Teori Amplifier Elementary

Simple Relativity - Understanding Einstein's Special Theory of Relativity (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Teori Amplifier Elementary

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Pada asasnya, penguat adalah peranti yang mengambil isyarat kuasa rendah dan menghasilkan faksimili yang diperbesarkan (kuasa-boosted) dari isyarat masukan. Terangkan bagaimana mungkin peranti sedemikian wujud. Bukankah Undang-undang Pemuliharaan Tenaga ("Tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan") menghalang kewujudan alat penjanakan kuasa "# 1"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tiada undang-undang fizikal dilanggar dengan penguat, kerana kuasa tambahan berasal dari sumber luaran: bekalan kuasa.

Soalan susulan: adalah pengubah step-up penguat? Mengapa atau mengapa tidak?

Nota:

Penguat pelajar anda akan belajar adalah peranti elektronik, tetapi jenis penguat lain wujud. Bincangkan dengan mereka beberapa contoh penguat biasa bukan elektronik.

Soalan 2

Parameter penting setiap penguat adalah keuntungan . Jelaskan apa yang "keuntungan" adalah, dan tulis persamaan mudah menentukan keuntungan dari segi voltan isyarat.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Keuntungan" adalah tahap "pembesaran" yang penguat menyediakan isyarat inputnya. Keuntungan voltan boleh ditakrifkan dalam dua cara yang berlainan:

A V (dc) = V keluar


V dalam

A V (ac) = ΔV keluar


ΔV dalam

Nota:

Oleh kerana pelajar anda boleh dapat melihat melalui konteks, simbol yang digunakan untuk mewakili keuntungan dalam persamaan adalah huruf besar Ä ". Satu titik kekeliruan yang berpotensi adalah perbezaan antara dua persamaan keuntungan yang ditunjukkan dalam jawapannya. Mengapa kita mempunyai dua persamaan yang berbeza yang mengatakan perkara yang sama? Sekiranya masalah ini timbul dalam perbincangan, anda boleh memberi contoh pelajar penguat dengan bias DC, di mana V keluar = (4) (V in ) + 3 volt. Di sini, keuntungan (AC) sentiasa 4, tetapi keuntungan DC berbeza mengikut voltan yang kita gunakan untuk input!

Berdasarkan contoh ini, yang mendapat pengiraan yang difikirkan oleh pelajar anda adalah lebih praktikal?

Soalan 3

Di tengah-tengah setiap penguat adalah peranti yang menggunakan satu isyarat untuk mengendalikan yang lain. Dalam elektronik, ini bermakna peranti yang menggunakan isyarat kecil atau isyarat semasa untuk mengawal voltan atau arus yang lebih besar.

Litar penguat elektronik pertama dibina dengan peranti yang dikenali sebagai tiub elektron dan bukannya transistor . Tiub masih mencari aplikasi khusus dalam elektronik, tetapi kebanyakannya telah digantikan oleh transistor. Mengapa ini? Apakah kelebihan transistor yang mempunyai lebih tiub sebagai peranti menguatkan?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Transistor biasanya lebih lasak dari tiub elektron, mampu menahan tahap getaran dan tekanan yang lebih tinggi. Mereka juga lebih kecil, dan lebih cekap tenaga dalam kebanyakan aplikasi.

Nota:

Tiub elektron digunakan sebagai "kerja" dalam dunia elektronik, bertindak sebagai alat kawalan kuasa dan alat penguat untuk pelbagai aplikasi. Ia harus menarik untuk mendengar maklum balas pelajar anda mengenai soalan ini, kerana terdapat banyak maklumat "tiub" di internet. Majalah Spectrum IEEE mempunyai beberapa artikel yang sangat baik mengenai tiub elektron dan aplikasi mereka, yang saya akan sangat menggalakkan mana-mana pelajar yang berminat untuk membaca.

Soalan 4

Jenis penguat yang biasa digunakan dalam litar elektronik ialah penyangga voltan, kadang-kadang dipanggil pengikut voltan . Terdapat dua bentuk mudah litar ini, satu menggunakan transistor tunggal dan satu lagi menggunakan litar bersepadu yang dikenali sebagai penguat operasi :

Keuntungan voltan setiap peranti ini adalah perpaduan (A V = 1). Soalan saya kepada anda adalah ini: apa yang mungkin digunakan adalah penguat yang tidak menguatkan voltan isyarat masukannya "# 4"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Walaupun "penimbal voltan" tidak menguatkan tahap voltan isyarat, ia meningkatkan tahap isyarat semasa.

