Κεφάλαιο 4. Τελεστικοί ενισχυτές Σύνθετα κυκλώματα

Σχετικά έγγραφα
Κεφάλαιο 7. Κυκλώματα με Διπολικά Τρανζίστορ Επαφής σε Γραμμική Λειτουργία - Ενισχυτές

Κεφάλαιο 9. Ψηφιακά κυκλώματα - Άλγεβρα Boole

Κεφάλαιο 5. Ημιαγωγικές διατάξεις Δίοδοι

Κεφάλαιο 3. Εισαγωγή στους Τελεστικούς Ενισχυτές - Γραμμική - Μη Γραμμική Λειτουργία - Απλά κυκλώματα

Κεφάλαιο 6. Κυκλώματα με διπολικό τρανζίστορ επαφής (BJT) Λειτουργία διακόπτη

Κεφάλαιο 8. Τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET)

Κεφάλαιο 2. Βασικές Έννοιες και Μετρήσεις στην Ηλεκτρονική Φυσική

Κεφάλαιο 11. Κυκλώματα Χρονισμού

Κεφάλαιο 10. Ψηφιακά κυκλώματα Flip-Flop και εφαρμογές

7. ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

Φίλτρα διέλευσης: (α) χαμηλών συχνοτήτων (β) υψηλών συχνοτήτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Άσκηση 12 Ο ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ua741 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ R-C ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Η θεωρία της άσκησης καλύπτεται από το βιβλίο του Εργαστηρίου. ( j

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

3. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΜΕ ΣΥΖΕΥΞΗ ΜΕΣΩ ΠΥΚΝΩΤΗ

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Τελεστικός ενισχυτής

ΜΕΡΟΣ Α: Απαραίτητες γνώσεις

ΑΣΚΗΣΗ 208 ΚΥΚΛΩΜΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΕΝ ΣΕΙΡΑ U U (3)

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 5γ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 26/01/2017

1η Εργαστηριακή Άσκηση: Απόκριση κυκλώµατος RC σε βηµατική και αρµονική διέγερση

Μεταβατική Ανάλυση - Φάσορες. Κατάστρωση διαφορικών εξισώσεων. Μεταβατική απόκριση. Γενικό μοντέλο. ,, ( ) είναι γνωστές ποσότητες (σταθερές)

Εργαστηριακές Ασκήσεις ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

Το διπολικό τρανζίστορ

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΜΕ ΣΥΖΕΥΞΗ ΜΕΣΩ ΠΥΚΝΩΤΗ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΜΕ ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 04/02/2011 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Άσκηση 11 Ο ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ua741 ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

Σχεδίαση Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων RF

5. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΜΕ ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΑΝΑΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ

ΦΙΛΤΡΑ ΜΕ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΛΑΜΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΣΑΚΕΛΛΑΡΗ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΦΥΣΙΚΟΣ- M.SC.

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 05/02/2013

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

ΗΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων. Εργαστηριακή Αναφορά ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 5 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΛΗΣ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΗΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 23/06/2016 ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΕΠΙ ΠΤΥΧΙΩ ΦΟΙΤΗΤΕΣ

ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Ι Ο ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΊΔΡΥΜΑ ΑΘΗΝΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/02/2015

2 η ΕΝΟΤΗΤΑ. Δίοδοι - Επαφή pn. 4 ο 5 ο 6 ο Εργαστήριο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ. Το διπολικό τρανζίστορ

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

8. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ PUSH-PULL

Ηλεκτρονική Μάθημα Ι Ηλεκτρονικά Συστήματα. Καθηγητής Αντώνιος Γαστεράτος Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης, Δ.Π.Θ.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι. Ενότητα 4: Ενισχυτής κοινού εκπομπού. Επ. Καθηγητής Γαύρος Κωνσταντίνος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ

ΜΕΤΡΗΣΗ ΔΙΑΦΟΡΑΣ ΦΑΣΗΣ ΔΥΟ ΗΜΙΤΟΝΟΕΙΔΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ

ΑΣΚΗΣΗ 2 η : ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Να σχεδιαστεί ένας ενισχυτής κοινού εκπομπού (σχ.1) με τα εξής χαρακτηριστικά: R 2.3 k,

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

περιεχομενα Πρόλογος vii

Σημειώσεις για την Άσκηση 2: Μετρήσεις σε RC Κυκλώματα

Παρουσιάσεις στο ΗΜΥ203, 2015

ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ PUSH-PULL

Ειδικά Θέματα Ηλεκτρονικών 1

Προτεινόμενες Ασκήσεις στις Εξαρτημένες Πηγές και στους Τελεστικούς Ενισχυτές

Μετρήσεις µε παλµογράφο

ΑΣΚΗΣΗ 7 ΚΥΚΛΩΜΑ R-L-C: ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ

(s) V Ιn. ΘΕΜΑ 1 1. Υπολογίστε την συνάρτηση µεταφοράς τάσης του. του κυκλώµατος και χαρακτηρίστε το.

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 06/02/2009 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

«Συγκριτής τάσης (με τελεστικό ενισχυτή)»

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΚΟΡΜΟΥ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. ΑΣΚΗΣΗ 1. Εισαγωγικές έννοιες - Απλά ηλεκτρονικά κυκλώματα και ηλεκτρικές μετρήσεις

v(t) = Ri(t). (1) website:

2η Εργαστηριακή Άσκηση: ιαγράµµατα Bode και εφαρµογή θεωρήµατος Thevenin

4. ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΜΕ ΑΜΕΣΗ ΣΥΖΕΥΞΗ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 20/02/2009 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3 ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΕΡΓΩΝ ΦΙΛΤΡΩΝ. ΣΚΟΠΟΣ

6. Τελεστικοί ενισχυτές

Άσκηση 6 ΔΙΟΔΟΣ ZENER ΚΑΙ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΕΣ ΤΑΣΗΣ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΠΑΤΡΑΣ 21/01/2011 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου-Εργαστήριο

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. 1-3 Κέρδος Τάσης του ιαφορικού Ενισχυτή µε FET s 8

Ενισχυτής Κοινού Εκπομπού

ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):

ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ I

ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

και συνδέει τον αριθμό των σπειρών του πρωτεύοντος και του

ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων

Σχεδίαση Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων RF

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου-Εργαστήριο

Εξαρτημένες Πηγές και Τελεστικός Ενισχυτής

Transcript:

