Videoförstärkare med bipolära transistorer

Relevanta dokument
Tentamen i Elektronik fk 5hp

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

TSTE20 Elektronik Lab5 : Enkla förstärkarsteg

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 1 Transistorn del 1

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

Laboration II Elektronik

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

TENTAMEN Elektronik för elkraft HT

PROJEKTLABORATION i Analog Elektronik.

SM Serien Strömförsörjning. Transistorn

I: Beskriv strömmarna i en npn-transistor i normal mod i de neutrala delarna av transistorn.

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet. Agneta Bränberg TRANSISTORTEKNIK. Laboration.

Lokaloscillator för FM-rundradiobandet 98,7-118,7 MHz

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Antennförstärkare för UHF-bandet

Laboration - Va xelstro mskretsar

Laboration ( ELEKTRO

PROJEKTLABORATION i Analog Elektronik

Spänningsstyrd Oscillator

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Figur 1 Konstant ström genom givaren R t.

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

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Antennförstärkare för UHF-bandet

AKTIVA FILTER. Laboration E42 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Rev 1.0.

OP-förstärkaren, INV, ICKE INV Komparator och Schmitt-trigger

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 3 Transistorförstärkare

Elektronik 2018 EITA35

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Operationsfo rsta rkarens parametrar

Övningsuppgifter i Elektronik

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

DIFFERENTALFÖRSTÄRKARE

Elektronik 2017 EITA35

Cédric Cano Uppsala Mätsystem F4Sys. Pulsmätare med IR-sensor

Radioprojekt våren 2002 Antennförstärkare Jimmy Johansson e98 Fredrik Åhfeldt e98 Handledare: Göran Jönsson

Halvledare. Transistorer, Förstärkare

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

5 OP-förstärkare och filter

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Laboration 1: Styrning av lysdioder med en spänning

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Föreläsning 5. Motkoppling och stabilitet bl. Stabilitetskriterier Stabilitetsmarginaler Kompensering Exempel. IE1202 Analog elektronik /BM

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad fysik och elektronik

Poler och nollställen, motkoppling och loopstabilitet. Skrivet av: Hans Beijner

Mät kondensatorns reaktans

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Komponentfysik ESS030. Den bipolära transistorn

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

1.2 Två resistorer är märkta 220 ohm 0,5 W respektive 330 ohm 0,25 W. vilken är den största spänning som kan anslutas till:

Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar

Målsättning: Utrustning och material: Denna laboration syftar till att ge studenten:

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

Definition av kraftelektronik

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING


TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad. fysik och elektronik. Patrik Eriksson

Praktisk beräkning av SPICE-parametrar för halvledare

Instruktion elektronikkrets till vindkraftverk

Spolens reaktans och resonanskretsar

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 18 oktober, 2010, kl

ELEKTROTEKNIK. Laboration E701. Apparater för laborationer i elektronik

TENTAMEN Tillämpad mätteknik, 7,5 hp

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Strömförsörjning. Laboration i Elektronik 285. Laboration Produktionsanpassad Elektronik konstruktion

4:8 Transistorn och transistorförstärkaren.

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. den 14 jan :00-13:00

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

Rundradiomottagare Mikael Andersson Martin Erikson. Department of electroscience. ETI 041 Radioprojekt

Ellära. Laboration 4 Mätning och simulering. Växelströmsnät.

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Tentamen i Elektronik, ESS010, och Elektronik för D, ETI190 den 10 jan 2006 klockan 14:00 19:00

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Effektförstärkning efter en OP-förstärkare

Analys av elektriska nät med numeriska metoder i MATLAB

Svar till Hambley edition 6

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Tentamen den 21 oktober TEL102 Inledande elektronik och mätteknik. TEL108 Introduktion till EDI-programmet. Del 1

nmosfet och analoga kretsar

Rättade inlämningsuppgifter hämtas på Kents kontor Föreläsning 4 Må , Kent Palmkvist To ,

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Lågbrusig antennförstärkare för FM bandet

Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

Laboration 2: Likström samt upp och urladdningsförlopp

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

IE1206 Inbyggd Elektronik

TSTE05 Elektronik och mätteknik ISY-lab 3: Enkla förstärkarsteg

Spä nningsmä tning äv periodiskä signäler

Transkript:

Videoförstärkare med bipolära transistorer IE1202 Analog elektronik - Joel Nilsson joelni at kth.se

