Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Ηλεκτρονική ΗΥ231 – Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Βασικά Στοιχεία Αναλογικών Ηλεκτρονικών.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Ηλεκτρονική ΗΥ231 – Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Βασικά Στοιχεία Αναλογικών Ηλεκτρονικών."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ηλεκτρονική ΗΥ231 – Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Βασικά Στοιχεία Αναλογικών Ηλεκτρονικών

2 Ένα αυθαίρετο σήμα τάσης v s (t) Σήματα 2

3 Ημιτονοειδές σήμα τάσης πλάτους V a και συχνότητας f = 1/T Hz Γωνιακή συχνότητα : ω = 2πf rad/s Μέση τετραγωνική τιμή (rms) : V a /√2 Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 3 v a (t) = V a sin(ωt)

4 Περιοδική τετραγωνική κυματομορφή πλάτους V Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 4

5 Φάσμα συχνοτήτων περιοδικής τετραγωνικής κυματομορφής Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 5 Διακριτό φάσμα (σειρά Fourier) για περιοδικό σήμα συνεχούς χρόνου v(t) = 4V/π (sinω 0 t + 1/3 sin3ω 0 t + 1/5 sin5ω 0 t + ∙∙∙) θεμελιώδης συχνότητα ω 0 = 2π/Τ

6 Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 6 1 η αρμονική

7 Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 7 3 η αρμονική

8 Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 8 5 η αρμονική

9 Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 9 7 η αρμονική

10 Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 10 9 η αρμονική

11 Φάσμα συχνοτήτων αυθαίρετης κυματομορφής Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων 11 Συνεχές φάσμα (μετασχηματισμός Fourier) για απεριοδικό σήμα συνεχούς χρόνου

12 Ενισχυτής με κοινό ακροδέκτη (γη) μεταξύ εισόδου και εξόδου Ενισχυτές 12 Γραμμικός ενισχυτής τάσης : v Ο (t) = Α v v Ι (t) Α v : κέρδος (gain) τάσης ενισχυτή Κυκλωματικό σύμβολο ενισχυτή

13 Χαρακτηριστική μεταφοράς γραμμικού ενισχυτή με κέρδος τάσης A v Ενισχυτές 13 Ενισχυτής τάσης συνδεδεμένος σε αντίσταση φορτίου R L (π.χ. τυπική αντίσταση ηχείων R L = 4Ω ή 8Ω ή 16Ω)

14 Κέρδος τάσης: A v = v Ο / v I σε decibel (dB): 20log|A v | Κέρδος ρεύματος: A i = i Ο / i I σε decibel (dB): 20log|A i | Κέρδος ισχύος: A p = ισχύς φορτίου / ισχύς εισόδου A p = P L / P I = v Ο i Ο / v I i I = A v A i σε decibel (dB): 10logA p Κέρδος ενισχυτή 14

15 Το κέρδος τάσης ή το κέρδος ρεύματος μπορεί να είναι αρνητικό (A v <0 ή A i <0) λόγω διαφοράς φάσης 180 ο μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου Εξασθένηση (ή απόσβεση) έχουμε όταν |A v |<1 ή |A i |<1  όταν κέρδος σε dB είναι >0 έχουμε ενίσχυση και όταν είναι <0 έχουμε απόσβεση Κέρδος ενισχυτή 15

16 Ενισχυτής με δύο τροφοδοσίες συνεχούς (dc) αντίθετης πολικότητας Τροφοδοσία ενισχυτή 16 Απαιτείται τροφοδοσία για την παροχή κέρδους ισχύος στο φορτίο Απλοποιημένο σχήμα

17 Τροφοδοσία ενισχυτή 17 Ισχύς τροφοδοσίας: P dc = V 1 I 1 + V 2 I 2 Ισχύς σήματος εισόδου: P Ι = v Ι i I (συνήθως <


18 Παράδειγμα 18 Ενισχυτής με τροφοδοσίες V 1 = +10V, V 2 = -10V και ημιτονοειδές σήμα εισόδου πλάτους V a = 1V, παρέχει ημιτονοειδές σήμα εξόδου πλάτους V a = 9V πάνω σε φορτίο R L = 1kΩ. Τα ρεύματα που αντλούνται από τις τροφοδοσίες είναι I 1 = I 2 = 9.5mA, ενώ το ρεύμα εισόδου είναι ημιτονοειδές με πλάτος I a = 0.1mA. Να βρεθούν το κέρδος τάσης A v, το ρεύμα εξόδου (φορτίου) i Ο, το κέρδος ρεύματος A i, η ισχύς εισόδου P Ι, η ισχύς εξόδου P O, το κέρδος ισχύος A p, η ισχύς τροφοδοσίας P dc, η ισχύς κατανάλωσης P diss, και η αποδοτικότητα του ενισχυτή η%.

19 Κορεσμός ενισχυτή 19 Οι τάσεις κορεσμού εξόδου L + και L - είναι ίσες ή μικρότερες (κατ’ απόλυτη τιμή) από τις τάσεις τροφοδοσίας V 1 και V 2

20 Απαραίτητη σε ενισχυτές που λειτουργούν με μία τροφοδοσία V DD (όπως οι ενισχυτές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων) Πόλωση ενισχυτή 20 Τάση πόλωσης (dc) εισόδου: V I Ασθενές σήμα εισόδου: v i (t) Συνολικό σήμα εισόδου: v I (t) = V I + v i (t) Συνολικό σήμα εξόδου: v O (t) = V O + v o (t) = V O + A v v i (t) όπου A v = dv O / dv Σημείο πόλωσης (ή λειτουργίας) Q

21 Παράδειγμα 21 Ενισχυτής έχει χαρακτηριστική μεταφοράς v O = 10 – e 40v I για v Ι ≥ 0V, και μέχρι v O ≥ 0.3V (σχήμα). Να βρεθούν οι τάσεις κορεσμού L - και L + και οι αντίστοιχες τιμές της v I. Να βρεθεί επίσης η dc τάση πόλωσης V I που δίνει σημείο λειτουργίας με V O = 5V, καθώς και το κέρδος τάσης στο συγκεκριμένο σημείο.

22 Συμβάσεις συμβολισμών 22

23 Ενισχυτής τάσης με πηγή σήματος (εσωτ. αντίστασης R s ) και φορτίο R L Συνολικό κέρδος τάσης: Κυκλωματικά μοντέλα ενισχυτών 23 Κυκλωματικό μοντέλο ενισχυτή τάσης R i : αντίσταση εισόδου R o : αντίσταση εξόδου A vo : κέρδος τάσης ανοικτού κυκλώματος (χωρίς φορτίο) Για να μην υπάρξει απώλεια κέρδους από τη σύνδεση του ενισχυτή με την πηγή σήματος και το φορτίο θα πρέπει R i >> R s και R o << R L

24 Ενισχυτής τριών σταδίων. Το πρώτο στάδιο (στάδιο εισόδου) έχει υψηλή αντίσταση εισόδου (1ΜΩ). Το δεύτερο στάδιο έχει μεγάλο κέρδος (100). Το τρίτο στάδιο (στάδιο εξόδου) έχει μικρή αντίσταση εξόδου (10Ω). Να υπολογιστεί το συνολικό κέρδος τάσης, το κέρδος ρεύματος και το κέρδος ισχύος. Παράδειγμα 24

25 Τύποι ενισχυτών Ενισχυτής τάσηςΕνισχυτής ρεύματος Ενισχυτής διαντίστασης (trans-resistance) Ενισχυτής διαγωγιμότητας (trans-conductance) 25

26 Ενισχυτής τάσης Κέρδος τάσης ανοικτού κυκλώματος: A vo = v o / v i για i o = 0 Επιθυμητά χαρακτηριστικά: R i >> (→∞), R o << (→0) Ενισχυτής ρεύματος Κέρδος ρεύματος βραχυκύκλωσης: A is = i o / i i για v o = 0 Επιθυμητά χαρακτηριστικά: R i > (→∞) Ενισχυτής διαγωγιμότητας Διαγωγιμότητα βραχυκύκλωσης: G m = i o / v i για v o = 0 Επιθυμητά χαρακτηριστικά: R i >> (→∞), R o >> (→∞) Ενισχυτής διαντίστασης Διαντίσταση ανοικτού κυκλώματος: R m = v o / i i για i o = 0 Επιθυμητά χαρακτηριστικά: R i << (→0), R o << (→0) Τύποι ενισχυτών 26 Σχέσεις μεταξύ παραμέτρων κέρδους: A vo = A is (R o /R i ) = G m R o = R m /R i

27 Πραγματικά μοντέλα γραμμικών ενισχυτών που περιλαμβάνουν στοιχεία χωρητικότητας C (κυρίως) και επαγωγής L, παρουσιάζουν διαφορετικό κέρδος v o / v i αλλά και μετατόπιση φάσης φ σε σήματα διαφορετικών συχνοτήτων ω. Απόκριση συχνότητας ενισχυτή 27