Κεφάλαιο 4. Τελεστικοί ενισχυτές Σύνθετα κυκλώματα Σύνοψη Το κεφάλαιο αυτό αποτελεί συνέχεια του προηγούμενου και αφορά στη λειτουργία των τελεστικών ενισχυτών. Μελετώνται, σχεδιάζονται και υλοποιούνται όμως, πιο σύνθετα κυκλώματα που τους περιέχουν. Στα κυκλώματα αυτά δεν χρησιμοποιούνται μόνο αντιστάσεις αλλά και πυκνωτές, δίοδοι, κλπ. Μελετάται θεωρητικά ο τρόπος λειτουργίας τους και υπολογίζεται η απόκριση και οι συνθήκες οριακής λειτουργίας τους ανάλογα με την τροφοδοσία που τους παρέχεται και το σήμα εισόδου που χρησιμοποιείται. Τα κυκλώματα αυτά υλοποιούνται στο εργαστήριο και μετρώνται στην πράξη όλα τα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους τα οποία συγκρίνονται με τα θεωρητικά αναμενόμενα. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται οι εργαστηριακές ασκήσεις που αφορούν στην πειραματική υλοποίηση, μελέτη και κατανόηση των σύνθετων κυκλωμάτων με τελεστικούς ενισχυτές, που μπορούν να μελετηθούν θεωρητικά με τη μεθοδολογία που παρουσιάζεται. Προαπαιτούμενη γνώση Σύνθετα κυκλώματα με τελεστικούς ενισχυτές, Ενεργά φίλτρα, Χαμηλοπερατά ενεργά φίλτρα, Υψιπερατά ενεργά φίλτρα. 4.1. Εισαγωγή Όπως έχει ήδη αναφερθεί στο Κεφάλαιο 2, τα φίλτρα είναι κυκλώματα τα οποία επιτρέπουν τη διέλευση συγκεκριμένων συχνοτήτων. Τα κυκλώματα αυτά παρουσιάζουν τεράστιο ενδιαφέρον λόγω των πολλών πρακτικών τους εφαρμογών. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάστηκαν και μελετήθηκαν κυκλώματα φίλτρων τα οποία χρησιμοποιούσαν μόνο παθητικά στοιχεία (αντιστάσεις και πυκνωτές). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα το πλάτος του σήματος εξόδου να είναι πάντα μικρότερο - ή στην οριακή/ιδανική περίπτωση ίσο από το σήμα εισόδου. Στο Κεφάλαιο αυτό θα μελετήσουμε και θα παρουσιάσουμε κυκλώματα φίλτρων τα οποία περιλαμβάνουν τελεστικούς ενισχυτές. Τα κυκλώματα, λόγω του ότι ο τελεστικός ενισχυτής είναι ενεργό στοιχείο, είναι ενεργά φίλτρα και μπορούν, στην έξοδο τους, ανάλογα με τη συνδεσμολογία που έχει υλοποιηθεί, να δώσουν σήμα εξόδου με πλάτος μεγαλύτερο από εκείνο του σήματος εισόδου (Grob, 1997; Gates & Chartrand, 2000;McWhorter & Evans, 2004; Τόμπρας, 2005; Boylestad, 2006;Malvino & Bates, 2006;Τόμπρας, 2006;Boylestad&Nashelsky, 2008;Θεοδωρίδης κ.ά., 2009; Φωτόπουλος, 2009; Μάργαρης, 2010;Boylestad&Nashelsky, 2012; Alexander&Sadiku, 2013; Basis, 2013; Edminister, 2013; Malvino & Bates, 2013; Καραγιάννηκ.ά., 2014; Τόμπρας κ.ά., 2014). Τα κυκλώματα τα οποία θα μελετηθούν στη συνέχεια περιέχουν τελεστικούς ενισχυτές και λειτουργούν είτε ως ενεργά χαμηλοπερατά είτε ως ενεργά υψιπερατά φίλτρα. 4.2. Ενεργά φίλτρα με τελεστικούς ενισχυτές 4.2.1. Χαμηλοπερατό ενεργό φίλτρο με αναστροφή Το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 4.1 αποτελεί το κύκλωμα του αναστρέφοντος ενισχυτή που παρουσιάστηκε στο προηγούμενο Κεφάλαιο, με τη διαφορά ότι παράλληλα με την αντίσταση R 2 του κλάδου της ανάδρασης έχει συνδεθεί ένας πυκνωτής χωρητικότητας C (Τόμπρας, 2005; Τόμπρας, 2006; Θεοδωρίδης κ.ά., 2009; Καραγιάννη κ.ά., 2014; Τόμπρας κ.ά., 2014). Στην είσοδο του κυκλώματος εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση πλάτους V in,0 και κυκλικής συχνότητας ω. 102

Σχήμα 4.1: Χαμηλοπερατό ενεργό φίλτρο με αναστροφή. Η μιγαδική αντίσταση του πυκνωτή χωρητικότητας C, όπως έχει ήδη αναφερθεί και παραπάνω, θα δίνεται από τη σχέση: Επομένως η συνολική μιγαδική αντίσταση (εμπέδηση) που θα παρουσιάζει ο κλάδος της ανάδρασης στο κύκλωμα του Σχήματος 4.1 θα δίνεται από τη σχέση: (4.1) όπου ο συμβολισμός // δείχνει ότι τα δύο στοιχεία του κυκλώματος έχουν συνδεθεί παράλληλα. Γνωρίζουμε επίσης ότι, όπως έχει αποδειχθεί στο προηγούμενο κεφάλαιο, η συνάρτηση μεταφοράς του κυκλώματος του αναστρέφοντος ενισχυτή, για κάθε τιμή της συχνότητας, δίνεται ως: (4.2) Αντικαθιστώντας την Εξ. 4.2 στην Εξ. 4.3 και θέτοντας ω=2πf, όπου με f συμβολίζεται η συχνότητα του σήματος, προκύπτει ότι το κέρδος τάσης θα δίνεται ως: (4.3) 103 (4.4)

