Τμήμα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων Ηλεκτρονική Ι Ηλεκτρονική Φώτης Πλέσσας fplessas@inf.uth.gr Τμήμα Μηχανικών Η/Υ, Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων

Βασικές ενότητες του μαθήματος Εισαγωγή στην ηλεκτρονική Τελεστικοί ενισχυτές Δίοδοι Διπολικά τρανζίστορ ένωσης (BJT) Τρανζίστορ επίδρασης πεδίου Διαφορικοί ενισχυτές και ενισχυτές πολλών σταδίων Απόκριση συχνότητας

Δομή παρουσίασης Βασικά ηλεκτρονικά Σήματα Το φάσμα συχνοτήτων των σημάτων Αναλογικά και ψηφιακά σήματα Ενισχυτές Κυκλωματικά μοντέλα για ενισχυτές Απόκριση συχνότητας των ενισχυτών

Βασικά ηλεκτρονικά Ορολογία: Τάση (E) Ρεύμα (I) Αντίσταση (R) Ισχύ (P) 6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά Ορολογία: Τάση (E) Ρεύμα (I) Αντίσταση (R) Ισχύ (P) Σύνθετη αντίσταση Επαγωγή Χωρητικότητα

6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά Αντίσταση είναι η αντίσταση στην συνεχή φορά ηλεκτρικών φορτίων και μετράται σε Ohms Σύνθετη αντίσταση είναι η αντίσταση στην εναλλασσόμενη φορά ηλεκτρικών φορτίων και μετράται σε Ohms Διαφέρει με την συχνότητα και την χωρητικότητα ή την επαγωγή του κυκλώματος SERIES PARALLEL 1 1 1 1 --- = ---- + ---- + ---- …. Rt R1 R2 Rn if all resistors are equal, then Rt = Resistance / # resistors If 2 resistor circuit R1 X R2 ----------------- R1 + R2

6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά Επαγωγή είναι η ιδιότητα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος να δημιουργεί υψηλή αντίσταση στην ροή του ρεύματος σε υψηλές συχνότητες Επαγωγός (πηνίο) είναι σύρμα με ειδική μόνωση τυλιγμένο σε μορφή σπειρών και δημιουργεί υψηλή αντίσταση στην ροή του ρεύματος σε υψηλές συχνότητες και χαμηλή στις χαμηλές

6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά Χωρητικότητα είναι η ιδιότητα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος να δημιουργεί υψηλή αντίσταση στην ροή του ρεύματος σε χαμηλές συχνότητες Ο πυκνωτής αποτελείται από δύο πλάκες που διαχωρίζονται με ένα διηλεκτρικό Ο πυκνωτής δημιουργεί υψηλή αντίσταση στις χαμηλές συχνότητες και χαμηλή στις υψηλές

6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά H ισχύς σε watts ισούται το δυναμικό στο τετράγωνο διαιρεμένο διά την αντίσταση του φορτίου Η ισχύς ισούται με το γινόμενο του ρεύματος επί το δυναμικό

Βασικά ηλεκτρονικά _____ Watts 8 Ohm 40 V 40 V x 40 V / 8 Ohm 6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά _____ Watts 40 V 8 Ohm 40 V x 40 V / 8 Ohm = 1600 / 8 = 200 W

Βασικά ηλεκτρονικά 4 Ohm 40 V _____ Watts 40 V x 40 V / 4 Ohm 6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά _____ Watts 40 V 4 Ohm 40 V x 40 V / 4 Ohm = 1600 / 4 = 400 W

Βασικά ηλεκτρονικά 40 V 4 Ohm ______ W _____ A 8 ohm 40 V 6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά 40 V 4 Ohm ______ W _____ A _____ W _____ A 40 V 8 ohm 400 W 10 A 200 W 5A

Βασικά ηλεκτρονικά 8 Ohm 40 V 8 Ohm _______ W ______ A 6/15/2018 Explain Parallel Loads 400 W 10 A _______ W ______ A

6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά 40 V 8 ohm 800 W 20 A ______ W ______ A

Βασικά ηλεκτρονικά 8 Ohm 8 Ohm 40 V 8 Ohm 8 Ohm _______ W ______ A 6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά 8 Ohm 8 Ohm 8 Ohm 8 Ohm 40 V Explain Series Loads 200 W 5A _______ W ______ A

Βασικά ηλεκτρονικά Λογαριθμική κλίμακα 6/15/2018 Βασικά ηλεκτρονικά Λογαριθμική κλίμακα Εύκολος τρόπος αναπαράστασης μεγάλων και πολύπλοκων αριθμών 1000000 100000 10000 1000 100 10 1 100 101 102 103 104 105 106 Log(1000000) = 6 Log(100000) = 5 Log(10000) = 4 Log(1000) = 3 Log(100) = 2 Log(10) = 1 Log(1) = 0 Count the number of decimals left of the decimal point The LOG between less than that number For example, the number 92748 has 5 digits, so the log will be between 4 and 5. Since 92748 is pretty close to 100000, which has 6 digits, the number will be closer to 5 than 4. Actually, LOG(92748) = 4.9673

Decibel dΒ Μεταβολές σε: Decibel Ακουστική αίσθηση Ισχύς Δυναμικό 6/15/2018 Decibel dΒ Μεταβολές σε: Decibel Ακουστική αίσθηση Ισχύς Δυναμικό +3 dB ελαφρώς αισθητή x 2 40% +6 dB μέτρια x 4 100% +10 dB x 2 δυνατότερα x 10 300%

Παραδείγματα εκφράσεων σε dΒ 6/15/2018 Παραδείγματα εκφράσεων σε dΒ Loudspeaker Frequency Response: 50 Hz - 17.5 kHz +/- 3 dB Power Amplifier Frequency Response: 10 Hz - 20 kHz +/- 0.5 dB Common Mode Rejection Ratio: -100dB Equivalent Input Noise: -129 dB Equalization or Tone Control Range of Boost & Cut: +/- 15 dB Signal to Noise: -105 dB Crossover Slope: -24 dB/Octave Amplifier Gain: 30 dB Power Amp Sensitivity: 1.4 dB Loudspeaker 1 Watt 1 Meter Sensitivity: 101 dB Dynamic Range: 120 dB 0 dBv = 1 volt 0 dBm = 0.77456 volts

Σήματα (α) (β) Δύο εναλλακτικές αναπαραστάσεις μιας πηγής ρεύματος: (α) η μορφή Thévenin και (β) η μορφή Norton

Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων Ένα αυθαίρετο σήμα τάσης vs(t)

Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων Ημιτονοειδές σήμα τάσης πλάτους Va και συχνότητας f = 1/T Hz. Η γωνιακή συχνότητα είναι ω = 2πf rad/s

Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων Μια συμμετρική τετραγωνική κυματομορφή πλάτους V

Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων Φάσμα συχνοτήτων της περιοδικής τετραγωνικής κυματομορφής στην προηγούμενη διαφάνεια

Φάσμα συχνοτήτων των σημάτων Φάσμα συχνοτήτων μιας αυθαίρετης κυματομορφής

Αναλογικά & ψηφιακά σήματα (α) (β) Δειγματοληψία αναλογικού σήματος στο (α) οδηγεί στο σήμα διακριτού χρόνου στο (β)

Διακύμανση ενός ψηφιακού σήματος στον χρόνο Ψηφιακά σήματα Διακύμανση ενός ψηφιακού σήματος στον χρόνο

Block διάγραμμα ενός analog-to-digital μετατροπέα (ADC) Ψηφιακά σήματα Block διάγραμμα ενός analog-to-digital μετατροπέα (ADC)

Ενισχυτές (α) (β) (α) Κυκλωματικό σύμβολο ενισχυτή, (β) Ενισχυτής με κοινό ακροδέκτη (γη) μεταξύ εισόδου και εξόδου

Ενισχυτές (α) (β) (α) Ενισχυτής τάσης τροφοδοτούμενος από σήμα uI(t) και συνδεδεμένος σε αντίσταση φορτίου RL. (β) Χαρακτηριστική μεταφοράς γραμμικού ενισχυτή με κέρδος τάσης Av

Κέρδος ενισχυτή Κέρδος ισχύος Ap = ισχύς φορτίου PL / ισχύς εισόδου Pi Κέρδος τάσης Au = τάση εξόδου uo /τάση εισόδου ui Κέρδος ρεύματος Ai = ρεύμα εξόδου io / ρεύμα εισόδου ii Κέρδος ισχύος σε dB = 10log|Ap| Κέρδος τάσης σε dB = 20log|Au| Κέρδος ρεύματος σε dB = 20log|Ai|

Κέρδος ενισχυτή Το κέρδος τάσης ή το κέρδος ρεύματος μπορεί να είναι αρνητικός αριθμός λόγω διαφοράς φάσης 180ο μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου Αρνητική τιμή κέρδους σε dB σημαίνει ουσιαστικά απόσβεση

Ενισχυτής με δυο τροφοδοτικά συνεχούς Τροφοδοσία ενισχυτή Ενισχυτής με δυο τροφοδοτικά συνεχούς

Χαρακτηριστική μεταφοράς Χαρακτηριστική μεταφοράς ενισχυτή που είναι γραμμική εκτός από την περιοχή κορεσμού της εξόδου

Πόλωση (α) (β) (α) Χαρακτηριστική μεταφορά ενισχυτή με σημαντική μη γραμμικότητα (β) Για να επιτευχθεί γραμμική λειτουργία ο ενισχυτής πολώνεται όπως στο σχήμα

Παράδειγμα Ένας ενισχυτής με τρανζίστορ έχει την παρακάτω χαρακτηριστική μεταφοράς: υo = 10-10-11e40υΙ με υo ≥ 0.3V και υΙ ≥ 0V. Να βρεθούν τα όρια L- και L+ και οι αντίστοιχες τιμές της υI. Να βρεθούν οι τιμές της τάσης πόλωσης dc VI που έχει σαν αποτέλεσμα Vo = 5V και το κέρδος τάσης στο αντίστοιχο σημείο λειτουργίας Χαρακτηριστική μεταφοράς του ενισχυτή του παραδείγματος

Σύμβολα και ορολογία Σύμβολα και ορολογία

Κυκλωματικά μοντέλα (α) (β) (α) (β) (α) Κυκλωματικό μοντέλο ενισχυτή τάσης (β) Ο ενισχυτής τάσης με πηγή σήματος και φορτίο

Παράδειγμα Ενισχυτής τριών βαθμίδων, υπολογίστε το κέρδος τάσης, το κέρδος ρεύματος και το κέρδος ισχύος

Οι τέσσερις τύποι ενισχυτών 6/15/2018 Οι τέσσερις τύποι ενισχυτών Ενισχυτής διαγωγιμότητας ρεύμα βραχυκυκλώσεως προς την τάση εισόδου

Οι τέσσερις τύποι ενισχυτών Ενισχυτής τάσης: Αuo:κέρδος τάσης ανοικτού κυκλώματος, Ro = 0, Ri →∞ Ενισχυτής ρεύματος: Ais: κέρδος ρεύματος βραχυκυκλώματος, Ro = →∞, Ri = 0 Ενισχυτής διαγωγιμότητας: Gm: διαγωγιμότητα βραχυκυκλώματος (Α/V), Ro = → ∞, Ri = → ∞ Ενισχυτής διαντίστασης: Rm: διαντίσταση ανοικτού κυκλώματος (V/A), Ro = 0, Ri = 0

Απόκριση συχνότητας ενισχυτή Μέτρηση της απόκρισης συχνότητας ενός γραμμικού ενισχυτή. Στην συχνότητα ω το κέρδος του ενισχυτή χαρακτηρίζεται από το πλάτος (Vo/Vi) και την φάσης φ

Εύρος ζώνης ενισχυτή Τυπική απόκριση πλάτους ενισχυτή. |T(ω)| είναι η συνάρτηση μεταφοράς του, δηλαδή ο λόγος Vo (V) προς Vi (V)

Δίκτυα μιας σταθεράς χρόνου (α) (β) Παραδείγματα δικτύων μιας σταθεράς χρόνου: (α) βαθυπερατό δίκτυο και (β) υψιπερατό δίκτυο

Διαγράμματα Bode (α) απόκριση πλάτους και (β) φάσης βαθυπερατού δικτύου μιας σταθεράς χρόνου (α) (β)

Διαγράμματα Bode (α) απόκριση πλάτους και (β) φάσης υψιπερατού δικτύου μιας σταθεράς χρόνου (α) (β)

Παράδειγμα Βρείτε μια έκφραση για το κέρδος τάσης του ενισχυτή Vo/Vs ως συνάρ- τηση της συχνότητας, βρείτε το κέρδος dc και τη συχνότητα 3 dB

Κατηγοριοποίηση ενισχυτών (α) (β) (γ) Απόκριση συχνότητας (α) χωρητικά συζευγμένου ενισχυτή, (β) άμεσης ζεύξης, και (γ) συντονισμένου ή ζωνοδιαβατού ενισχυτή

Χρήση πυκνωτή για ζεύξη βαθμίδων του ενισχυτή Ζεύξη Χρήση πυκνωτή για ζεύξη βαθμίδων του ενισχυτή

Ερωτήσεις - Απορίες ?