Analogowe układy elektroniczne

Transkrypt

1 Analogowe układy elekronczne zęść układy nelnowe Gdańk, maj-czerwec 09 dr hab. nż. ogdan Pankewcz, prof. nadzw. PG nformacje o przedmoce na rone WWW:

2 Plan wykładu (0h) Podawowe defncje oowana ymbolka. Analogowy układ mnożący. ealzacja wybranych funkcj nelnowych. Generaor ze przężenem zwronym. Generaor z odłumonym obwodem L. Generaory z rezonaorem kwarcowym. Generaory relakacyjne. Deekory fazy. Podawowe właścwośc pęl PLL. Deekor warośc zczyowej. Proownk flry układów zalana. Sablzaory napęca o pracy cągłej.

3 Leraura. P. Wambacq, W. Sanen, Doron analy of analog negraed crcu, luwer Academc Publher, M. Nedźweck, M. aukewcz, Nelnowe elekronczne układy analogowe, WN 99.. U. eze,. Schenk, Układy półprzewodnkowe, WN 009.

4 Zalczene częśc wykładu układy nelnowe. Egzamn pemny w czae ej. Egzamn będze kładał ę z eu (lub krókch pyań eoreyczno-oblczenowych) oraz zadana oblczenowego. be częśc egzamnu będą mały aką amą lczbę punków. Sumaryczna lczba punków zoane przekazana oobe odpowedzalnej za cały przedmo (AUE). zęść nelnowa będze uwzględnona w całośc z wagą równą /. Aby zalczyć ą część wykładu należy uzykać co najmnej 50% możlwych punków.

5 Defncje ymbolka warość chwlowa = kładowa ała + kładowa zmenna warość chwlowa -> mały ymbol, welk ndek kładowa ała -> welk ymbol, welk ndek kładowa zmenna -> mały ymbol, mały ndek Przykłady: D D d GS GS g podwójny ndek przy oznaczanu napęć -> różnca napęć Przykłady: GS G S E E 5

6 Sp ważnejzych oznaczeń A wzmocnene napęcowe układu [/] A D różncowe wzmocnene napęcowe układu [/] A M umacyjne (lub naczej wpólne) wzmocnene napęcowe układu [/] A H wzmocnene napęcowe układu przebegu harmoncznego [/] gm rankondukancja [A/]=[S] GM H rankondukancja dla ygnałów harmoncznych [A/]=[S] 0,,,... wpółczynnk welomanu opującego nenercyjny, nelnowy wzmacnacz napęcowy [, /, /, /, /...] ampluda ygnału harmoncznego [] pulacja ygnału harmoncznego [] HD (ang. oal harmonc doron) wpółczynnk zawarośc harmoncznych (nazywane eż całkowe znekzałcena harmonczne) [%, d] HD, HD znekzałcena harmonczne -go, -go opna [%, d] M, M znekzałcena nermodulacyjne -go, -go opna [%, d] P, P punk przechwyu (ang. nercep pon) [] 6

7 Sp ważnejzych oznaczeń c.d. H napęce progowe ranzyora MS [] N, P wpółczynnk rankondukancyjny odpowedno ranzyora nms, pms [A/ ] N, P wpółczynnk modulacj długośc kanału ranzyora nms, pms [/] S prąd naycena złącza dody półprzewodnkowej lub ranzyora bpolarnego [A] = k/q poencjał ermczny [], dla emp. pokojowej równy ok. 5m wzmocnene prądowe ranzyora bpolarnego w konfguracj E [A/A] wzmocnene prądowe ranzyora bpolarnego w konfguracj [A/A] A napęce Early ego [] 7

8 Model kwadraowy ranzyora nms Podawowe równana dla ranzyora MS: H 0 ( S ) N ' N prąd drenu w obzarze omowym: / D N GS H DS DS W ' L N N W L prąd drenu w obzarze naycena: D N GS H N DS werja => uprozczona D N GS H gdze H napęce progowe [], 0 napęce progowe przy zerowym napęcu podłoże-źródło,.j. dla S =0 [], - wpółczynnk podłożowy [ ], - poencjał powerzchnowy (około 0.7), N - ruchlwość nośnków w kanale [m /(ec )], gęość powerzchnowa pojemnośc bramk [F/m ], N - wpółczynnk modulacj długośc kanału [/], W, L odpowedno zerokość długość obzaru kanału [m]. 8

9 Model ałoprądowy ranzyora npn Podawowe równana dla ranzyora npn: E prądy ranzyora w zakree akywnym normalnym (z mod. Ebera-Molla): S e E E S e E S e E y.. Symbole oraz oznaczena napęć prądów ranzyorów bpolarnych. czyl przy pełnenu warunków: E gdze: S prąd naycena [A], = k/q poencjał ermczny [], dla emp. Pokojowej równy ok. 5m, oraz wpółczynnk wzmocnena prądowego w konfguracj WE W odpowedno: E y.. Zakrey pracy ranzyora npn. 9

10 Prąd kolekora z uwzględnenem kończonej rezyancj wyjścowej: S e E E A gdze: A napęce Early ego []. y.. ypowe charakeryyk wyjścowe ranzyora bpolarnego npn bez uwzględnena (lna cągła) z uwzględnenem efeku Early ego (lna przerywana). 0

11 Mary znekzałceń układów lnowych HD (ang. oall harmonc doron) łąd warośc ygnału. łąd wzmocnena. HD, HD,... M, M,... P, P,...

12 HD (ang. oal harmonc doron) wpółczynnk zawarośc harmoncznych ażdy okreowy ygnał o okree = można przeawć za pomocą zeregu rygonomerycznego Fourera w poac: n / jn c e ( ) jn n cn ( ) e d Poneważ: c n c * n / n n j j / * / ( ) c0 cne cne c0 n co( n / n ) n n gdze: dla: n=0, ±, ±,... gdze: HD / c0 d ( ) / n n n n n c n n arg( c n ) Def: HD je ounkem mocy ygnałów nepożądanych lczonych od harmoncznej do całkowej mocy ygnału. HD d 0log 0 HD

13 łąd warośc ygnału (S) Dla uprozczena założono układ nenercyjny. W przypadku dealnym, lnowym ygnał wyjścowy pownen być równy: U N A, gdze A - wzmocnene ezwzględny błąd warośc ygnału je węc równy: S U N A A jego warość względną można określć jako: S WZGL U A N N A

14 łąd wzmocnena układu (W) Dla uprozczena założono układ nenercyjny. W przypadku rzeczywym dla wzmacnacza nelnowego ygnał wyjścowy można zapać jako: U f, gdze: f je funkcją przenozena N Wzmocnene dla układu nelnowego określa ę przyroowo jako pochodna ygnału wyjścowego względem wejścowego: A( N ) U N f Układ lnowy ma wzmocnene ałe nezależne od ygnału wejścowego. Przyjmując wzmocnene dla N =0 jako wzmocnene odneena, bezwzględną oraz względną warość błędu wzmocnena można wyznaczyć jako: A A N A(0) WWZGL A0 W N N N A(0)

15 Mary znekzałceń wzmocnena dla układów nenercyjnych dla pobudzeń harmoncznych Dla uprozczena założono układ nenercyjny o funkcj przenozena przyblżonej welomanem: U f N 0 N N N Znekzałcena wzmocnena można zdefnować dla przypadków pobudzena wejśca pojedynczym onem harmoncznym: Składnk od pozczególnych poęg: N co N co N co co N co co co co co co co co 5

16 6 dpowedź na pobudzene pojedynczym onem harmoncznym f U co co co co co co co co 0 0 y.. Zawarość harmoncznych przy pobudzenu harmoncznym beznercyjnego układu nelnowego opanego welomanem -ego opna.