και αν θέσουμε: (4.5) τότε η Εξίσωση (4.4) γίνεται: και η συχνότητα f C αποτελεί τη συχνότητα αποκοπής του κυκλώματος του ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου του Σχήματος 4.1. Για να γίνει πιο κατανοητό αυτό, αρκεί να υπολογίσουμε το μέτρο του μιγαδικού αριθμού της Εξ. 4.6. Η μορφή του θα είναι: (4.6) Από την Εξ. 4.7 συμπεραίνουμε ότι το μέτρο του κέρδους τάσης του ενισχυτή, που δείχνει τον λόγο των πλατών του σήματος εισόδου προς το σήμα εισόδου, για πολύ μικρές τιμές της συχνότητας θα τείνει να γίνει ίσος με την τιμή R 2 /R 1. Αντίθετα, όσο μεγαλώνει η συχνότητα, η τιμή θα μικραίνει συνέχεια και οριακά, ενώ για πολύ μεγάλες τιμές του f θα τείνει στο μηδέν. Αυτό δείχνει ότι πράγματι το φίλτρο αυτό είναι χαμηλοπερατό και αν αντικαταστήσουμε όπου f=f C, τότε η Εξ. 4.7 θα λάβει τη μορφή: (4.7) η οποία δείχνει, μέσω της Εξίσωσης 2.28, ότι η f C, που δίνεται από την Εξίσωση 4.5 είναι η συχνότητα αποκοπής του φίλτρου. Ακολουθώντας τη διαδικασία που έχει περιγραφεί στο Κεφάλαιο 2, αν θεωρήσουμε ότι το σήμα εισόδου στο κύκλωμα του σχήματος 4.1 είναι της μορφής: (4.8) Τότε το σήμα εξόδου του ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου με αναστροφή του Σχήματος 4.1 θα δίνεται από την ακόλουθη μαθηματική έκφραση: (4.9) (4.10) 104

4.2.2. Υψιπερατό ενεργό φίλτρο με αναστροφή Στη συνέχεια, θα μελετηθεί η λειτουργία του κυκλώματος του Σχήματος 4.2. Το κύκλωμα αυτό περιέχει έναν τελεστικό ενισχυτή και λειτουργεί ως ένα ενεργό υψιπερατό φίλτρο με αναστροφή (Τόμπρας, 2005; Τόμπρας, 2006; Τόμπρας κ.ά., 2014). Είναι φανερό ότι το κύκλωμα αυτό έχει τη μορφή του ενισχυτή με αναστροφή, με τη διαφορά ότι σε σειρά με την αντίσταση R 1 έχει συνδεθεί ένας πυκνωτής χωρητικότητας C. Στην είσοδο του κυκλώματος εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση πλάτους V in,0 και συχνότητας f. Σχήμα 4.2: Υψιπερατό ενεργό φίλτρο με αναστροφή. Δεδομένου ότι η αντίσταση R 1 είναι συνδεδεμένη σε σειρά με τον πυκνωτή C, η συνολική μιγαδική αντίστασή του που θα παρουσιάζει ο συγκεκριμένος κλάδος του κυκλώματος θα δίνεται ως: (4.11) Λαμβάνοντας υπόψη τη συνολική μιγαδική αντίσταση Ζ 1 και την ωμική αντίσταση R 2 η συνάρτηση μεταφοράς του κυκλώματος του ενισχυτή με αναστροφή, για κάθε τιμή της συχνότητας, f, θα δίνεται ως: (4.12) Επομένως, αντικαθιστώντας το αποτέλεσμα της Εξίσωσης 4.11 στην Εξίσωση 4.12, προκύπτει ότι το κέρδος τάσης στην έξοδο του ενισχυτή θα δίνεται ως: και αντικαθιστώντας στην Εξίσωση 4.13 την τιμή: (4.13) 105

(4.14) προκύπτει τελικά ότι: (4.15) Στη συνέχεια υπολογίζουμε το μέτρο του μιγαδικού αριθμού της Εξ. 4.15 το οποίο θα δίνεται ως: (4.16) Από την Εξ. 4.16 προκύπτει ότι, το μέτρο του κέρδους τάσης του ενισχυτή που δείχνει τον λόγο των πλατών του σήματος εισόδου προς το σήμα εισόδου, θα μειώνεται όσο οι τιμές της συχνότητας θα μικραίνουν και ουσιαστικά για συχνότητες κοντά στα 0 Hz θα μηδενίζεται. Αντίθετα, όσο η συχνότητα θα αυξάνει, η τιμή του θα αυξάνει και εκείνη και θα τείνει οριακά στην τιμή R 2 /R 1. Επομένως, η διάταξη του Σχήματος 4.2, αποτελεί πράγματι ένα ενεργό υψιπερατό φίλτρο. Για να υπολογιστεί η συχνότητα αποκοπής του ακολουθούμε τη διαδικασία που περιγράφεται στο κεφάλαιο 2 και από την Εξίσωση 2.28 τελικά καταλήγουμε ότι η συχνότητα f C, που δίνεται από την Εξίσωση 4.14, είναι η συχνότητα αποκοπής του συγκεκριμένου φίλτρου. Κατά αντιστοιχία με την προηγούμενη περίπτωση του ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου και ακολουθώντας τη διαδικασία που περιγράφηκε στο Κεφάλαιο 2, αν θεωρήσουμε ότι το σήμα εισόδου στο κύκλωμα του Σχήματος 4.2 είναι της μορφής που φαίνεται στην Εξίσωση 4.9, τότε, το σήμα εξόδου του ενεργού υψιπερατού φίλτρου με αναστροφή του Σχήματος 4.2, θα δίνεται από την ακόλουθη μαθηματική έκφραση: (4.17) 106

4.3. Πειραματική Διαδικασία 4.3.1. Άσκηση 1 - Μετρήσεις ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου με αναστροφή Να υλοποιήσετε στο εργαστήριο το κύκλωμα του ενεργού χαμηλοπερατού φίλτρου που φαίνεται στο Σχήμα 4.1. Στην είσοδό του, V in, να εφαρμοστεί, αρχικά, ημιτονικό σήμα πλάτους 0.5 Volts και συχνότητας 500 Hz. Οι τιμές των αντιστάσεων να είναι R 1 = 1 KΩ και R 2 = 10 ΚΩ, ενώ ο πυκνωτής να έχει χωρητικότητα C= 10 nf. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσετε τα ακόλουθα βήματα: i) Υπολογίστε αναλυτικά τη συχνότητα αποκοπής. ii) Υπολογίστε αναλυτικά το πλάτος που θα πρέπει να έχει το σήμα εξόδου στη συγκεκριμένη συχνότητα. iii) Να μετρήσετε πειραματικά το πλάτος του σήματος εξόδου στη συγκεκριμένη συχνότητα και το συγκεκριμένο πλάτος του σήματος εξόδου. Η τιμή που μετράτε είναι κοντά σε αυτή που υπολογίσατε στο ερώτημα (ii); Υπάρχει απόκλιση; Γιατί; iv) Να συνδέσετε τα δύο κανάλια του παλμογράφου με την είσοδο και την έξοδο του κυκλώματος ταυτόχρονα και να Μεταβάλλετε τη συχνότητα του σήματος εισόδου (διατηρώντας το πλάτος V in,0, σταθερό) με τρόπο τέτοιο ώστε να πάρετε μετρήσεις για να σχηματίσετε το διάγραμμα BODE του ενεργού φίλτρου. v) Να μετρήσετε πειραματικά, τη συχνότητα αποκοπής. Είναι κοντά στην τιμή που υπολογίσατε αναλυτικά στο ερώτημα (i); Υπάρχει απόκλιση; Γιατί; vi) Προσθέστε παράλληλα στον πυκνωτή, έναν ακόμα πυκνωτή ίδιας χωρητικότητας. Πώς περιμένουμε να μεταβληθεί η συχνότητας αποκοπής; Αλλάζει το πλάτος του σήματος εξόδου; Γιατί; vii) Υπολογίστε αναλυτικά και μετρήστε πειραματικά τη νέα συχνότητα αποκοπής για το κύκλωμα του ερωτήματος (vi). Συγκρίνετε τις πειραματικές και πρακτικές τιμές μεταξύ τους και σχολιάστε. viii) Προσθέστε παράλληλα στον πυκνωτή μια αντίσταση με τιμή R 3 = 1 KΩ. Πώς περιμένουμε να μεταβληθεί η συχνότητας αποκοπής; Αλλάζει το πλάτος του σήματος εξόδου; Γιατί; ix) Υπολογίστε αναλυτικά και μετρήστε πειραματικά τη νέα συχνότητα αποκοπής για το κύκλωμα του ερωτήματος (viii). Συγκρίνετε τις πειραματικές και πρακτικές τιμές μεταξύ τους και σχολιάστε. 4.3.2. Άσκηση 2 - Μετρήσεις ενεργού υψιπερατού φίλτρου με αναστροφή Να υλοποιήσετε στο εργαστήριο το κύκλωμα του ενεργού υψιπερατού φίλτρου που φαίνεται στο Σχήμα 4.2. Στην είσοδό του, V in, να εφαρμοστεί, αρχικά, ημιτονικό σήμα πλάτους 0.5 Volts και συχνότητας 500 Hz. Οι τιμές των αντιστάσεων να είναι R 1 = 1 KΩ και R 2 = 10 ΚΩ, ενώ ο πυκνωτής να έχει χωρητικότητα C= 10 nf. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσετε τα ακόλουθα βήματα: i) Υπολογίστε αναλυτικά τη συχνότητα αποκοπής. ii) Υπολογίστε αναλυτικά το πλάτος που θα πρέπει να έχει το σήμα εξόδου στη συγκεκριμένη συχνότητα. iii) Να μετρήσετε πειραματικά το πλάτος του σήματος εξόδου στη συγκεκριμένη συχνότητα και το συγκεκριμένο πλάτος του σήματος εξόδου. Η τιμή που μετράτε είναι κοντά σε αυτή που υπολογίσατε στο ερώτημα (ii); Υπάρχει απόκλιση; Γιατί; iv) Να συνδέσετε τα δύο κανάλια του παλμογράφου με την είσοδο και την έξοδο του κυκλώματος ταυτόχρονα και να Μεταβάλλετε τη συχνότητα του σήματος εισόδου (διατηρώντας το πλάτος V in,0, σταθερό) με τρόπο τέτοιο ώστε να πάρετε μετρήσεις για να σχηματίσετε το διάγραμμα BODE του ενεργού φίλτρου. v) Να μετρήσετε πειραματικά τη συχνότητα αποκοπής. Είναι κοντά στην τιμή που υπολογίσατε αναλυτικά στο ερώτημα (i); Υπάρχει απόκλιση; Γιατί; 107