Nota:

Buffer voltan hampir di mana-mana dalam litar elektronik moden, jadi mereka tidak boleh dibuang sebagai sia-sia. Bincangkan dengan pelajar anda beberapa aplikasi penampan voltan yang mungkin. Bilakah kita mahu menguatkan arus isyarat tanpa menguatkan voltan? Adakah pelajar anda berfikir bahawa terdapat sebarang aplikasi untuk litar jenis ini dalam peralatan ujian elektronik (voltmeters, terutama?).

Soalan 5

Parameter operasi penting penguat ialah jalur lebarnya . Terangkan maksud "jalur lebar" dalam erti kata umum, dan berikan contoh aplikasi penguat di mana jalur lebar adalah penting.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Bandwidth" merujuk kepada pelbagai frekuensi isyarat penguat boleh mengendalikan dalam batas yang ditentukan keuntungan, penyelewengan, kecekapan, dll.

Nota:

Sebagai pelajar anda menyelidik perkataan "jalur lebar, " mereka akan mendapati istilah ini mempunyai aplikasi dalam banyak bidang selain penguat. Bincangkan istilah ini, baik dalam konteks penguat dan dalam konteks aplikasi lain.

Soalan 6

Kebanyakan penguat mudah yang anda akan mula-mula belajar cenderung kehilangan keuntungan kerana frekuensi peningkatan isyarat amplifikasi. Kerugian keuntungan ini kadang-kadang dikira dari segi rolloff, biasanya dinyatakan dalam unit desibel setiap oktaf (dB / oktaf).

Apa sebenarnya, "rolloff?" Apakah "oktaf" dalam konteks unit ukuran yang digunakan untuk menentukan rolloff? Sekiranya kami merancang tindak balas penguat tipikal dalam bentuk plot Bode, apa jenis ciri litar penapis (band-pass, band-stop, dll) yang paling menyerupai?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jawapan frekuensi kebanyakan penguat menyerupai penapis lulus rendah. "Rolloff" adalah istilah yang digunakan untuk menunjukkan kekasaran plot Bode penguat kerana ia mengatasi isyarat yang diperkuat pada frekuensi yang semakin meningkat.

Satu "oktaf" menandakan kekerapan isyarat dua kali ganda. Unit ini digunakan dengan baik untuk plot Boda skala logaritma.

Nota:

Mahukah salah seorang pelajar anda melukis gambar plot Bode untuk penapis lulus rendah (realistik): iaitu, tindak balas penapis rendah yang tidak sesuai. Tinjau dengan murid-murid anda apa plot skala log, dan minta mereka mengaitkan nisbah unit-unit "decibel" dan "oktaf" ke skala sedemikian.

Soalan 7

Penguat transistor kelas-A menggunakan transistor tunggal untuk menjana isyarat output kepada beban. Penguat yang ditunjukkan di sini berlaku untuk topologi "pemungut biasa", salah satu dari tiga konfigurasi biasa untuk litar tunggal-transistor:

Analog bagi litar elektronik ini adalah kawalan tekanan air ini, yang terdiri daripada injap pembolehubah melalui air melalui lubang (sekatan), kemudian ke longkang:

"Input" pada penguat ini adalah kedudukan pemegang kawalan injap. "Output" penguat ini adalah tekanan air yang diukur pada hujung paip "output" mendatar.

Terangkan bagaimana salah satu "litar" ini memenuhi kriteria menjadi penguat. Dengan kata lain, jelaskan bagaimana kuasa didorong dari input ke output dalam kedua-dua sistem ini. Juga, gambarkan bagaimana kecekapan masing-masing amplifier ini, "kecekapan" menjadi ukuran berapa banyak arus (atau air) masuk ke peranti beban, berbanding dengan berapa banyak yang berlaku terus melalui unsur kawalan dan kembali ke tanah (longkang ).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dalam kedua-dua sistem, sejumlah kecil tenaga (semasa melalui terminal "pangkalan" transistor, gerak mekanikal pemegang injap) menguasai lebih banyak tenaga (semasa ke beban, air ke beban). Sistem yang ditunjukkan di sini agak membazir, terutama pada voltan keluaran tinggi (tekanan).

Nota:

Sukarnya mereka mungkin, tetapi litar transistor "Kelas-A" mencari kegunaan umum dalam elektronik moden. Jelaskan kepada pelajar anda bahawa ketidakcekapannya mengehadkan penggunaan praktikalnya kepada aplikasi kuasa rendah.