17 dpowedź na pobudzene pojedynczym onem harmoncznym c.d. Pozczególne poęg welomanu powodują powane harmoncznych o częolwoścach będących welokronoścam dochodzącym do poęg welomanu. Parzye poęg welomanu zmenają akże kładową ałą ygnału wyjścowego uzależnają ją od ampludy ygnału wejścowego. Ampludy pozczególnych kolejnych harmoncznych mają charaker malejący wraz z numerem harmoncznej. Przy nedużych znekzałcenach układu przewarzającego można przyblżyć jego właścwośc ogranczając funkcję opującą do klku perwzych poęg ygnału wejścowego. 7

18 Wzmocnene ygnału harmoncznego Def: Wzmocnene dla przebegu harmoncznego można zdefnować jako ounek amplud ygnału wyjścowego perwzej harmoncznej do wejścowego: A H amp.perwzejharmoncznej ( ) ampluda wej. Wzmocnene powyżze ne je ałe zależy od ampludy ygnału wejścowego. W zależnośc od znaku wpółczynnka może naąpć zarówno zwękzene (ekpanja) jak zmnejzene (kompreja) wzmocnena. 8

19 9 Znekzałcena harmonczne (HD) Pozczególne, kolejne znekzałcena harmonczne ą defnowane jako ounek ampludy danej harmoncznej w ounku do ampludy onu podawowego: HD 6 HD Przyblżena podane w równanach doyczą układów o małych nelnowoścach, o znaczy akch, dla kórych - za harmonczna ma znacząco najwękzą warość wśród wzykch harmoncznych wyępujących na wyjścu układu.

20 Warośc ygnałów harmoncznych wykreślone w kal logarymcznej P dla HD P P dla HD P y. 5. Wzmocnena pozczególnych harmoncznych dla beznercyjnego układu nelnowego opanego welomanem -ego opna. Def: Punk przechwyu (ang. nercep pon) o aka warość ygnału wejścowego dla kórej na wyjścu układu naąpłoby zrównane ampludy ygnału danej harmoncznej z harmonczną podawową. 0

21 Znekzałcena nermodulacyjne (M) Znekzałcena nermodulacyjne ą defnowane dla przypadków pobudzena wejśca węcej nż pojedynczym onem harmoncznym, dla onów wejśce można przedawć jako: N co co f N N N N U 0 0 co co co co co co co co co co co co Sąd ygnał wyjścowy będze równy:

22 Znekzałcena nermodulacyjne (M) c.d. Dla uprozczena założono denyczne ampludy obu onów harmoncznych: N co co Sąd ygnał wyjścowy będze równy: f N N N N U 0 0 co co co co co co co co co co co co

23 U 0 co co co co co co co co co 9 co co co 9 Po uporządkowanu kładnków: <= Składowa ała <= Składnk harmonczne HD, HD HD <= Składnk nermodulacyjne M ^ Składnk nermodulacyjne M

24 We wzorze na poprzednej rone można rozpoznać kładnk harmonczne obu onów jak równeż kładnk o częolwoścach będących umam różncam różnych kombnacj welokronośc częolwośc podawowych kładnk nermodulacyjne. Ponżej, na ryunku przedawono warośc amplud pozczególnych onów przy założenu pobudzena ygnałam harmoncznym o ampludze częolwoścach f = 9MHz f = MHz. y. 6. Zawarość ygnałów na wyjścu beznercyjnego układu nelnowego opanego welomanem -ego opna przy pobudzenu umą dwóch ygnałów harmoncznych o częolwoścach 9MHz MHz.

25 Znekzałcena nermodulacyjne (M) Jeśl założymy równość amplud = =, wówcza: HD, MP 9 M, MP M, MP A znekzałcena nermodulacyjne można zdefnować jako: M M M, MP HD 9, MP HD M, MP HD 9, MP HD 5

26 Wpółczynnk P, P dla znekzałceń nermodulacyjnych Jeśl założymy równość amplud = =, wówcza wpółczynnk P je defnowany jako ampluda ygnału wejścowego, dla kórej pozom ygnału danego kładnka nermodulacyjnego je ak am jak kładnka podawowego: P M, MP HD, MP P M HD, MP, MP 6

27 Analza wzmacnacza WE dla pobudzeń harmoncznych w środku pama Napęce E wywarzane je przez układ polaryzacj naoma be pochodz ze źródła ygnału wejścowego. E e E ) Punk pracy: E be S E / e E E S ) Znajdujemy funkcję opującą napęce wyjścowe. S e be E S e E e be y. 7. ranzyor J w konfguracj E. e be ) ozwjamy w.w. Funkcję w zereg poęgowy aylora względem ygnału be. f ( x h) f ( x) f '( x) h! f ''( x) h! f '''( x) h!... e be! be!! be be... 7

28 8 ) granczamy zereg do perwzych czynnków: 5) Przy założenu pobudzena ygnałem harmoncznym wyznaczamy warośc wpółczynnków od 0 do funkcj welomanowej poprzez porównane z ponżzą zależnoścą: 6) Wzmocnene ygnałów harmoncznych o ampludze leżących w paśme wzmacnacza je równe: 7) Naoma znekzałcena harmonczne będą równe: 6 be be be e be 0 N N N N U f 0 gm gm 6 gm 8 6 gm gm gm A H HD HD

29 WE, HD zacowane warośc HD n n n n HD Sąd warość ampludy wejścowego ygnału harmoncznego powodującą powane znekzałceń HD = % można ozacować na: HD HD % 0,05[m] [m] blczena dla WE ą ważne ak długo jak długo czynnk wyżzych rzędów ne ą domnujące, aby o oblczyć możemy zaoować nerówność:!! be be be be!! 9 bj.ac

30 Zadane nr wzmacnacz MS w konfguracj S Dla układu wzmacnacza w konfguracj S należy oblczyć wzmocnene małoygnałowe, wzmocnene welkoygnałowe, ampludę ygnału harmoncznego na wejścu powodującą powane znekzałceń harmoncznych równych %. Należy założyć pracę wzmacnacza dla częolwośc w środku jego pama,.j. pojemnośc układowe rakować jak zwarca dla ygnałów zmennych a pojemnośc paożyncze jako rozwarca. y. 8. ypowy opeń wzmacnacza z ranzyorem MS w konfguracj S. 0 z.ac

31 łąd operacj nelnowej zęo oowaną marą je ayczny błąd względny operacj (makymalna warość błędu przewarzana w zadanym zakree napęć wejścowych). łędy zazwyczaj zależą lne od emperaury, oraz nnych warunków pracy układu, np. napęć zalających czy rezyancj źródeł obcążeń.

