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, ώστε το σημείο λειτουργίας Q (, ) του τρανζίστορ να είναι Q (4, m). Να θεωρήσετε ότι β >>. ( μονάδες) (β) Να προσδιορίσετε την ενίσχυση τάσης Α o / στην περιοχή των μεσαίων συχνοτήτων. Για τον προσδιορισμό της Α να χρησιμοποιήσετε το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα του τρανζίστορ που επίσης δίνεται στο παρακάτω σχήμα. ( μονάδα) (α) Στον ενισχυτή που δίνεται έχουμε κύκλωμα πόλωσης με διαιρέτη τάσης και αυτοπόλωση εκπομπού, οπότε αρχικά εξάγουμε το παρακάτω ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή κατά Teenn, ώστε να διενεργήσουμε την ανάλυσή του στο συνεχές (υπενθυμίζεται ότι οι πυκνωτές στο συνεχές ρεύμα λειτουργούν ως ανοικτά κυκλώματα):
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 9/0/00 () () 0 0 0 00 0 μ β Αφού δίνεται ότι β >> τότε: ( ) [Ι (/β) ], δηλ. στον εκπομπό του τρανζίστορ ρέει το ρεύμα του συλλέκτη. Ο ος κανόνας Krcoff στο βρόχο εισόδου του παραπάνω κυκλώματος έχει ως εξής: ( ) ( ) Ω Ω 50.5 k 0 0 0.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0.7 0 0 0 0 0 Ο ος κανόνας Krcoff στο βρόχο εξόδου του παραπάνω κυκλώματος έχει ως εξής: Ω k 0 0 0 4 0 (β) Το ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή στο εναλλασσόμενο έχει ως εξής (οι πυκνωτές στις μεσαίες συχνότητες λειτουργούν ως βραχυκυκλώματα): _ fe b e L _ b o Ω k L L, Ω k 4. e e 0.4 ) ( ) (
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 9/0/00 o 000 o fe b L 000 b, e 0.4 000 0 4 b e o 4 ΘΕΜΑ ο (.5 μονάδες): Για τον κασκωδικό ενισχυτή του παρακάτω σχήματος προσδιορίστε τις τιμές των αντιστάσεων, και. Για τα δύο τρανζίστορ του ενισχυτή δίνονται: β 00, m, 0.75 και. Οι τιμές των υπόλοιπων αντιστάσεων είναι: S 00 Ω, 5. kω,.5 kω, L 0 KΩ και η τάση τροφοδοσίας 0. Να θεωρήσετε ότι β >>. Αφού δίνονται το ρεύμα Ι και οι τάσεις και των δύο τρανζίστορ, υπολογίζουμε αρχικά τα δυναμικά στους κόμβους του κυκλώματος ξεκινώντας από τον κόμβο της τάσης τροφοδοσίας (), όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 9/0/00 Υπενθυμίζεται ότι οι πυκνωτές στο συνεχές ρεύμα λειτουργούν ως ανοικτά κυκλώματα. 0.5.5.5 4.5 4.5 0.75.75 4.75.75 5 5.75 0.75, 4, Αφού δίνεται ότι β >> τότε στα δύο τρανζίστορ: ( ) [Ι (/β) ], δηλ. στον εκπομπό κάθε τρανζίστορ ρέει το ρεύμα του συλλέκτη. Ω kω 0 Επίσης, θα πρέπει να υπολογίσουμε το ρεύμα βάσης που διαρρέει την αντίσταση : β 0 00 50 0 4.5 5μ, Ω.MΩ 50 Από ο 5.75 κανόνα Krcoff στον κόμβο 5: και Ω 7μΑ 5. 0 Συνεπώς: 7μΑ 5μΑ 4μΑ και ΘΕΜΑ ο ( μονάδες):. 5 5 0.75 Ω 4. kω 4 kω 40. Σε μία εφαρμογή χρειαζόμαστε να ενισχύσουμε ένα σήμα μέσης συχνότητας κατά 00 φορές. Για τεχνικούς λόγους, όπως σταθερότητα ενίσχυσης και μείωση παραμόρφωσης, επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε για την εφαρμογή αυτή ενισχυτή με ανατροφοδότηση στον οποίο η ενίσχυση του βρόχου ανατροφοδότησης είναι ίση με 9. (α) Να προσδιορίσετε την ενίσχυση με ανοιχτό βρόχο ανατροφοδότησης του ενισχυτή που θα χρησιμοποιηθεί για την εν λόγω εφαρμογή. ( μονάδα) (β) Να προσδιορίσετε το ποσοστό του σήματος εξόδου που επιστρέφεται (αφαιρείται) στην είσοδο του ενισχυτή. (0.5 μονάδες) (γ) Να προσδιορίσετε τη μείωση της ενίσχυσης του ενισχυτή λόγω ανατροφοδότησης σε d. (0.5 μονάδες) (α) Αφού επιθυμούμε ο ενισχυτής με ανατροφοδότηση να ενισχύσει το σήμα κατά 00 φορές, τότε Α f 00. Επίσης, δίνεται ότι η ενίσχυση του βρόχου ανατροφοδότησης ισούται με 9, δηλ. βα 9. Επομένως, η ενίσχυση με ανοιχτό βρόχο ανατροφοδότησης υπολογίζεται ως εξής: f ( βα) Α 00( 9) 000. βα f
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 9/0/00 (β) Το ποσοστό του σήματος εξόδου που επιστρέφεται (αφαιρείται) στην είσοδο του ενισχυτή κατά την εφαρμογή αρνητικής ανατροφοδότησης, υπολογίζεται ως εξής: 9 9 β 9 β β 0.009 Α 000 Συνεπώς, το 0.9% του σήματος εξόδου να επιστρέφει στην είσοδο του ενισχυτή. (γ) Οι δύο ενισχύσεις (ανοιχτού βρόχου και με ανατροφοδότηση) σε d έχουν ως εξής: σε d 0log 0 log000 0 0 f σε d 0log f 0 log00 0 40 Επομένως, η μείωση της ενίσχυσης λόγω της ανατροφοδότησης είναι: 0 40 0 d. ΘΕΜΑ 4 ο (.5 μονάδες): Στο κύκλωμα του παρακάτω σχήματος, που περιλαμβάνει ιδανικό τελεστικό ενισχυτή, η τάση εισόδου είναι ημιτονικό σήμα πλάτους 00 m και συχνότητας 5 kηz. Δίνεται: kω. (α) Να προσδιορίσετε την τάση εξόδου o συναρτήσει της τάσης εισόδου. ( μονάδες). (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 ο κανόνα Krcoff στον κόμβο του ακροδέκτη μη 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 μη αντιστροφής του τελεστικού ενισχυτή, έχουμε: 0 Λόγω του ότι τα ρεύματα στις εισόδους του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή είναι
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 9/0/00 μηδενικά, το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση ανατροφοδότησης είναι προφανώς μηδενικό και επομένως τα άκρα της αντίστασης αυτής είναι ισοδυναμικά, παρουσιάζουν δηλαδή την ίδια τάση, οπότε: _ o. Λόγω της ιδιότητας αντιγραφής τάσεων στους ακροδέκτες του ιδανικού τελεστικού ενισχυτή: _ o και καταλήγουμε στο παρακάτω συμπέρασμα: o o (β) Με βάση τα δεδομένα της άσκησης η τάση εισόδου έχει πλάτος (μέγιστη τιμή) 00 m 0. και περίοδο: T / f / 5 khz 0. m. Τα σήματα και o φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα. Το σήμα εξόδου είναι συμφασικό με το σήμα εισόδου και το πλάτος του είναι μισό από εκείνο του σήματος εισόδου.