσδιορισμό του σημείου λειτουργίας των τρανζίστορ, αναλύουμε το κύκλωμα του διαφορικού ενισχυτή στο συνεχές (δηλ χωρίς την εφαρμογή των σημάτων εισόδου, που σημαίνει ότι οι πηγές των σημάτων εισόδου θα πρέπει να θεωρηθούν ως βραχυκυκλώματα) Αφού τα τρανζίστορ είναι όμοια και το κύκλωμα συμμετρικό, το σταθερό ρεύμα της πηγής ρεύματος μοιράζεται στους εκπομπούς των τρανζίστορ, οπότε: E E ( / ) B ( ) 0495mA E B β E β β β Εφαρμόζουμε τώρα τον ο κανόνα Krcff στο βρόχο που υποδεικνύεται στο παρακάτω σχήμα, ώστε να υπολογίσουμε την τάση V E : V VE VEB 0 VE V VBE VE Ι 575V
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ /0/0 Συνεπώς, το σημείο λειτουργίας των δύο τρανζίστορ είναι: Q (, V E ) Q (0495 ma, 575 V) ΘΕΜΑ 3 ο (5 μονάδες) (α) Στο παρακάτω κύκλωμα (α) να υποδείξετε ποιά από τις τέσσερις τοπολογίες αρνητικής ανατροφοδότησης εφαρμόζεται και στη συνέχεια να προσδιορίσετε το λόγο ανατροφοδότησης β Θεωρείστε ότι στο τρανζίστορ, το ρεύμα του συλλέκτη είναι ποσοτικά ίσο με το ρεύμα του εκπομπού Δίνεται ότι: E kω (5 μονάδες) (β) Στο παρακάτω κύκλωμα (β) να υποδείξετε ποιά από τις τέσσερις τοπολογίες αρνητικής ανατροφοδότησης εφαρμόζεται και στη συνέχεια να προσδιορίσετε το λόγο ανατροφοδότησης β Δίνεται ότι: kω και 9 kω (5 μονάδες) (α) Στο κύκλωμα (α) εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση ρεύματος σε σειρά με την είσοδο Ο λόγος ανατροφοδότησης β υπολογίζεται ως εξής: V f E 3
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ /0/0 f E β β β E β kω (β) Στο κύκλωμα (β) εφαρμόζεται αρνητική ανατροφοδότηση τάσης σε σειρά με την είσοδο Ο λόγος ανατροφοδότησης β υπολογίζεται ως εξής: V f L β f kω β β β β β kω 9 kω 0 0 ΘΕΜΑ 4 ο (3 μονάδες) Στον ενισχυτή διαφοράς τάσεων του παρακάτω σχήματος, που περιλαμβάνει ιδανικό τελεστικό ενισχυτή, η τάση είναι ημιτονικό σήμα πλάτους 00 mv και συχνότητας 5 kηz, ενώ η τάση είναι ημιτονικό σήματα ίδιας συχνότητας και πλάτους 800 mv (α) Χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η ανάλυση των κόμβων του κυκλώματος ή η αρχή της επαλληλίας, να παράγετε τη σχέση που δίνει την τάση εξόδου συναρτήσει των τάσεων εισόδου και ( μονάδες) (β) Χαράξτε στους ίδιους άξονες τις κυματομορφές των τάσεων, και ( μονάδα) (α) Χρησιμοποιούμε τη μέθοδο ανάλυσης των κόμβων, δηλαδή εφαρμόζουμε τον πρώτο κανόνα Krcff στους κόμβους των δύο ακροδεκτών (αντιστροφής και μη αντιστροφής) του τελεστικού ενισχυτή Θα πρέπει να εξισώσουμε το άθροισμα των αγωγιμοτήτων (δηλ των αντίστροφων αντιστάσεων) που ξεκινούν από τους κόμβους αυτούς, πολλαπλασιασμένο με την τάση τους, με 4
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ /0/0 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: 0 Λόγω της ιδιότητας αντιγραφής τάσεων στους ακροδέκτες του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή ( ) και από τις παραπάνω σχέσεις καταλήγουμε στο εξής: ( ) Εάν χρησιμοποιήσουμε την αρχή της επαλληλίας και μηδενίσουμε αρχικά την τάση εισόδου, παρατηρούμε ότι το κύκλωμα λειτουργεί ως ενισχυτής θετικής ενίσχυσης με κύκλωμα ανατροφοδότησης που αποτελείται από τις αντιστάσεις που συνδέονται στον ακροδέκτη αντιστροφής του τελεστικού ενισχυτή, είσοδο την τάση του ακροδέκτη μη αντιστροφής και έξοδο ο Επομένως:, όπου Από τις παραπάνω σχέσεις προκύπτει: Εάν τώρα μηδενίσουμε την, το κύκλωμα λειτουργεί ως ενισχυτής αρνητικής ενίσχυσης, αφού το ρεύμα στον μη αντιστρέφοντα ακροδέκτη του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή είναι μηδενικό και η τάση στα άκρα των αντιστάσεων που συνδέονται σε αυτόν είναι μηδενική Επομένως: Αθροίζοντας τις τάσεις εξόδου που προέκυψαν καταλήγουμε στη σχέση που καταλήξαμε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ανάλυσης των κόμβων: (β) Με βάση τα δεδομένα της άσκησης οι τάσεις εισόδου έχουν πλάτος (μέγιστη τιμή) 00 και 800 mv αντίστοιχα και ίδια περίοδο: T / f / 5 khz 004 m 40 μ Το σήμα εξόδου έχει πλάτος 800 00 600 mv και περίοδο 40 μ Τα τρία σήματα φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα 5