ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ USH-ULL ΕΠΩΝΥΜΟ ΟΝΟΜΑ Α.Μ. ΤΜΗΜΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ:.... /..../ 0.. ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ:.... /..../ 0.. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.
ΣΤΟΧΟΙ η κατανόηση της αρχής λειτουργίας ενός ενισχυτή USH-ULL με συμμετρικά τρανζίστορ η μελέτη ενός ενισχυτή USH-ULL στο συνεχές (χάραξη ευθείας φόρτου, καθορισμός σημείων λειτουργίας, προσδιορισμός τάξης λειτουργίας) η κατανόηση του βαθμού απόδοσης ενός ενισχυτή ισχύος η κατανόηση της λειτουργίας ενός ενισχυτή σε τάξη ΑΒ με σήμα στη είσοδο ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Βήμα 1. Για την πραγματοποίηση της Άσκησης χρησιμοποιήσαμε ένα ενισχυτή USH- ULL ακουστικών συχνοτήτων με συμμετρικά BJT τρανζίστορ. Υλοποιήσαμε το κύκλωμα και δώσαμε τροφοδοτική τάση V CC =13V. Χωρίς σήμα στην είσοδο του ενισχυτή (στατική λειτουργία) μετρήσαμε με βολτόμετρο τις παρακάτω συνεχείς τάσης (πίνακας 8.1): V CE1 V BE1 V R6 V CE V BE V R7 V Λ-ΓΗ V Κ-ΓΗ V B1-ΓΗ V B-ΓΗ Πίνακας Ε8.1 Από τις μετρήσεις του πίνακα Ε8.1 υπολογίσαμε τις παρακάτω ποσότητες (πίνακας Ε8.): Τρανζίστορ Q 1 Τρανζίστορ Q V R V CC V Β1-ΓΗ =.... -.... =.... V R4.... -.... =.... -.... =.... V R3.... -.... =.... -.... =.... V R5.... I R...... I R4...... I R3...... I R5...... I B1 I R - I R3 =.... -.... =.... I B.... -.... =.... -.... =.... I E1 = I R6...... I E = I R7...... I C1 I E1 - I B1. =.... -.... =.... I C.... -.... =.... -.... =.... Πίνακας E8. - 1 -
Συνοψίζοντας τον παραπάνω πίνακα Ε8. όσον αφορά τα σημεία λειτουργίας των δύο τρανζίστορ, βλέπουμε ότι (πίνακας Ε8.3): Τρανζίστορ Τ 1 Τρανζίστορ Τ I B1 V CE1 I C1 I B V CE I C Πίνακας Ε8.3 - Σημεία λειτουργίας των δύο τρανζίστορ Για να βρούμε την Τάξη Λειτουργίας του ενισχυτή (κάθε βαθμίδας) χαράσσουμε την Ευθεία Φόρτου και τοποθετούμε τα Σημεία Λειτουργίας στα Διαγράμματα Χαρακτηριστικών των δύο τρανζίστορ (σημεία Q 1 και Q αντίστοιχα). I C1 (ma) 500 Διάγραμμα E8.1 - Τρανζίστορ Τ 1 - Ευθεία Φόρτου - Σημείο Λειτουργίας Q 1 I C (ma) V CE1 (V) 500 V CE (V) Διάγραμμα E8. - Τρανζίστορ Τ - Ευθεία Φόρτου - Σημείο Λειτουργίας Q - -
Για ένα απολύτως συμμετρικό ενισχυτή USH-ULL πρέπει I C1 = I C. Από τα διαγράμματα E8.1 και E8. συμπεραίνουμε ότι η Τάξη Λειτουργίας του ενισχυτή μας είναι: Τάξη Λειτουργίας Ενισχυτή:............................................. Βήμα. Με αντίσταση φορτίου R L =0Ω και με R 1 = 100Ω, δώσαμε στην είσοδο του ενισχυτή εναλλασσόμενο σήμα συχνότητας f = 000Hz και πλάτους V i =1,5Volt. Μετρώντας με το βολτόμετρο την εναλλασσόμενη τάση V R1 μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα εισόδου I i-rms που δίνει η πηγή σήματος από την σχέση I irms V R R1 1 Η τάση εξόδου της Πηγής Σήματος είναι U i =1,5V πλάτος, άρα η ισχύς εισόδου i θα είναι Vi i Iirms Με τον παλμογράφο μετρήσαμε το πλάτος της τάσης εξόδου U o και υπολογίσαμε την ισχύ εξόδου o από την σχέση Vo o R o Άρα η ενίσχυση ισχύος A p είναι: Ap L i Βήμα 3. Με αντίσταση φορτίου R L =0Ω και με βραχυκυκλωμένη την R 1 δώσαμε στην είσοδο του ενισχυτή εναλλασσόμενο ημιτονικό σήμα συχνότητας f = 000Hz. Μετρήσαμε με τον παλμογράφο την τάση εξόδου V o συναρτήσει της τάσης εισόδου V i. Ταυτόχρονα μετρήσαμε το ολικό συνεχές ρεύμα που δίνει το τροφοδοτικό (I ολ ) καθώς και το συνεχές ρεύμα I C1 που διαρρέει τον συλλέκτη του τρανζίστορ Q 1. Έτσι από την σχέση DC = I ολ V DC βρίσκουμε την ισχύ που η πηγή συνεχούς τάσεως δίνει Vo στο κύκλωμα, ενώ από την σχέση o βρίσκουμε την εναλλασσόμενη ισχύ που R L αποδίδει ο ενισχυτής στον καταναλωτή (αντίσταση Φορτίου R L ). Στην συνέχεια από την σχέση του ενισχυτή. rms στην έξοδο n θα υπολογίσουμε τον βαθμό αποδόσεως DC απότοτροφοδοτικό Όλα τα παραπάνω καταγράφονται στον παρακάτω πίνακα E8.4-3 -
R 1 = 0Ω, R L = 0Ω, f = 000Hz V i (πλάτος) V o (πλάτος) I ολ (DC) I C1 (DC) o V o R L DC =I ολ V DC n rms στην έξοδο DC απότοτροφοδοτικό 3 4 5 6 7 8 Μέγιστη απαραμόρφωτη έξοδος V o =..... Volt για V i =..... Volt οπότε n =..... % Πίνακας E8.4 Συγκρίνοντας αυτά που ξέρουμε από την θεωρία για την σχέση ανάμεσα στο I ολ (DC) και στο I C1 (DC) με τις αντίστοιχες μετρήσεις του πίνακα E8.4 (για το I ολ (DC) και το I C1 ), βλέπουμε ότι: - 4 -
Επιπλέον παρατηρώντας τις μεταβολές του βαθμού αποδόσεως n του ενισχυτή καθώς και τις συνθήκες στις οποίες εμφανίζεται η μέγιστη τιμή του, συμπεραίνουμε ότι: Βήμα 4. Με παλμογράφο διπλής δέσμης παρατηρήσαμε τις κυματομορφές των τάσεων στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού των τρανζίστορ Q 1 και Q. Επειδή η τάση στα άκρα μιας αντίστασης είναι ανάλογη του ρεύματος που την διαρρέει, μπορούμε να συμπεραίνουμε ότι η κυματομορφή των ρευμάτων εκπομπού των Q 1 και Q είναι όμοια με την κυματομορφή των τάσεων. Δώσαμε σήμα από την γεννήτρια συχνότητας f = 000Hz και πραγματοποιήσαμε δυο μετρήσεις, μία φορά όταν η αναπτυσσόμενη peak to peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων Εκπομπού R 6, R 7 είναι 300mV και μία όταν είναι 50mV (διαγράμματα 8.3 και 8.4). Στην συνέχεια μετρήσαμε με τον παλμογράφο τα πλάτη των σημάτων εισόδου (V i ) και εξόδου (V ο ) και για τις δύο περιπτώσεις. V R6,V R7 (mv) 300 V o, μεγ (V) 00 100 0 η peak-to-peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού είναι 300mV V i, μεγ =..V, V ο, μεγ =..V Διάγραμμα E8.3-5 -
V R6,V R7 (mv) V o, ελαχ (V) 40 0 0 η peak to peak τάση στα άκρα των αντιστάσεων εκπομπού είναι 50mV V i, ελαχ =..V, V ο, ελαχ =..V Διάγραμμα E8.4 Παρατηρώντας τις κυματομορφές στο διάγραμμα E8.3 θα αποφανθούμε πότε άγει το κάθε τρανζίστορ, για πόσο τμήμα της περιόδου και αν αυτό είναι αναμενόμενο από την θεωρία σε σχέση και με την Τάξη Λειτουργίας του Ενισχυτή που διαπιστώσαμε στο βήμα 1. Τις ίδιες παρατηρήσεις θα κάνουμε και για το διάγραμμα E8.4 και θα εξηγήσουμε γιατί αυτό διαφέρει από το διάγραμμα E8.3. - 6 -