32 Układy mnożące Mnożnk realzuje funkcję: gdze: je napęcem wyjścowym, je ałą (wpółczynnkem) mnożena a oraz napęcam wejścowym. odzaje mnożnków: jednoćwarkowy napęca wejścowe oraz ą ego amego znaku, dwućwarkowy jedno z napęć wejścowym może być ylko jednej begunowośc, czeroćwarkowy bez ogranczeń na begunowość napęć wejścowych.

33 Układy mnożące, różncowa para bpolarna E S E e E S E e D E E S S E E e e e e D E E E E e / / Prądy emerów ranzyorów: ąd: azem z prądowym prawem rchhoffa daje układ równań: y. 9. polarna para różncowa.

34 Para różncowa c.d. D D E E e e / / ozwązane daje naępujące wynk: Podawając: y x D oraz po oblczenu warośc zmennej prądów (z zerową kładową ałą) orzymujemy: D y y y y y y y y y y y y x x x E y e e e e e e e e e e e e e anh anh oraz: D E y anh anh y. 0. Znormalzowane prądy emerów pary różncowej.

35 Para różncowa c.d. óżnca prądów emerów je węc równa: E E anh y D anh óżnca prądów kolekorów będze równa: y anh anh D Jeśl prąd porakujemy jako jeden z przewarzanych ygnałów wówcza orzymujemy mnożene czynnka anh(x) oraz prądu. zynnk anh(x), dla lnego ogranczena warośc x<< (czyl dla D << ) możemy przyblżyć funkcją lnową. anh x x 5 7 7x 5 x x... Sąd, jeśl D << wówcza: D 5 UWAGA: rozwnęce prądu wyjścowego w zereg poęgowy dla pary różncowej ne ma czynnków parzyych co kukuje zmnejzonym znekzałcenam ygnałów harmoncznych. 5

36 Para różncowa c.d. ozwjamy w zereg poęgowy ogranczamy do czynnka rzędu : D D D D D anh y anh... f D 0 N N N N HD 0 0 anh HD HD HD 8 8 x x 5 7 7x 5 x x... HD Przykładowo dla HD<% ampluda ygnału harmoncznego podawanego na wejśce pary różncowej mu być: 5 8 HD 85[m] 0,0 7,[m] 6

37 Para różncowa c.d. Wzmocnene ygnałów harmoncznych, kóre je rankondukancją, będze równe: GM H znaczając jako rankondukancja małoygnałowa: gm orzymujemy: GM H gm 6 Powyżze oblczena ą ważne ak długo jak długo czynnk wyżzych rzędów ne ą domnujące, aby o oblczyć możemy zaoować nerówność: anh x x 7x x x x x 5/ x... Poneważ: x węc: D 5/ 80[m] D W prakyce, ze względu na kwadraową zależność pomędzy wp. rz. 5 wyarczy ogranczene D <. 7 dff_par_bj.ac

38 8 Para różncowa jako proy mnożnk óżnca prądów kolekorów będze równa: D E EE E D E D E EE E D anh anh anh anh Naoma napęce wyjścowe je równe: D E EE E D E anh anh A węc: <- mnożene <- wzmocnene y.. Para różncowa bpolarna ze źródłem prądowym realzowanym na ranzyorze Q.

39 9 Modulaor zrównoważony Dla uprozczena przyjęo =, węc prądy kolekorów równe ą prądom emerów. anh anh anh anh anh ; anh 7 5 x x x x x y.. Modulaor zrównoważony.

40 0 Mnożnk zwękzene zakreu lnowośc dla wejśca Dla układów przedawonych ponżej, zakładając że ygnał przechodz do emerów ranzyorów bez zmnejzena ampludy prądy kolekorów będą równe: anh anh 6 5 Warunek przejśca ygnału : na emery Q5 Q6 (z modelu małoygnałowego ): r e /,6 5 Warunek ne wyczerpana prądu /: y.. Lnearyzacja wejśca modulaora zrównoważonego.

41 Mnożnk Glbera zwękzene zakreu lnowośc dla obu wejść y.. Mnożnk z użycem modulaora zrównoważonego lnearyzacj wejśca na układze Glbera (ranzyory Q9-0 Q-). S E 9 9 ln S E 0 0 ln

42 S E S e E ln 0 9 E E E E LN Dla uprozczena przyjęo =, węc prądy kolekorów równe ą prądom emerów. Założono, że ranzyory ą denyczne w parach. Napęce baza emer można ozacować jako: Dla napęca oznaczonego jako LN można ułożyć napęcowe prawa rchhoffa: 0 9 E E E E LN Sąd: ln ln ln ln ln ln S S S S Podawając do powyżzego równana oraz znajdując różncę prądów orzymujemy: Podobne poępując dla pary Q Q ch różncę prądów można określć jako: 6

43 Sąd prąd wyjścowy będący różncą prądów odpowednch par je równy: Powyżza zależność je ogranczona dl napęć wejścowych zerujących jeden z prądów dolnych par różncowych, czyl dla napęć wejścowych w zakree: Napęce wyjścowe, podobne jak dla poprzednch układów można wyznaczyć jako:

44 Układ przewornka napęca (prądu) różncowego Dla układu jak na przedawonym chemace prądowe pr. rchhoffa w węzłach wejścowych wzmacnacza operacyjnego A można zapać jako: F Jeśl założymy równość rezyorów = = oraz F = F = F oraz wzmocnene wzmacnacza A dążące do nekończonośc wówcza napęce wyjścowe je równe: F F y. 5. Przewornk ygnału wyjścowego ymerycznego na pojedynczy.

45 5 F F U F y. 6. Pełen chema zlnearyzowanego mnożnka czeroćwarkowego z przewornkem ygnału wyjścowego.

46 Zadane nr mnożnk bpolarny Glbera Dla układu mnożnka Glbera na ranzyorach bpolarnych pnp należy wyznaczyć: punk pracy, wpółczynnk mnożnka, zakrey dopuzczalnych napęć wejścowych, węzłem wyjścowym je, założyć w oblczenach =00, =~ oraz dealny W. y. 7. Mnożnk czeroćwarkowy z wykorzyanem ranzyorów pnp. 6 z.ac

47 ealzacja wybranych funkcj nelnowych Dzelene. Podnozene do kwadrau. Perwakowane. Logarym. Układ wykładnczy. 7

48 W dealny zaada pozornego zwarca Dla dealnego W wzmocnene różncowe A D dąży do nekończonośc. Załóżmy, że W pracuje w pęl u..z. jak np. na ryunku ponżej. D y. 8. Wzmacnacz operacyjny objęy pęlą ujemnego przężena zwronego. ównana układowe dla powyżzego przypadku: A AD D AD D D AD / A D A A A le wyno warość napęca różncowego? D A D A A A D D D A D D A D 0 y. 9. Symbol wzmacnacza operacyjnego. W dealnym W objęym u..z. różnca napęć pomędzy wejścam dąży do zera co w prakyce oznacza powane wrualnego zwarca pomędzy wejścam wzmacnacza. 8

49 9 Układ dzelący Zakładając U.S.Z. napęce je ogranczone do warośc dodanch. ównane prądowe przy założenu dealnego W: y. 0. Układ realzujący dzelene napęć.

50 Podnozene do kwadrau y.. ealzacja funkcj podnozena do kwadrau przy użycu mnożnka. 50

51 5 Perwakowane Zakładając U.S.Z. napęce je ogranczone do warośc dodanch a węc napęce wejścowe mu być ujemne! ównane prądowe przy założenu dealnego W: y.. ealzacja funkcj perwakowana.

52 Zadane nr zy układ przedawony na ponżzym ryunku może dzałać z wykorzyanem U.S.Z.? Jeśl ak o dla jakch warunków jaka będze wedy realzowana funkcja przewarzająca? y.. zy układ z ryunku powyżej może dzałać objęy pęlą u..z.? 5 z.ac

53 5 Logarymowane Zakładając U.S.Z. oraz dodan prąd kolekora ranzyora npn napęce je ogranczone do warośc dodanch. ównane prądowe przy założenu dealnego W: ln ln e e S S S S E y.. Układ realzujący funkcję logarymowana.

54 Układ wykładnczy Zakładając U.S.Z. oraz dodan prąd kolekora ranzyora npn napęce je ogranczone do warośc dodanch. ównane prądowe przy założenu dealnego W: E P Se Se S e P Ze względu na koneczność wymuzena pracy ranzyora npn w zakree akywnym nezbędne je zaoowane napęca polaryzującego P, E = P. y. 5. Układ realzujący funkcję ekponencjalną. 5

55 Generaory drgań nuodalnych [] Podzał generaorów drgań nuodalnych: układy przężenowe (czwórnkowe), układy z użycem odłumena (dwójnkowe), ujemna rezyancja (kondukancja) odłumająca eż częo je realzowana równeż przez przężene zwrone. 55

56 Zaada generacj drgań nuodalnych ranmancja układu mu poadać parę begunów zepolonych przężonych w prawej półpłazczyźne wówcza układ je neablny wywarza ekponencjalne naraające drgana nuodalne, an powyżzy rwa od momenu zancjowana (włączena zalana, zwarca pęl przężena zwronego) do momenu oągnęca drgań o ampludze powodującej pojawene ę znaczących znekzałceń nelnowych, wówcza naępuje zjawko ogranczena wzrou ampludy drgań na nelnowoścach obwodu, ampluda drgań ablzuje ę, oągnęy zoał ak zwany an ualony generacj. 56

57 Analza generaorów drgań nuodalnych W ogólnośc op pracy generaora można wykonać poprzez nelnowe równane różnczkowe (co najmnej drugego rzędu) jednak jego rozwązane analyczne je zazwyczaj b. rudne. Zama powyżzej analzy wykonuje ę zaępczo dwe naępujące analzy: lnową małoygnałową analzę warunków powana generacj (prawdzene czy w układze dojdze do generacj drgań) oraz przyblżoną analzę z wykorzyanem meody funkcj opującej w celu analzy anu ualonego generacj (wyznaczene ampludy drgań). 57

58 Proce powawana drgań [] y. 6. Proce powawana ablzacj ampludy drgań harmoncznych w generaorze z zaoowanem dodanego przężena zwronego []. 58

59 Analza małoygnałowa warunków generacj [] Dla wzmacnacza z dodanm przężenem zwronym wzmocnene je równe: H( ) ( ) A ( ) AL( ) Jeśl ygnał zwrony Z () dla pewnej częolwośc je w faze oraz je wękzy nż () wzmacnacza z dodanm przężenem zwronym aje ę generaorem (układem neablnym). Wzmocnene owarej pęl naoma można wyrazć wzorem: Z ( ) H( ) AL( ) ( ) Funkcja czau ranformaa Laplace a e a nb b a b y. 7. Wzmacnacz objęy pęlą dodanego przężena zwronego. Przy pełnenu warunków generacj układ wywarza drgana harmonczne. Aby wzmacnacz ze przężenem zwronym rozpoczął generację przebegów harmoncznych jego ranmancja mu poadać parę begunów zepolonych przężonych w prawej półpłazczyźne. 59

60 Analza małoygnałowa warunków generacj [], c.d. Załóżmy, że L() je wykonane z wykorzyanem ec w poac jak na chemace: L( ) Z ( ) ( ) Z( ) Z ( ) Z ( ) Z( ) Z( ) / Węc: gdze: y. 8. Przykład realzacj czwórnka przężena zwronego L(). L( ) / 5/ 5 b ac 9/ / b a /( ) 5 /( ) 5 b a 5 60

61 6 Analza małoygnałowa warunków generacj [], c.d. A A A A AL A H ) ( ) ( ) ( ) ( ranmancja układu z dodanm p. zw. je węc równa: A beguny ej ranmancj można wyznaczyć poprzez rozwązane równana: 0 0 A A A 5 podawając: A A A A A, A b Sąd położene begunów ranmancj je określone poprzez:

62 Analza małoygnałowa warunków generacj [], c.d. eguny zepolone przężone pojawą ę dla <0 czyl jeśl: A 0 A A 5 A 5 A eguny zepolone będą leżały w prawej półpłazczyźne jeśl: A 0 podawając: 5 5 A 0 A Dla A< drgana maleją, A= układ generuje ały przebeg harmonczny, dla A> A<5 wywarzany je przebeg harmonczny ekponcjalne naraający. Pulacja drgań: G A==A MN -> wzmocnene, przekroczene kórego powoduje powane drgań!!! Dla A>5 powaną drgana neharmonczne. y. 9. Po pełnenu warunków generacj wzmacnacz aje ę generaorem drgań harmoncznych. 6 gen.ac

63 Podumowane warunków generacj Dla układu z dodanm przężenem zwronym jeśl wzmocnene pęl przekroczy układ aje ę generaorem -> powają beguny w prawej półpłazczyźne zmennej zepolonej. Aby powyżze naąpło wzmocnene wzmacnacza mu przekroczyć warość granczną A MN, A MN *L()=. Jeśl beguny uworzą parę zepoloną przężoną wówcza drgana będą harmonczne, w przecwnym wypadku będą o nne drgana lub nawe naycene układu do napęca zalającego. Jeśl wzmocnene A > A MN wówcza drgana naraają ekponencjalne. W rzeczywych układach ampluda drgań zoane ogranczona albo napęcem zalającym albo poprzez nelnowość elemenów wzmacnających. 6

64 nerpreacja wynków analzy małoygnałowej warunków generacj [], c.d. Funkcja czau ranformaa Laplace a e a nb b a b y. 0. nerpreacja powawana drgań w generaorze ze przężenem zwronym []. 6

65 Welkoygnałowa analza anu ualonego przy użycu funkcj opującej [] Jeśl do wejśca układu nelnowego beznercyjnego opanego równanem: U f, gdze: f je funkcją przenozena N Podany je ygnał o warośc: N co Wówcza na jego wyjścu uzykamy przebeg o warośc: U f n ( ) n N 0 n co Funkcja opująca je zdefnowana jako ounek ampludy kładowej podawowej do ampludy ygnału wejścowego: ( ) UWAGA: w przypadku układu nelnowego nercyjnego funkcja A opująca zależy równeż od pulacj je waroścą zepoloną (dochodz przeunęce fazowe ygnału wyjścowego). 65