Innehåll i 1 Första försöket 1 1.1 Beräkningar....................................... 1 1.1.1 Dimensionering av R 2............................. 1 1.1.2 Dimensionering av R 3 och R 4......................... 1 1.1.3 Dimensionering av R C1 och R C2....................... 2 1.1.4 Dimensionering av motkopplingsfaktorn................... 2 1.2 Simuleringar....................................... 2 2 Andra försöket 3 2.1 Beräkningar....................................... 3 2.1.1 Modifiering av motkopplingen......................... 3 2.1.2 Modifiering av R 2............................... 3 2.1.3 Modifiering av R C1 och R C2......................... 3 2.2 Simulering........................................ 4 3 Tredje försöket 4 3.1 Simulering........................................ 4 3.1.1 Modifiering av R 2............................... 4 3.1.2 Modifiering av R 3 och R 4........................... 4 4 Mätning 6 4.1 DC-nivåer........................................ 6 4.2 Frekvensgång och spänningssving........................... 7 4.3 Stabilitet........................................ 8 4.4 Test med videokamera................................. 9 Figurer 1.1 Transientanalys efter första försöket. Signal före R 9 och över last.......... 3 2.1 Transientanalys efter andra försöket. Signal före R 9 (högre nivån) och över last (lägre nivån)....................................... 4 3.1 Transientanalys efter modifierat R 2. Signal före R 9 (högre nivån) och över last (lägre nivån)....................................... 5 3.2 Transientanalys efter modifierat R 3 och R 4. Signal före R 9 (högre nivån) och över last (lägre nivån)..................................... 5 3.3 Simulering av bandbredden över lasten (DB-skala).................. 5 3.4 Schema på slutgiltig konstruktion inför montering och mätning........... 6 4.1 Schema med noder.................................... 6

ii 4.2 Schema med likspänningar............................... 7 4.3 Frekvensgång (DB-skala)................................ 8 4.4 Utsvinget som en funktion av frekvensen....................... 8

1(9) 1 Första försöket 1.1 Beräkningar Som en allmän approximation bortses det från basströmmarna, det vill säga att I C I E. 1.1.1 Dimensionering av R 2 Enligt specifikationen skall referensströmmen till strömgeneratorerna ligga i intervallet 0, 1 ma < I C14 < 1, 0 ma. I det första försöket valdes medelvärdet av detta, 0, 50 ma. Referensströmmen bestäms av R 2. Ohms lag ger: R 2 = U I = V CC V EE V BE14 5 ( 5) 0, 7 V = I REF 0, 5 10 3 = 18, 6 kω (1.1) A 18, 6 kω finns ej i E12-serien, närmaste värdet är 18, 0 kω vilket, enligt Ohms lag, ger I REF 0, 52 ma. 1.1.2 Dimensionering av R 3 och R 4 Utgår från följande samband för att bestämma spänningen: I C15 I C14 = evbe15/vt e V BE14/V T (1.2) I C14 är referensströmmen som är bestämd ovan. I C15 är den ström som transistorn Q 15 måste dra för att spänningen i noden Q 21, R 8, R 9, Q 15 skall vara 0 V när ingen signal ligger på. Med en last på R L = 75 Ω och R 9 (som ett startvärde) satt till samma blir: I C15 = U 1 = R 9 + R L 75 + 75 = 1 6, 7mA (1.3) 150 V BE15 löses sedan ur 1.2 ln( I C15 ) = V BE15 V BE14 I C14 V T (1.4) V BE15 = V T ln( I C15 I C14 ) + V BE14 (1.5)

2(9) Insättning av värden ger: V BE15 = 0, 025 ln( 6, 7 ) + 0, 7 = 765 mv (1.6) 0, 5 Eftersom kollektorströmmen genom Q 13 och Q 14 är densamma blir: R 4 = R 3 = V BE15 V BE14 0, 765 0, 7 = I C14 0, 52 10 = 130Ω (1.7) 3 130 Ω finns ej i E12-serien, närmaste värde är 120 Ω. 1.1.3 Dimensionering av R C1 och R C2 Antar att en ström av samma storlek som referensströmmen går igenom transistorerna Q 11 och Q 12 samt att de skall ha samma vilopunkt. Ohms lag ger då: R C1 = R C2 = V CC V EE V BE11 V BE14 5 ( 5) 0, 7 0, 7 = I C14 0, 5 10 3 = 17, 2 kω (1.8) Avrundat till närmaste motstånd i E12-serien ger 18 kω. 1.1.4 Dimensionering av motkopplingsfaktorn Enligt specifikationen sökes en förstärkning på 22,3 db (13 ggr) när kretsen är obelastad. Känt är att förstärkningen ges av: A v = 1 + R 8 R 7 (1.9) En möjlig lösning är: R 8 = 1, 5 kω R 7 = 120 Ω (1.10) Vilket medför 13,5 gångers förstärkning, det vill säga 22,6 db. 1.2 Simuleringar En transientanalys av första försöket ger följande resultat: Som synes så ligger 0-nivån fel, förstärkningen och spänningssvinget är för lågt och den orkar inte driva de negativa signalerna fullt ut.

3(9) Figur 1.1: Transientanalys efter första försöket. Signal före R 9 och över last. 2 Andra försöket 2.1 Beräkningar 2.1.1 Modifiering av motkopplingen Förstärkningen (med last) är för låg i första försöket, avsnitt 1.1.4. Ersätter R 8 med ett motstånd på 180 kω vilket medför 16 gångers förstärkning. Således blir förstärkningen 24,1 db vilket är något högre än specifikationen anger. 2.1.2 Modifiering av R 2 Q 15 drar för lite ström från lasten i vila. Referensströmmen måste ökas. Minskning av värdet på R 2 till 12 kω medför att I C14 = 0,775 ma. 2.1.3 Modifiering av R C1 och R C2 Q 21 skall ha sin vilopunkt på 0,7 V. Det kan åstadkommas genom att koppla Q 24 emellan Q 21 och Q 12. Spänning på basen till Q 24 skall då vara ungefär 1,4 V ty V BE24 0, 7 V kommer då bidra till önskad spänning på dess emitter, det vill säga basen till Q 21. Ny beräkning av R C1 och R C2 : R C2 = R C1 = V CC V EE V BE12 V BE14 V R12 7, 2 = = 9, 3 kω (2.1) I C14 0, 775 10 3 Närmaste värdet i E12-serien blir 10 kω.

4(9) 2.2 Simulering Resultatet är något bättre. Spänningssvinget ligger i närheten av specifikationen och negativa signaler drivs fullt ut. Dock ligger 0-nivån fortfarande fel. Figur 2.1: Transientanalys efter andra försöket. Signal före R 9 (högre nivån) och över last (lägre nivån). 3 Tredje försöket 3.1 Simulering 3.1.1 Modifiering av R 2 Med DC-nivåerna satta på signaltransistorerna enligt ovan, avsnitt 2.1.3, så sänker inte Q 15 strömmen tillräckligt mycket. Ett par upprepande simuleringar ger att ett lämpligt värde på R 2 är 8,2 kω. Det ger en referensström på ungefär 1 ma. 3.1.2 Modifiering av R 3 och R 4 Som en följd av att referensströmmen ökades ytterliggare så måste också dessa motstånden ökas. Fortsatt simulerande ger att lämpligt värde på R 3 och R 4 är 150 Ω. Då orkar transistorerna driva både positiva och negativa signaler.

5(9) Figur 3.1: Transientanalys efter modifierat R 2. Signal före R 9 (högre nivån) och över last (lägre nivån). Figur 3.2: Transientanalys efter modifierat R 3 och R 4. Signal före R 9 (högre nivån) och över last (lägre nivån). Figur 3.3: Simulering av bandbredden över lasten (DB-skala).

IE1202 Analog elektronik 6(9) Figur 3.4: Schema på slutgiltig konstruktion inför montering och mätning. 4 4.1 Mätning DC-nivåer 8 2 6 3 7 4 5 Figur 4.1: Schema med noder. Följande likspänningsnivåer uppmättes (noder enligt figur 4.1): 1 151 mv relativt GND 1 9

7(9) 2 1,34 V relativt GND 3 672 mv relativt GND 4 827 mv relativt V EE 5 125 mv relativt V EE 6 685 mv relativt GND 7 9,8 mv relativt GND 8 36 mv relativt GND 9 75 mv relativt GND med 75 Ω last Att jämföras med DC-nivåer enligt simulering i figur 4.2. Figur 4.2: Schema med likspänningar. 4.2 Frekvensgång och spänningssving Kurvan för frekvensgången (figur 4.3) ser ut som i simuleringen, figur 3.3. Dock är gränsfrekvensen förskjuten nedåt.

8(9) Figur 4.3: Frekvensgång (DB-skala). Figur 4.4: Utsvinget som en funktion av frekvensen. 4.3 Stabilitet Förstärkarens stabilitet testades med en fyrkantsvåg som insignal. Från 1 Hz upp till 10 MHz var den stabil. Högre frekvenser kunde inte testas på grund av begränsning hos funktionsgeneratorn.

9(9) 4.4 Test med videokamera Det praktiska testet med en dämpad signal från en videokamera föll ut väl. Bilden blev betydligt skarpare och, den låga gränsfrekvensen till trots, innehöll inga märkbara artefakter.