TSTE24 Elektronik. Dagens föreläsning. Förstärkare Mark Vesterbacka. Förstärkarsteg. Småsignalberäkningar. Examinationsexempel s.

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "TSTE24 Elektronik. Dagens föreläsning. Förstärkare Mark Vesterbacka. Förstärkarsteg. Småsignalberäkningar. Examinationsexempel s."

Ulrika Göransson
för 5 år sedan
Visningar:

1 TST24 lektronik Förstärkare Mark Vesterbacka TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.2 Dagens föreläsning Förstärkarsteg Småsignalberäkningar xaminationsexempel

2 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.3 Konstruktion av förstärkarsteg Välj arbetsområdet till linjär del av transistorkaraktäristiken I Uin I R U I Q U Q U in TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.4 Olika typer av förstärkarsteg Gemensam emitter R Gemensam kollektor R Gemensam bas R - låg inimpedans - hög förstärkning - låg impedans - hög inimpedans - låg förstärkning - låg impedans - låg inimpedans - strömbuffer - högfrekvens

3 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.5 Vanligt förstärkarsteg tt G-steg visas till höger i används för att koppla signalen om likspänningskomponenten R 1 och R 2 bestämmer I Q R bestämmer I Q R 1 R R stabiliserar vilopunkten (Q) och förbättrar linjäriteten I in Q I Q U U in R 2 R TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.6 Modeller för tvåportar Hybridparametermodellen är vanlig för bipolartransistorer H 11 är inimpedansen (Ω) H 12 är återkopplingsförhållandet (dimensionlös) H 21 är strömförstärkningsfaktorn (dimensionlös) H 22 är admittansen (S) U 1 H 11 H 12 U 2 I 2 1 U 1 = H I H U H 21 U H 2 22 I 2 I 2 = H 21 H 22 U 2

4 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.7 h-parametermodell Linjärisera olinjära komponenter i signalområdet i Vi får en småsignalmodell xempel: G-steg i 1 u2 U 1 = h 11 h 12 U 2 I 2 = h 21 h 22 U 2 H 11 H 12 H 21 H 22 h 11 h 12 h 21 h 22 U Q u U 1 h 11 h 12 U 2 I 2 1 h 21 h 22 I 2 U 2 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.8 Konstruktionsmetodik för förstärkare Dela upp beräkningarna på arbetspunkt och småsignal Arbetspunkten beräknas först med ett likströmsschema rsätt kondensatorer med avbrott och spolar med kortslningar Välj komponentvärden som ger lämplig basström Förstärkningen beräknas med ett småsignalschema rsätt transistorn med linjär modell rsätt kondensatorer med kortslningar och spolar med avbrott rsätt batteriet med en kortslning Arbetspunkten optimeras med last så att amplituden blir stor

5 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.9 eräkningsexempel med h-parametrar eräkna Z in, Z och förstärkning för G-steget h 11 är 5 kω h 12 försummas h 21 är 200 h 22 försummas in( ) 50 k stor 15 k 4.0 k 1.0 k stor stor ( ) TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.10 xaminationsexempel Konstruera en oscillator enligt specifikationen amplitud för u (t): Û = 6.0 ± 0.5 V oscillationsfrekvens: f = 2.0 ± 0.4 khz operationsförstärkare: LM324 begränsning 14.5 V u 14.5 V resistanser väljs ur 12-serien kondensatorer väljs ur 3-serien u(t) 1 R 2 15 V 15 V R 3 R 4 u (t) Uppgifter Visa en uppmätt u (t) med rätt amplitud Visa en uppmätt u (t) med rätt frekvens Visa en simulering som visar u (t) och u (t)

6 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.11 Förstå problemet Önskade spänningar u,u Û Û Û Û T t T = 1 f = 1 ms 0.5 ms 2.0 ± 0.4 Uˆ 6 ± 0.5 V, U ˆ 14.5 V Komparatorn slår om då V = V = ±Û Jämför spänningar vid det positiva omslaget ˆ U U = ˆ R 3 R Vi har två okända värden och ett villkor 3 R 4 Välj t ex 12-värdet R 3 = 10 kω R 4 = 14 kω 15 kω (12) TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.12 Alternativ 1: matematisk lösning Ledtråd ekvationen u t u kan skrivas dt t R dt = ( ) och lösas genom integrering av båda led t Spänningen u (t) ska ändras från Û till Û under tiden T/2 t 0 T 2 u ˆ U ( ) = R du t ( ) ( ) u ( t) du t ( ) R dt = 2 1 t 0 Uˆ u ( t) du ( t ) T U ˆ 2 = R ln ˆ Uˆ U 2 1 u t ( ) Uˆ T 2 R 2 = U 1 ln ˆ U ˆ Uˆ U ˆ Välj t ex 3-värdet 1 = 10 nf R 2 = 28 kω 27 kω (12) ( )

7 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.13 Implementering TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.14 Demonstration

8 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.15 Simulering Simulera med ideal op Approximera ström in i som i(t) = Q/ t Q = i(t) t Spänningen över blir u(t) = Q/ from numpy import arange, sign 1 = 10e-9; R2 = 28e3; R3 = 10e3; R4 = 14e3; = 14.5; start = 0; end = 1e-3; Dt = 1e-6; x = arange(start, end, Dt); def osc(r): global y, y1, y0 y = []; y1 = []; y0 = []; u = ; Q = 0; for t in x: v1 = u/(1r4/r3); v0 = Q/1; u = sign(v1-v0)*; i = (u-v0)/r; Q = Qi*Dt; y.append(u); y1.append(v1); y0.append(v0); osc(r2) TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.16 Alternativ 2: programmeringslösning Funktion som beräknar frekvensen y = fyrkantvåg returnerar periodtid i Hz Svep R 2 med t ex 1 kω steg ändring 'end=10e-3' i svepen def frequency(y): u_ = 0; t1 = start; t2 = end; for i,t in enumerate(x): if u_ < 0 and y[i] > 0: t2 = t1; t1 = t; u_ = y[i]; return 1./(t1-t2) R2 = arange(1e3, 100e3, 1e3) f = []; for R in R2: osc(r) f.append(frequency(y))

9 TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka s.17 Laborativ examination (LAX) LAX:en görs under ett av sex tvåtimmarspass 17/5 22/5 Anmälan öppnar 28/4 och stänger 15/5 Uppgift: konstruera filter, oscillator, dataomvandlare och liknande Graderad betygsskala 3, 4, 5 en, två, tre klarade deluppgifter Hjälpmedel lvis, nödvändiga komponenter och dator med SciPy finns gen penna, papper och räknedosa får tas med Internet, böcker och anteckningar är inte tillåtna Ta med student-id som krävs för legitimering Två omexaminationspass planeras till augusti och oktober Tack för din uppmärksamhet! ~ Detta var sista föreläsningen

Relevanta dokument

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006 Tentamen i Elektronik för F, 3 januari 006 Tillåtna hjälpmedel: Formelsamling i kretsteori, miniräknare Du har fått tag på 6 st glödlampor från USA. Tre av dem visar 60 W och tre 40 W. Du skall nu koppla