66 Welkoygnałowa analza anu ualonego przy użycu funkcj opującej [], c.d. Zazwyczaj zachodz zwązek, ak że warość modułu funkcj opującej maleje ze wzroem ampludy ygnału harmoncznego A. zwórnk L() je lnowy naoma wzmacnacz A nelnowy. zwórnk L() łum ygnały harmonczne węc dla generaora jak na ry. ponżej możemy zaąpć wzmocnene A waroścą modułu funkcj opującej a dla anu ualonego generacj (ualonej ampludy drgań) zachodz równość: ozwązane powyżzego równana względem daje warość ampludy generowanego przebegu wdzaną na wejścu wzmacnacza A. Funkcja opująca N() je ndywdualna dla każdego ypu wzmacnacza. A( ) L( ) ozwązane powyżzego równana, jeśl znana je warość mnmalnego wzmocnena A MN prowadza ę do: A( ) A MN Dla układów, dla kórych wzmocnene ne je zależne od ampludy ygnału (np. układy z W) ampluda drgań je ogranczona poprzez napęce zalające. y.. Generaor z zaoowanem dodanego przężena zwronego. 66

67 Zadane nr y.. Generaor z wykorzyanem pary różncowej wzmacnacza operacyjnego. Dla układu przedawonego na ryunku należy: wyzczególnć blok wzmacnacza A oraz czwórnka przężena L prawdzć czy pełnony je warunek małoygnałowy mnmalnego wzmocnena pęl czy dojdze do generacj drgań harmoncznych, oblczyć częolwość ewenualnych drgań, ozacować ampludę ewenualnych drgań. Do oblczeń przyjąć: =0,99 =00 =5m 67 z.ac

68 Sablzacja ampludy drgań dla generaorów z W bez ablzacj ampluda równa napęcu zalającemu pomnejzonemu o naycene wyjść W, układ generuje dużą zawarość harmoncznych ermor (kedyś równeż częo oowana była żarówka) w przężenu zwronym, zama P, zama -N układ auomayk z deekorem ampludy. A f ( ) f ( ) A y.. Sablzacja ampludy drgań z wykorzyanem ermora. 68

69 Układ auomayk z deekorem ampludy [] Dla dużych warośc G w ounku do rezyancja równoważna je równa []: N L / H gdze dla ran. MS: N N W L Napęce L naoma je napęcem z proownka dodowego je pomnejzone o napęce na dodze w ounku do ampludy generowanych drgań oraz pomnejzone proporcjonalne do rozładowana L przez rezyor L, ymbolzowane je o poprzez wpółczynnk blk lub neco mnejzy od jednośc, ąd dla anu ablnego generacj możemy zapać: y.. Sablzacja ampludy drgań z wykorzyanem deekora ampludy ranzyora JFE lub MS z kanałem wbudowanym []. A MN N D N L Przekzałcając dalej orzymujemy wynkową ampludę drgań: A MN N H H H 69

70 Zadane nr 5 Dla układu przedawonego na ryunku należy: wyzczególnć blok wzmacnacza A oraz czwórnka przężena L() prawdzć czy pełnony je warunek małoygnałowy mnmalnego wzmocnena pęl czy dojdze do generacj drgań harmoncznych, oblczyć częolwość ewenualnych drgań, ozacować ampludę ewenualnych drgań. Do oblczeń przyjąć: D =0,55[] (napęce na złączu dody w czae przewodzena) N =0,5[mA/ ] H =-[] = y. 5. Generaor ze ablzacją drgań z ranzyorem MS z kanałem wbudowanym. 70 z5.ac

71 7 Wzmacnacz bpolarny obcążony obwodem rezonanowym L / Jeśl pełnony je warunek: Wówcza dzelnk pojemnoścowy dzała w przyblżenu jak dealny ranformaor: n n c o / n y. 6. Schema wzmacnacza. y. 7. Model zaępczy małoygnałowy wzmacnacza. y. 8. Uprozczony model zaępczy małoygnałowy wzmacnacza.

72 7 Wzmacnacz bpolarny obcążony obwodem rezonanowym L c.d. Wzmocnene układu je równe: n Z r A L e S ) ( ) ( ) ( gdze: gm r e / gdze: L L L G GL L L G L Z G L n L L Sąd: ) ( ) ( ) ( L S Q Q A L G G n gm L G n gm Z n gm A Sąd dla przebegów harmoncznych w ane ualonym: j G L j n gm Z n gm j A L ) ( ) ( G n gm G L n gm j A arcan ) ( e ) ( m arcan ) ( arg G A A A gdze: L n G n L Q n gm A

73 7 Wzmacnacz bpolarny obcążony obwodem rezonanowym L c.d. y. 9. harakeryyk częolwoścowe wzmacnacza rezonanowego w konfguracj, wdok dla częolwośc zblżonych do. n n gm n gm A ) ( ) ( j j S L d G Q

74 7 Generaor z obwodem rezonanowym L Załóżmy, że dla układu wzmacnacza rezonanowego zwaro wejśce z wyjścem, wówcza: L()= a wzmocnene pęl je równe wzmocnenu wzmacnacza, przy czym: )* ( ) ( ) ( A Q Q Q A L M L M L M M M L A A H E e N r Sąd beguny manownka ranmancj układu z zamknęą pęlą wyznaczymy na podawe: ) ( Q Q A Q Q n gm A Aby układ generował przebeg harmonczny mu poadać parę begunów zepolonych przężonych w prawej półpłazczyźne, czyl: dela< Q A Q A Q oraz: 0 A A Q Q y. 0. Generaor z obwodem rezonanowym L.

75 Generaor z obwodem rezonanowym L c.d. ba warunk łączne dają wymagane: Q A L A Pulacja drgań: poneważ: Q Przy czym je ampludą drgań harmoncznych na emerze ranzyora, na kolekorze drgana mają ampludę o warośc równej n. 75 L L węc: Aby wyznaczyć ampludę drgań należy wyznaczyć zależność wzmocnena pęl (A) dla przebegów harmoncznych w funkcj ampludy przebegu harmoncznego. Jednym ze znanych przyblżeń welkoygnałowej rankondukancj ranzyora bpolarnego obcążonego obwodem L dla pobudzeń harmoncznych je relacja [,]: GM HAMN ( ) gm gdze: - ampluda wejścowa przebegu harmoncznego, gm - rankondukancja małoygnałowa Przyblżene powyżze je ważne ylko dla >>, oraz po ualenu ę nowego zmodyfkowanego welkoygnałowo pk. pracy, ąd: gm gm gm A A, Harmonc( ) n n n Przy założenu, że generowany przebeg będze mał ampludę znaczne wękzą nż ampludę drgań można oblczyć z równana: gm gm A, Harmonc A n n

76 Generaor z obwodem rezonanowym L c.d. A gm n gm n n gm A n gm n n A MN A MN A A y.. Grafczna luracja proceu ablzacj ampludy drgań generaora z obwodem rezonanowym L. 76

77 Generaor z obwodem rezonanowym L podejśce - ujemna rezyancja. y.. Generaor rezonanowy L alernaywna meoda analzy powawana drgań. y.. Model do wyznaczena rezyancj zaępczej ranzyora. ezyancja ranzyora bpolarnego: Przewodność wdzana z wyprowadzeń r.: r Q g gm n Q / r Q n gm gm n W obwodze L drgana ą neganące jeśl rezyancja równoważna je nekończona lub przewodność=0, ąd warunek granczny drgań je naępujący: gm gm g 0 Q G A n n r n n E e 77