28 Απόκριση συχνότητας ενισχυτή 28  Ημιτονοειδές σήμα σε μιγαδική έκφραση: v i (jω) = V i e jωt  Σύνθετη (μιγαδική) αντίσταση χωρητικότητας: 1 / jωC Σύνθετη (μιγαδική) αντίσταση επαγωγής: jωL  Συνάρτηση μεταφοράς: κέρδος T(ω) = v o (jω) / v i (jω) σε μιγαδικό ημιτονοειδές, ως συνάρτηση της συχνότητας ω  Η T(ω) είναι μιγαδική συνάρτηση με πολική έκφραση: T(ω) = |T(ω)|e jφ(ω)  Σήμα εξόδου: v o = Im[ |T(ω)|e jφ(ω) V i e jωt ] = Im[ |T(ω)|V i e j(ωt+φ(ω)) ] = |T(ω)|V i sin(ωt+φ(ω))  Απόκριση πλάτους ενισχυτή (σε dB): 20log|T(ω)| Απόκριση φάσης ενισχυτή: φ(ω) (διαγράμματα Bode)

29 Περιοχή συχνοτήτων [ω 1,ω 2 ] όπου η απόκριση πλάτους 20log|T(ω)| της συνάρτησης μεταφοράς του ενισχυτή είναι σχεδόν σταθερή (με μέγιστη διακύμανση 3dB) Εύρος ζώνης ενισχυτή 29

30  Δίκτυα μιας σταθεράς χρόνου τ (single-time-constant ή STC): δίκτυα που αποτελούνται από - ή μπορούν να αναχθούν σε - μια αντίσταση και ένα στοιχείο χωρητικότητας ή επαγωγής  Δίκτυο STC βαθυπερατού τύπου: Τ(ω) = Κ / (1 + j(ω/ω 0 )), ω 0 = 1/τ  Δίκτυο STC υψιπερατού τύπου: Τ(ω) = Κ / (1 – j(ω 0 /ω)), ω 0 = 1/τ Δίκτυα μιας σταθεράς χρόνου 30 Παράδειγμα δικτύου STC βαθυπερατού τύπου Παράδειγμα δικτύου STC υψιπερατού τύπου

31 31 Απόκριση πλάτους δικτύου STC βαθυπερατού τύπου Δίκτυα μιας σταθεράς χρόνου Απόκριση φάσης δικτύου STC βαθυπερατού τύπου

32 32 Δίκτυα μιας σταθεράς χρόνου Απόκριση πλάτους δικτύου STC υψιπερατού τύπου Απόκριση φάσης δικτύου STC υψιπερατού τύπου

33 Ενισχυτής τάσης με χωρητικότητα εισόδου C i. Να εκφραστεί το κέρδος τάσης v o / v s ως συνάρτηση της συχνότητας ω, να δοθούν τα διαγράμματα Bode πλάτους/φάσης, και να βρεθεί η συχνότητα ω 0 (μείωσης κέρδους κατά 3dB). Αν το κέρδος dc (για ω = 0) είναι 40dB, να βρεθεί η συχνότητα 0dB (μοναδιαίου κέρδους). Να βρεθεί επίσης η έξοδος για ημιτονοειδείς εισόδους μοναδιαίου πλάτους και συχνοτήτων ω 0 /10000, ω 0 /10, ω 0, 100ω 0. Παράδειγμα 33

34 Τυπικές αποκρίσεις συχνότητας 34 Ενισχυτής πολλών σταδίων χωρητικής σύζευξης ή ενισχυτής ac. Ταυτόχρονα βαθυπερατού τύπου (λόγω εσωτερικών χωρητικοτήτων) και υψιπερατού τύπου (λόγω χωρητικότητας σειράς μεταξύ σταδίων). Τυπική απόκριση ενισχυτή ακουστικών συχνοτήτων σε υλοποίηση διακριτών στοιχείων.

35 Τυπικές αποκρίσεις συχνότητας 35 Ενισχυτής απευθείας σύζευξης ή ενισχυτής dc (βαθυπερατού τύπου). Τυπική απόκριση ακουστικού ενισχυτή σε ολοκληρωμένο κύκλωμα. Συντονισμένος ενισχυτής. Τυπική απόκριση ενισχυτή επικοινωνιακού δέκτη (π.χ. ραδιοφωνικού/τηλεοπτικού).


Κατέβασμα ppt "Ηλεκτρονική ΗΥ231 – Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Βασικά Στοιχεία Αναλογικών Ηλεκτρονικών."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google