vi) vii) viii) ix) Προσθέστε σε σειρά με τον πυκνωτή, έναν ακόμα πυκνωτή ίδιας χωρητικότητας. Πώς περιμένουμε να μεταβληθεί η συχνότητας αποκοπής; Αλλάζει το πλάτος του σήματος εξόδου; Γιατί; Υπολογίστε αναλυτικά και μετρήστε πειραματικά τη νέα συχνότητα αποκοπής για το κύκλωμα του ερωτήματος (vi). Συγκρίνετε τις πειραματικές και πρακτικές τιμές μεταξύ τους και σχολιάστε. Προσθέστε σε σειρά με τον πυκνωτή, μια αντίσταση με τιμή R 3 =1KΩ. Πώς περιμένουμε να μεταβληθεί η συχνότητας αποκοπής; Αλλάζει το πλάτος του σήματος εξόδου; Γιατί; Υπολογίστε αναλυτικά και μετρήστε πειραματικά τη νέα συχνότητα αποκοπής για το κύκλωμα του ερωτήματος (viii). Συγκρίνετε τις πειραματικές και πρακτικές τιμές μεταξύ τους και σχολιάστε. 4.3.3. Άσκηση 3 Να υλοποιήσετε στο εργαστήριο το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 4.3. Στην είσοδό του, V in, να εφαρμοστεί, αρχικά, ημιτονικό σήμα πλάτους 0.5 Volts και συχνότητας 500 Hz. Οι τιμές των αντιστάσεων να είναι R 1 = 1 KΩ και R 2 = 1 ΚΩ, ενώ ο πυκνωτής να έχει χωρητικότητα C= 10 nf. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσετε τα ακόλουθα βήματα: Σχήμα 4.3: Κύκλωμα άσκησης 3. i) Υπολογίστε αναλυτικά τη συνάρτηση μεταφοράς του κυκλώματος και εξηγήστε τη λειτουργία του κυκλώματος. Είναι φίλτρο; ii) Να συνδέσετε τα δύο κανάλια του παλμογράφου με την είσοδο και την έξοδο του κυκλώματος ταυτόχρονα και να Μεταβάλλετε τη συχνότητα του σήματος εισόδου (διατηρώντας το πλάτος V in,0, σταθερό) με τρόπο τέτοιο ώστε να πάρετε μετρήσεις για να σχεδιάσετε το διάγραμμα BODE του κυκλώματος. iii) Μπορούμε να μετρήσουμε πειραματικά τη συχνότητα αποκοπής; Αν ναι, ποιά είναι; iv) Προσθέστε παράλληλα με την R 2 μια αντίσταση R 3 = 1 KΩ και σε σειρά με την R 1 μια αντίσταση R 4 = 1 KΩ. v) Για το κύκλωμα του ερωτήματος (iv), απαντήστε στα ερωτήματα (ii) και (iii). 108

4.3.4. Άσκηση 4 Να υλοποιήσετε στο εργαστήριο το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 4.4. Στην είσοδό του, V in, να εφαρμοστεί, αρχικά, ημιτονικό σήμα πλάτους 0.5 Volts και συχνότητας 500 Hz. Οι τιμές των αντιστάσεων να είναι R 1 = 1 KΩ και R 2 = 1 ΚΩ, ενώ ο πυκνωτής να έχει χωρητικότητα C= 10 nf. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσετε τα ακόλουθα βήματα: Σχήμα 4.4: Κύκλωμα άσκησης 4. i) Υπολογίστε αναλυτικά τη συνάρτηση μεταφοράς του κυκλώματος και εξηγήστε τη λειτουργία του κυκλώματος. Είναι φίλτρο; ii) Να συνδέσετε τα δύο κανάλια του παλμογράφου με την είσοδο και την έξοδο του κυκλώματος ταυτόχρονα και να Μεταβάλλετε τη συχνότητα του σήματος εισόδου (διατηρώντας το πλάτος V in,0, σταθερό) με τρόπο τέτοιο ώστε να πάρετε μετρήσεις για να σχεδιάσετε το διάγραμμα BODE του κυκλώματος. iii) Μπορούμε να μετρήσουμε πειραματικά τη συχνότητα αποκοπής; Αν ναι, ποια είναι; iv) Προσθέστε παράλληλα με την R 2 μια αντίσταση R 3 = 1 KΩ και σε σειρά με την R 1 μια αντίσταση R 4 = 1 KΩ. v) Για το κύκλωμα του ερωτήματος (iv), απαντήστε στα ερωτήματα (ii) και (iii). 4.3.5. Άσκηση 5 Να υλοποιήσετε στο εργαστήριο το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 4.5. Στην είσοδό του, V in, να εφαρμοστεί, αρχικά, ημιτονικό σήμα πλάτους 1 Volt και συχνότητας 500 Hz. Οι τιμές των αντιστάσεων να είναι R 1 = R 2 = R 3 = 10 ΚΩ, ενώ οι δίοδοι να είναι τύπου 1Ν4001. Στη συνέχεια να πραγματοποιήσετε τα ακόλουθα βήματα: 109