78 Generaor z obwodem rezonanowym L podejśce - ujemna rezyancja. Jeśl warunek je pełnony z nadmarem wówcza ampluda drgań ablzuje ę na nelnowośc elemenu dla kórego równoważna przewodność dla ygnałów harmoncznych zrówna ę z przewodnoścą elemenów paywnych.j.: GM harmonc n L Warunek generacj: r d y.. harakeryyka ałoprądowa dody unelowej. y. 5. Generaor rezonanowy L z wykorzyanem dody unelowej. 78

79 onfguracje generaorów L [] y. 6. Uprozczone chemay generaorów rezonanowych L w konfguracj a) olpa, b) Harleya, c) Menera []. 79

80 Zadane nr 6 Dla układu wzmacnacza w konfguracj należy: wyznaczyć punk pracy ranzyora, wyznaczyć częolwość rezonanową, wzmocnene w rezonane oraz pamo d, prawdzć czy jeśl dokonano by zwarca wejśca w wyjścem wzmacnacza czy układ ał by ę generaorem drgań harmoncznych jeśl ak należy wyznaczyć ampludę częolwość drgań. Do oblczeń przyjąć: = 00, = 5m, E = 0,7 y. 7. Wzmacnacz / generaor L Harleya z ranzyorem w konfguracj. 80 z6_wzm.ac z6_gen.ac

81 Właścwośc rezonaora kwarcowego [] ezonaor kłada ę z wbraora kwarcowego z dołączonym elekrodam obudowy wraz z uchwyem wbraora. Wbraor kwarcowy o cenka płyka z kryzału kwarcu. Dzałane rezonaora opera ę na przężenu właścwośc pezoelekrycznych kwarcu z jego rezonanem mechancznym. Z punku wdzena elekrycznego dla częolwośc blkch rezonanu rezonaor kwarcowy może być rozparywany jako zeregowo - równoległy obwód rezonanowy. ezonaor kwarcowy zapewna bardzo wyoką ablność częolwośc drgań generaora. 8

82 8 Właścwośc rezonaora kwarcowego [] c.d. mpedancja rezonaora kwarcowego: ) ( S S S S Q Q Z S L Pulacja rezonanu zeregowego: Dobroć rezonaora: S r L r L Q / dęp rezonanowy: r y. 8. Model zaępczy rezonaora kwarcowego [].

83 Właścwośc rezonaora kwarcowego [] c.d. Przykładowe paramery rezonaora kwarcowego: f S MHz 6 Q 0 f / f S f 56 Hz L H 7, 9 ff 7 pf r 0 Generaory z użycem rezonaora kwarcowego buduje ę wykorzyując: rezonan zeregowy S, zybko zmenającą ę ndukcyjność L leżącą pomędzy rezonanem zeregowym a równoległym. y. 9. mpedancja bezranego rezonaora kwarcowego []. 8

84 Generaory z rezonanem zeregowym [] y. 50,5. Generaory kwarcowe wykorzyujące rezonan zeregowy []. 8

85 Generaory z wykorzyanem ndukcyjnośc L [] y. 5. Generaory kwarcowe wykorzyujące zmenną ndukcyjność L []. 85

86 Generaory relakacyjne Generaory bazujące na naprzemennym ładowanu/rozładowanu kondenaora przez rezyor lub źródło prądowe. Wywarzają przebeg ekponecjalne lub lnowo zmenające ę oraz prookąne ewenualne przebeg pochodne wywarzane przez przewornk przebegów (np. przewornk rójką->nu). 86

87 Przerzunk Schmda Je o układ w kórym przejśce do anu wyokego na wyjścu naępuje dla nnego napęca nż przejśce do anu nkego. óżnca napęć wejścowych powodująca zmany anu nazwana je herezą. znaczmy napęce makymalne jake może wyworzyć W jako: P DD SAP raz napęce mnmalne na wyjścu W jako: M SS SAM Napęca e ą zazwyczaj zblżone do napęć zalających, SAP SAM o napęca naycena opna wyjścowego ą zazwyczaj w zakree 0,,5. Wępne zakładamy ujemne warośc napęca wejścowego wyjścowego. Wówcza aby znaleźć pozom przejśca do anu wyokego należy znaleźć ake napęce wejścowe dla kórego napęce na wejścu dodanm W oągne 0. y. 5. Model do wyznaczena punku przerzuu. y. 5. Schema charakeryyka przejścowa przerzunka Schmda. SH M S S SH M SH P S S S S H SH SH S S P M 87

88 Przerzunk Schmda, werja z odwracanem ygnału W zależnośc od beżącej warośc na wyjścu napęce na dodanm wejścu W je równe: Zmana anu przerzunka naąp w momence zrównana napęca wejścowego z napęcem wyępującym na S S SH M oraz SH P dodanm wyprowadzenu W, ąd: S S S S M S S S lub P S S S (a) (b) y. 55. dwracający przerzunk Schmda (a) jego charakeryyk przejścowe (b). 88

89 Proy generaor relakacyjny z przerzunkem Shmda y. 56. Generaor relakacyjny z wykorzyanem odwracającego przerzunka Schmda. gólna zależność na napęce na kondenaorze dla obwodu zalanego ze źródła napęcowego : Adapacja powyżzego wzoru dla perwzego okreu ładowana kondenaora : ( ) e ( ) P e SH P e ln P P SH 89

90 Podobne adapując zależność dla kolejnego okreu dla przypadku rozładowana kondenaora, zakładając ar przeunęy do czau równego 0 orzymujemy: SH SH M SH e ln M SH Poępując podobne dla przypadku ładowana kondenaora orzymujemy: M SH SH SH P SH e ln P SH P SH ykle będą ę powarzały po obe. Jeśl użyjemy przerzunka Shmda z poprzednego lajdu zakładając dodakowo, że P = - M, wówcza wzory uprazczają ę do poac: S S S ln ln S S S Sąd okre częolwość drgań: S ln S S f S ln S S 90

91 Zadane nr 7 Dla układu generaora relakacyjnego przedawonego na ryunku, zakładając że na arce napęce wyjścowe je ujemne należy: nazkcować przebeg czaowe na wyjścach, oblczyć okre częolwość drgań. Użyy W może wyworzyć napęca wyjścowe ogranczone do zakreu od 9 do 9. y. 57. Generaor relakacyjny z wykorzyanem odwracającego przerzunka Schmda. 9 z7.ac

92 Generaor (ang. olage conrolled ocllaor) y. 58. Generaor relakacyjny z wykorzyanem odwracającego przerzunka Schmda mnożnka negraora. Załóżmy chwlowo, że napęce je ałe, załóżmy równeż, że w chwl = 0 = 0 S = P. Wówcza napęce będze lnowo opadać aż oągne pozom SH-, a naępne wyjśce przerzunka Shmda przełączy ę. Q / M M SH SH P Poępując analogczne kolejne czay można oblczyć jako: SH SH, M SH P SH 9

93 y. 59. Przebeg napęcowe w generaorze z ry.58. 9

94 kre drgań je równy: SH M SH SH P SH SH M SH SH P SH Naoma częolwość drgań je równa: f SH M SH SH P SH Generaor wywarza przebeg o częolwośc wpro proporcjonalnej do napęca! Jeśl dodakowo założymy, że P =- M wówcza zależność powyżza uprazcza ę do poac: f P SH SH SH SH SH P SH P 9

95 Zadane nr 8 Dla układu generaora przedawonego na ryunku wyznaczyć zależność f=f( ) oraz nazkcować przebeg dla =0,5[]. Dane: M =-9[], P =9[], =[/] y. 60. Generaor relakacyjny. 95 z8.ac

96 Układy PLL Deekor fazy przykładowe rozwązana. gólny układ pęl fazowej podawowe właścwośc. Zaoowane PLL do generacj przebegów o różnych częolwoścach. 96

97 Mnożnk jako deekor fazy Załóżmy, że do wejść mnożnka podano naępujące ygnały: n, co Sygnał na wyjścu będze węc równy: n n n x co y x y nx y co n n Sygnał na wyjścu ma kładnk zależny od różncy faz oraz kładnk o częolwośc -krone wękzej nż ygnałów wejścowych. Po odflrowanu kładnka wyokoczęlwoścowego np. w układze na wyjścu oberwujemy ygnał: n y. 6. harakeryyka przejścowa mnożnka wykorzyanego jako deekor fazy. 97

98 Mnożnk lne przeerowany jako deekor fazy y. 6b. harakeryyka przejścowa lne przeerowanego mnożnka wykorzyanego jako deekor fazy. Dgn n( )co( ) y. 6a. Napęca wyjścowe dla lne przeerowanego mnożnka. gdze D je napęcem wyjścowym przeerowanego mnożnka. W zakree od do warość średna napęca wyjścowego je równa: D 98

99 ramka E- jako deekor fazy Aby bramka E- mogła pracować jako deekor fazy do jej wejść należy podać przebeg cyfrowe prookąne albo przebeg harmonczne wępne przeworzyć np. jak na ponżzym ryunku. n H gn( ) co H gn( ) y. 6. ramka E- wykorzyana w funkcj deekora fazy. W zakree od do warość średna napęca wyjścowego je równa: H H gdze: H napęce anu wyokego w zaoowanej bramce E-. y. 6. harakeryyka przejścowa bramk E- wykorzyanej jako deekor fazy. 99

100 00 udowa model pęl PLL W ane ynchronzacj zależnośc w pęl można opać naępująco: F F F F F F F F F D D D D D D D D D ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( Jeśl pulacja przebegu wejścowego będze ała będze wynoć o pulacja generaora ual ę na denyczną warość: y. 65. Schema blokowy układu pęl ynchronzacj fazowej PLL (ang. Phae locked loop) wraz z opem ygnałów dla przypadku pracy w ane ynchronzacj.

101 Zaoowane PLL jako programowalny generaor y. 66. Wykorzyane pęl PLL do generacj przebegów o częolwoścach programowanych cyfrowo. W ane ynchronzacj częolwośc przebegów na obu wejścach deekora fazy ą denyczne węc zachodz równość: fg f L f fg M L M Dzelnk częolwośc je ławo zrealzować w układze cyfrowym, generaor f G można wykonać z użycem rezonaora kwarcowego w en poób można generować zereg częolwośc bazując na jednym dokładnym generaorze wzorcowym. nne ypowe zaoowana PLL: generacja przebegów zynchronzowanych, deekory częolwośc, ynchronczne deekory ampludy. 0

102 Deekor warośc zczyowej Dla << : PEA D gdze : D 0,7[] Napęce () w faze gdy doda D je w ane zaporowym rozładowuje ę ekponencjalne: 0 0 y. 67. Dodowy deekor warośc zczyowej. ( ) PEA Symulacja dla: e Sąd makymalne ęnena napęca na wyjścu będą równe: PEA e PEA gdze: PEA momen wyąpena makymalnej ampludy. [], [] 0[] gdze: okre przebegu wejścowego -0 0 (n) [ ] [k ] 5 0 (ou) 00mA 00mA SEL>> 0A 0 m 8m m 6m 0m m 8m m 6m 0m m 8m 5m 56m 60m (d) me y. 68. Wynk ymulacj deekora warośc zczyowej. 00[ F] 0[mec] (0 0,7 ) e 5 9, e,69 Symulacja daje,8. 0mec k00uf 0 peak_de.ac

103 Układy zalające Proownk jedno dwupołówkowy. Sablzaor równoległy z dodą Zenera. Sablzaor z ranzyorem w konfguracj. Sablzaor ze wzmacnaczem błędu. 0

104 Zalacz ze ablzaorem lnowym Napęce ecowe w Polce je równe: ( ) nf gdze: A warość kueczna napęca równa 0 ±0%, f - częolwość równa 50Hz. N A W przypadku dealnego ranformaora napęce wórne będze równe: ( ) ( ) nf ranformaor ecowy oddzela galwanczne obwód ecowy od docelowego jak obnża napęce ecowe do zakreu przewdzanego w odbornku. W n m N n m A y. 69. Schema blokowy ypowego zalacza ze ablzaorem lnowym. 0

105 Proownk + flr y. 70. Jedno dwupołówkowy proownk z flrem w poac kondenaora oraz wybrane rodzaje obcążeń. Napęce wejścowe: W ( ) W n(f) / f PEA W D P PEA e P F gdze : Q F F F F D 0,7[] bcążene bcążene bcążene Z + Z PEA P P W PEA F gdze : 0,7[] D e Q Z e F P PEA Z P PEA gdze: P ęnena napęca P, okre przebegu wejścowego Z / F F F e F D / / Z F 05

106 Sablzaor równoległy z dodą Zenera Mnmalna warość rezyora Z ze względu na makymalny prąd dody oblczana je przy braku obcążena o : Z, MN PEA ZMA Makymalny prąd jak można pobrać do obcążena można oblczyć jako: Z, MA PEA Z P Z Z porównana powyżzych wzorów wynka, że możlwy do uzykana prąd wyjścowy je zawze mnejzy nż prąd dody:, MA ZMA y. 7. Sablzaor równoległy z dodą Zenera ora charakeryyk ałoprądowe dody Zenera. y. 7. Model do wyznaczena ęneń rezyancj wyjścowej. P r dz rdz Z r dz rdz Z P r dz Z ęnena napęca na obcążenu można ozacować z wykorzyanem zaępczego modelu małoygnałowego przedawonego obok. Sablzaor en je odporny na zwarce na wyjścu prąd zoane ogranczony poprzez rezyor Z. 06

107 Główne paramery ablzaorów Paramer: zalanego z proownka z kondenaorem nomnalne napęce wyjścowe makymalny prąd wyjścowy makymalny prąd zwarca zakre dopuzczalnych zman napęca wejścowego wpółczynnk ablzacj napęcowej (ang. lne regulaon) rezyancja wyjścowa prawność energeyczna mnmalna różnca pomędzy napęcem wejścowym wyjścowym (ang. dropou olage) Warość dla ablzaora równoległego z dodą Zenera S Z ZWAA, MA P P DP P U N P P P PEA Z r dz P, MA Z rdz Z / Z P PEA Z ou Z P ZMA dz r r Z P Z P P Z Z mn( P ) mn( Z ) w prakyce ponad, zależy od doboru Z Z Z Z Z 07