Soalan 8

Penguat transistor kelas-B (kadang-kadang dipanggil penguat tolak tarik ) menggunakan sepasang transistor untuk menjana isyarat output kepada beban. Litar yang ditunjukkan di sini telah dipermudahkan demi menggambarkan konsep asas:

Analog bagi litar elektronik ini ialah kawalan tekanan air ini, yang terdiri daripada dua injap berubah-ubah. Injap satu menghubungkan paip keluaran ke bekalan air bertekanan, dan yang lain menghubungkan paip keluaran ke sumber vakum (sedutan):

"Input" pada penguat ini adalah kedudukan pemegang kawalan injap. "Output" penguat ini adalah tekanan air yang diukur pada hujung paip "output" mendatar. Tindakan injap diselaraskan sedemikian rupa sehingga hanya satu injap terbuka pada waktu tertentu, sama seperti tidak lebih daripada satu transistor akan "aktif" pada suatu masa tertentu dalam litar elektronik kelas-B.

Terangkan bagaimana salah satu "litar" ini memenuhi kriteria menjadi penguat. Dengan kata lain, jelaskan bagaimana kuasa didorong dari input ke output dalam kedua-dua sistem ini. Juga, gambarkan bagaimana kecekapan masing-masing penguat adalah, "kecekapan" menjadi ukuran berapa banyak arus (atau air) masuk ke peranti beban, berbanding dengan berapa banyak yang terus lurus dari satu "rel" ke yang lain (dari tekanan ke vakum).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dalam kedua-dua sistem, sejumlah kecil tenaga (semasa melalui terminal "pangkalan" transistor, gerak mekanikal pemegang injap) menguasai lebih banyak tenaga (semasa ke beban, air ke beban). Kedua-dua sistem adalah sangat cekap tenaga, dengan aliran kecil yang terbuang dengan mengalir dari bekalan ke vakum (dari + V ke -V) dan memintas beban.

Nota:

Penguat tarik tarik sedikit lebih sukar untuk difahami daripada kelas mudah-A (satu berakhir), jadi pastikan untuk mengambil masa yang diperlukan untuk membincangkan konsep ini dengan pelajar anda. Minta mereka mengesan semasa melalui perintang beban untuk keadaan voltan masukan yang berbeza. Pelajar anda tidak perlu tahu apa-apa butir-butir operasi transistor, kecuali voltan masukan positif menghidupkan transistor atas, dan voltan masukan negatif menghidupkan transistor yang lebih rendah.

Soalan 9

Penguat mempunyai keuntungan voltan sebanyak 5 dan keuntungan semasa sebanyak 75, kedua-dua angka adalah nisbah. Hitung keuntungan berikut:

Penjanaan kuasa (sebagai nisbah)
Keuntungan kuasa (dB)
Keuntungan voltan (dB)
Keuntungan semasa (dB)
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pertambahan kuasa (sebagai nisbah) = 375
Penjanaan kuasa (dB) = 25.74 dB
Keuntungan voltan (dB) = 13.98 dB
Keuntungan semasa (dB) = 37.50 dB

Nota:

Sesetengah pelajar anda mungkin akan mendapat pengiraan kuasa yang betul, tetapi matikan dengan faktor dua pada pengiraan voltan dan arus (dB) semasa. Ingatkan mereka bahawa persamaan yang berbeza digunakan untuk mengira voltan dan keuntungan semasa dalam dB daripada yang digunakan dalam pengiraan kuasa.

Soalan 10

Apakah keuntungan voltan keseluruhan bagi dua penguat berlubang (output penguat pertama masuk ke input kedua), masing-masing dengan keuntungan voltan individu 3 dB "# 10"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

A V (akhir) = 6 dB, atau nisbah 2.825: 1

Nota:

Tanya pelajar anda untuk menukar angka 3 dB (voltan gain) ke dalam nisbah. Bagaimanakah nisbah ini dibandingkan dengan nisbah keseluruhan bagi dua penguat berlapis? Apakah angka yang ditunjukkan mengenai keuntungan cascaded secara umum, dinyatakan dalam bentuk desibel serta bentuk nisbah? Tanya pelajar anda jika mereka fikir ia secara matematik lebih mudah untuk mengira keuntungan dalam bentuk nisbah atau decibel, dan mengapa.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →