Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Απαντήσεις στο 1 0 Homework στην Προχωρημένη Ηλεκτρονική Εαρινό Εξάμηνο 2014 2015 Διδάσκων: Πλέσσας Φώτιος Βοηθός Διδασκαλίας: Ζωγραφόπουλος Γιάννης
Πρόβλημα 1 ο Για το παρακάτω κύκλωμα υποθέστε ότι =28mA και μη λάβετε υπόψη την ro. Επιπλέον, υποθέστε ότι οι πυκνωτές είναι βραχυκυκλώματα στη συχνότητα λειτουργίας. Υπολογίστε το κέρδος τάσης. Το μοντέλου μικρού σήματος του κυκλώματος φαίνεται στην παρακάτω εικόνα όπου: Από το μοντέλο μικρού σήματος βλέπουμε πως το κέρδος τάσης είναι ίσο με 1
Πρόβλημα 2 ο Για το BJT στο ενισχυτή του παρακάτω σχήματος, β=100. Αγνοήστε τις παρασιτικές χωρητικότητες. Επιπλέον, CC2, VT=25mV και RS=100K. 1. Βρείτε το ΙC. 2. Αντιμετωπίζοντας την είσοδο του κυκλώματος ως υψιπερατό φίλτρο υπολογίστε την κρίσιμη συχνότητα, χωρίς να λάβετε υπόψη τις παρασιτικές χωρητικότητες του τρανζίστορ. 3. Υπολογίστε το κέρδος τάσης χωρίς να λάβετε υπόψη τις παρασιτικές χωρητικότητες του τρανζίστορ. Ισχύει αυτό στις χαμηλές συχνότητες; 1. Για τον υπολογισμό του κάνουμε DC ανάλυση(όπου οι πυκνωτές είναι ανοιχτο-κυκλώματα). Στη συνέχεια από Νόμο Τάσεων Kirchoff στο παρακάτω κύκλωμα έχουμε: Λύνοντας την παραπάνω εξίσωση βρίσκουμε πως: και συνεπώς 2
2. Για να υπολογίσουμε τη κρίσιμη συχνότητα του φίλτρου αρκεί να υπολογίσουμε τη σταθερά χρόνου. Επιπλέον ισχύουν H αντίσταση που βλέπει ο πυκνωτής δεξιά του είναι Η συνολική αντίσταση που βλέπει ο πυκνωτής είναι ίση με RS + Ri = 184K, και η σταθερά χρόνου τ=(184κ)(10x10-9 ) = 1.84ms. Άρα η κρίσιμη συχνότητα είναι ίση με F3dB = 1/(2πτ) = 86.5Hz 3. Το κύκλωμα του σχήματος είναι ένας ακόλουθος εκπομπού, ο οποίος μας δίνει κέρδος από τη βάση στον εκπομπό λίγο μικρότερο της μονάδας. Επίσης, η Ri, δηλαδή η αντίσταση που βλέπει ο πυκνωτής είναι 84Κ με αποτέλεσμα σε συνδυασμό με την RS, να σχηματίζεται ένας διαιρέτης τάσης. Τελικά το κέρδος είναι: Πρόβλημα 3 ο Για το παρακάτω κύκλωμα β=300, VT=25mV και ΙC=1 ma. Υπολογίστε την αντίσταση εξόδου Ro αγνοώντας την ro. 3
Από ανάλυση μικρού σήματος ισχύει, Πρόβλημα 4 ο Δείξτε ότι η αντίσταση εξόδου Ro στο κύκλωμα του σχήματος είναι (1/gm) RS χωρίς να λάβετε υπόψη την ro. Για να υπολογίσουμε την Ro, πρέπει πρώτα να αφαιρέσουμε όλες τις πηγές τάσης του κυκλώματος(στη δική μας περίπτωση την ) και να προσθέσουμε μία νέα πηγή στην έξοδο την Vx η οποία αντίστοιχα θα μας δώσει και ένα ρεύμα Ix. Στη συνέχεια η Ro =. Το μοντέλο μικρού σήματος για τον παραπάνω ενισχυτή φαίνεται το (a) του παρακάτω σχήματος. Επειδή το ρεύμα στο Gate του nmos τρανζίστορ είναι μηδέν, το Vg προκύπτει επίσης μηδέν και το κύκλωμα μετασχηματίζεται σε αυτό που βλέπουμε στο (b). Ας παρατηρήσουμε επίσης πως το και η ro είναι παράλληλη με την Ro. 4
Από Νόμο Ρευμάτων του Kirchoff έχουμε: Αναδιατάσσοντας την παραπάνω εξίσωση έχουμε: Πρόβλημα 5 ο Για τον παρακάτω ενισχυτή 5
1. Σχεδιάστε το μοντέλο μικρού σήματος για τον ενισχυτή λαμβάνοντας υπόψη τις παρασιτικές χωρητικότητες του τρανζίστορ. 2. Υπολογίστε τη χωρητικότητα Miller. 3. Αντιμετωπίζοντας την είσοδο του κυκλώματος ως βαθυπερατό φίλτρο υπολογίστε την κρίσιμη συχνότητα. Γιατί υπάρχει διαφορά στο είδος του φίλτρου σε σχέση με το Πρόβλημα 2. 4. Υπολογίστε το κέρδος τάσης στις μεσαίες συχνότητες, γιατί ισχύει μόνο σε αυτές; 1. Στο σχήμα που ακολουθεί βλέπουμε το πλήρες μοντέλο μικρού σήματος για τα FET τρανζίστορ όπου έχουμε συμπεριλάβει και τις παρασιτικές χωρητικότητες. 2. Για να υπολογίσουμε την χωρητικότητα Miller αρκεί να πούμε: 3. Προκειμένου να υπολογίσουμε την κρίσιμη συχνότητα πρέπει πρώτα να βρούμε τη σταθερά χρόνου του κυκλώματος, οπότε: 4. Τέλος το κέρδος τάσης είναι με 6