Σχήμα 4.5: Κύκλωμα άσκησης 5. i) Μελετήστε θεωρητικά το κύκλωμα και προσπαθήστε να διαπιστώσετε ποια είναι η λειτουργία του. ii) Να συνδέσετε τα δύο κανάλια του παλμογράφου με την είσοδο και την έξοδο του κυκλώματος ταυτόχρονα και να σχεδιάσετε το σήμα εισόδου και το σήμα εξόδου του. Ποια είναι η λειτουργία του με βάση τις πειραματικές μετρήσεις; iii) Μεταβάλλετε τη συχνότητα του σήματος εισόδου διατηρώντας το πλάτος V in,0 σταθερό. Εξαρτάται η λειτουργία του κυκλώματος από την τιμή της συχνότητας; iv) Μεταβάλλετε το πλάτος του σήματος εισόδου διατηρώντας τη συχνότητά του σταθερή. Εξαρτάται η λειτουργία του κυκλώματος από την τιμή του πλάτους του σήματος εισόδου; v) Προσθέστε σε σειρά και με τις τρεις αντιστάσεις από μια αντίσταση με τιμή R=10 ΚΩ. vi) Για το κύκλωμα του ερωτήματος (v), απαντήστε στα ερωτήματα (ii) - (iv). 110

Βιβλιογραφία Αναφορές Basis, P. (2013). Introduction to Electronics: A Basic Approach. Prentice Hall, 1st edition. Boylestad, R.L. & Nashelsky, L. (2012). ΗλεκτρονικέςΔιατάξειςκαιΘεωρίαΚυκλωμάτων. Εκδ. ΤΖΙΟΛΑ, 10ηΈκδοση. Boylestad, R.L. & Nashelsky, L. (2008). Electronic Devices and Circuit Theory. Pearson, 10th edition. Boylestad, R.L. (2006). Introductory Circuit Analysis. Prentice Hall. Cathey, J.J. (2002). Electronic Devices and Circuits, Schaum s outlines. McGraw-Hill Education, 2th Edition. Gates, E. & Chartrand, L. (2000). Introduction to Electronics. Delmar Cengage Learning, 4th Edition. Grob, B. (1997). Basic Electronics. McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 8th Edition. Θεοδωρίδης, Γ., Κοσματόπουλος, Κ., Λαόπουλος, Θ., Νικολαΐδης, Σ., Παπαθανασίου, Κ. & Σίσκος, Σ. (2009). Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρονικής. Θεσσαλονίκη: Εκδ. Σύγχρονη Παιδεία. Καραγιάννη, Ε.Α., Σκλαβούνου, Μ.Σ., Τσιγκόπουλος, Α.Δ. & Φαφαλιός, Μ.Η. (2014). Ασκήσεις Εργαστηρίου Ηλεκτρονικής 3ου Έτους. Πειραιάς: Σχολή Ναυτικών Δοκίμων. Malvino, Α. &Bates, D.J. (2013). Ηλεκτρονική: Αρχές και Εφαρμογές. Εκδ. ΤΖΙΟΛΑ, 7 η έκδοση. Malvino, Α. & Bates, D.J. (2006). Electronic Principles. McGraw Hill Higher Education, 7th Edition. Μάργαρης, Ν.Ι., Σαραφίδου, Σ.Χ. & Δάιος, Α.Δ. (2010). Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων Φροντιστηριακές Ασκήσεις. Εκδ. ΤΖΙΟΛΑ. McWhorter, G. & Evans, A.J. (2004). Basic Electronics. Master Publishing, Inc. Nahvi, M. & Edminister, J. (2013). Electric Circuits, Schaum s outlines. McGraw-Hill Education, 6th edition. Τόμπρας, Γ.Σ., Νισταζάκης, Ε.Ε., Λάτσας, Γ.Π. &Κωνσταντόπουλος, Π. (2014). Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Φυσικής για το «Εργαστήριο Κορμού Ι» του Τμήματος Φυσικής. ΕΚΠΑ. Τόμπρας, Γ.Σ. (2006). Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική. Εκδόσεις Δίαυλος. Τόμπρας, Γ.Σ. (2005). Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρονικής Φυσικής. Έκδοση Πανεπιστημίου Αθηνών. Χαριτάντη, Γ. (2014). Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις ΑΡΑΚΥΝΘΟΣ. Χαριτάντη, Γ. (2013). Ηλεκτρονικά, Γραμμικά Κυκλώματα Συνεχούς Χρόνου. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις ΑΡΑΚΥΝΘΟΣ. 111