TST24 lektronik Förstärkare Mark Vesterbacka TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 s.2 Dagens föreläsning Förstärkarsteg Småsignalberäkningar xaminationsexempel
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 2017-04-24 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
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 2017-04-24 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 11 1 12 2 H 21 U H 2 22 I 2 I 2 = H 21 H 22 U 2
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 2017-04-24 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
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 2017-04-24 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)
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 2017-04-24 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) ( )
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 s.13 Implementering TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 s.14 Demonstration
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 2017-04-24 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))
TST24 Förstärkare / Mark Vesterbacka 2017-04-24 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 www.liu.se