108 Zadane nr 9 Dla układu zalacza przedawonego na ryunku należy: wyznaczyć warość rezyancj Z w en poób aby był możlwy pobór makymalnego prądu przez obcążene, oblczyć ęnena napęca za flrem proownka. oblczyć ęnena na wyjścu zalacza, oblczyć zakre doępnych prądów wyjścowych odpowadające emu warośc rezyancj obcążena. Dane: Z =8[], ZMA =00[mA], D =0,7[], r dz = Należy powórzyć oblczena dla przypadku zaoowana proownka jednopołówkowego. y. 7. Zalacz ze ablzaorem równoległym. 08 z9_mn.ac

109 Sablzaor zeregowy z ranzyorem w konfguracj hwlowo zakładamy pomjalny prąd dody Zenera w ounku do prądu wyjścowego, wówcza: ak węc: P E Z Zwarce wyjśca powoduje y. 7. Sablzaor zeregowy z wykorzyanem ranzyora bpolarnego w konfguracj. P E przepływ prądu o warośc: E E ranzyor npn umożlwa (+) krone zwękzene doępnego wyjścowego prądu w ounku do ablzaora z amą dodą Zenera. A węc prąd P ne zależy od P ma charaker ałego obcążena prądowego. ęnena na wyjścu ą prakyczne jak na dodze Zenera, ale eraz możemy znaczne krone) zwękzyć Z. Z Z P PEA P Z E, MA P r r ou dz Z rdz Z r e 09 Z E

110 Pobór mocy przy braku obcążena: P N,0 P P P P Z Z Pobór mocy z obcążenem : P / N, PN,0 P / P Sprawność energeyczna z obc. : P P U N P P / / P P Mnmalna różnca pomędzy napęcem wejścowym wyjścowym (ang. dropou olage) : DP mn( P ) mn( Z ) E mn( Z ) 0, 7 w prakyce ponad na rezyancj z, łączne >,7 0

111 Sablzaor ze wzmacnaczem napęca odneena Jeśl zaoowany wzmacnacz je dealny wówcza napęca na obu wejścach ą równe, czyl: Z F F Z F F F hwlowo zakładamy pomjalny prąd dody Zenera wzmacnacza w ounku do prądu wyjścowego, wówcza: ak węc: P Z F E F Sąd prąd P ne zależy od P ma charaker ałego obcążena prądowego. ęnena na wyjścu będą ake jak na dodze Zenera pomnożone przez wzmocnene układu, czyl: r dz F P Z F Napęce na dodze Zenera Z częo w leraurze nazywane je napęcem referencyjnym oznaczane ymbolem EF. y. 75. Sablzaor zeregowy ze wzmacnaczem błędu. Sablzaory o budowe jak na chemace powyżej można nabyć goowe w poac układu calonego przyoowanego na docelowe napęce zalające (np. rodzna układów calonych 78xx, 79xx) lub z zewnęrznym wyprowadzenem rezyorów F, jako zw. regulowane (ang. adjuable) (np. rodzna układów calonych LM7, LM7).

112 P Z Pobór mocy przy braku obcążena: PN, 0 PP P PA P /( F F ) Z Pobór mocy z obcążenem : P / N, PN,0 P / P Sprawność energeyczna z obc. : P P U N P P / / P P Mnmalna różnca pomędzy napęcem wejścowym wyjścowym (ang. dropou olage) : DP mn( P ) E 0, 7 ezyancja wyjścowa: r ou ra r F e ra re F AD F F Prąd w zwarcu na wyjścu ablzaora: blczmy napęce przy założenu nezby wyokego wzmocnena W, równane napęcowe w obwodze wyjścowym: E A, MA W E gdze W : napęce na wyjścu W. F W A Z D gdze : D Sąd: F F E Z / A D AD

113 Zadane nr 0 Dla układu zalacza przedawonego ponżej na ryunku należy oblczyć: napęce wyjścowe, ęnene napęca za proownkem, ęnene napęca na obcążenu, rezyancję wyjścową zalacza, oraz zakładając, że warość kueczna napęca za proownkem wyno należy oblczyć moc poberaną przez ablzaor, moc raconą w ablzaorze, moc oddawaną do obcążena oraz prawność ablzaora, na kórym z elemenów ablzaora będze wydzelała ę najwękza moc? W oblczenach należy założyć, że moc racona na dodze Zenera jak moc wzmacnacza operacyjnego ą pomjalne małe. Paramery wzmacnacza operacyjnego: A=000[/], =50[]. Paramery dody Zenera: Z =[], r dz =0[]. Napęce przewodzena dod proownczych: D =0,7[]. Wpółczynnk wzmocnena prądowego ranzyora Q: =0.

114 y. 76. Zalacz ze ablzaorem zeregowym ze wzmacnaczem błędu. z0.ac

115 Dodaek A krócona nrukcja wczyana plku wykonana ymulacj przy użycu ymulaora L Spce Założena: ) W yeme na kórym ma być przeprowadzona ymulacja zoał zanalowany darmowy ymulaor LSpce (lnk do ścągnęca). ) Ścągnęo na dyk lokalny wzyke plk z kaalogu: (lnk do plków). Wykonane ymulacj: ) Uruchamamy oprogramowane L Spce. ) Wyczyujemy ścągnęy plk (Menu/Fle/pen...). Pownen oworzyć ę chema badanego układu. ) Wykonujemy ymulację poprzez Menu/Smulae/un lub kombnację klawzy Al+S+ lub konę ) Po pomyślnym wykonanu ymulacj auomayczne oworzy ę okno grafczne w kórym możemy wyśwelć napęca prądy układowe. W ym celu najeżdżamy myzką na wybrany węzeł (wyśwelene napęca) lub wyprowadzene elemenu (wyśwelane prądu) klkamy myzką. Wkazany ygnał pownen pojawć ę na wykree. 5) Wkazane je zwękzene dokładnośc oblczenowej Menu/Smulae/onrolPanel/ompreon/elaeolerance=.5e-5. Je o ważne w zczególnośc dla analz czaowych HD. 6) Dla nekórych rodzajów ymulacj (np. wynk ymulacj Fourera w celu znalezena HD) dane ą w poac lczb ne ą wyśwelane na wykree. Aby je odczyać należy odczyać auomayczne uworzony plk ekowy z rozzerzenem *.log poprzez dowolny edyor ekowy lub wybrane Menu/ew/Spce Error Log lub kombnację klawzy Al++L. 7) Symulaor L Spce przed ymulacją worzy zw. nelę kompayblną w 95% z ymulaoram ypu PSPE. Aby użyć ego ypu ymulaora należy: - uworzony plk z rozzerzenem *.ne kopować do plku z rozzerzenem *.cr - polecene.backanno zaąpć polecenem.probe, polecene SNE zaąpć SN, jeśl gdześ wyąp SE o uunąć en wp - zamenć mnożnk grecke na lery łacńke (np. na u ). 5