Aktive belastninger i forstærkerkredsløb

Psykiateket 3: Depresjon (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Aktive belastninger i forstærkerkredsløb

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

Vi ved, at strømmen i et serie kredsløb kan beregnes med denne formel:

I = E total


R totalt

Vi ved også, at spændingen faldt over en enkelt modstand i en serie kredsløb kan beregnes med denne formel:

E R = IR

Kombiner disse to formler i en sådan, at I-variablen elimineres, idet kun E R udtrykkes i E total, R total og R.

Reveal svar Skjul svar

E R = E total  R


R totalt

 ⎠

Opfølgningsspørgsmål: Algebraisk manipulere denne ligning for at løse E totalt i forhold til alle de andre variabler. Vis med andre ord, hvordan du kan beregne for den samlede spænding, der er nødvendig for at producere et bestemt spændingsfald (E R ) på tværs af en specificeret modstand (R), givet den totale kredsløbsresistens (R total ).

Bemærkninger:

Skønt denne "spændingsdelingsformel" kan findes i et hvilket som helst antal elektroniske referencebøger, skal dine elever forstå, hvordan man algebraisk kan manipulere den givne formel for at nå frem til denne.

Spørgsmål 2

Bestem, hvad der vil ske med udgangsspændingen (V ud ) og modstanden Rs strøm (I R 1 ) i dette kredsløb, da modstanden af ​​R2 er forøget :

Reveal svar Skjul svar

Når R 2 stiger i modstand, øges V ud og I R 1 falder.

Bemærkninger:

Intet særligt her - bare en kvalitativ analyse af et meget simpelt spændingsdeler kredsløb.

Spørgsmål 3

Antag, at vi skulle sammenligne udførelsen af ​​to spændingsdeler kredsløb side om side. Kretsen til venstre har en variabel modstand (R2), mens kredsløbet til højre har to variable modstande (R1 og R2). Højre kredsløbs modstande er bundet sammen på en sådan måde, at når en modstand stiger, vil den anden falde med samme mængde, idet kredsløbets samlede modstand konstant:

At vide, at spændingsudgangen af ​​en spændingsdeler er beskrevet ved hjælp af følgende formel, bestemme hvilket spændingsdelerskreds der giver den største ændring i udgangsspænding for en given ændring i R2s modstand.

V ud = V batteri  R2


R1 + R2

 ⎠

Reveal svar Skjul svar

Spændingsdeleren med de gangede reostater vil give den største ændring i udgangsspænding for en given ændring i R2's modstand, fordi kun tælleren for fraktionen i spændingsdelerformlen ændres med R2, ikke nævneren.

Opfølgningsspørgsmål nr. 1: Hvad sker der med mængden af ​​strøm i hvert kredsløb for en given ændring i R 2 modstand "noter skjult"> Noter:

At forstå det matematiske grundlag for svaret kan være et stort spring for nogle elever. Hvis de oplever problemer med at forstå, hvordan spændingsdelerformlen viser svaret, skal de prøve et "tankeeksperiment" med rigtig enkle tal:

Indledende betingelser:
R 1 = 1 Ω
R2 = 1 Ω
V batteri = 1 volt

Øg nu R2 fra 1 Ω til 2 Ω og se, hvilket spændingsdeler kredsløb har oplevet den største ændring i udgangsspændingen. Når disse eksempelmængder er anbragt i de respektive formler, skal det være nemt at se, hvordan spændingsdelerformlen forklarer den større spændingsgennemgang i det andet delerkredsløb.

Påpege dine elever, at dette er et eksempel på praktisk problemløsning: at udføre et "tankeeksperiment" med meget enkle mængder til numerisk at undersøge, hvordan to forskellige systemer reagerer på forandring. Selvom der ikke er noget særligt vanskeligt med denne teknik, undgår mange elever det, fordi de mener, at der skal være en nemmere måde (en klar forklaring, i modsætning til et eget tankeeksperiment) for at forstå konceptet. At få eleverne over denne holdning barriere er et vanskeligt endnu afgørende skridt i dem at udvikle selvundervisning evne.

Spørgsmål 4

Formålet med et nuværende spejl kredsløb er at opretholde konstant strøm gennem en belastning på trods af ændringer i belastningens modstand:

Hvis vi skulle gale model, transistorens adfærd som en automatisk varieret reostat - konstant justeringsmodstand som nødvendigt for at holde belastningsstrømmen konstant - hvordan ville du beskrive denne reostatens reaktion på ændringer i belastningsresistens? // www.beautycrew.com.au/ /sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02656x02.png ">

Med andre ord, når R- belastningen øges, hvad gør R- transistoren - øger modstanden, formindsker modstanden eller forbliver den samme modstand, som det var før? Hvordan påvirker den ændrede værdi af R- transistoren total kredsløbsbestandighed?

Reveal svar Skjul svar

Når R- belastningen stiger, vil R- transistoren falde i modstand for at opretholde en konstant strøm gennem belastningen og en konstant R- total .

Bemærkninger:

Denne model af nuværende spejletransistor adfærd, omend rå, tjener som en god introduktion til emnet for aktive belastninger i transistorforstærkerkredsløb. Det er her, hvor en transistor er konfigureret til at fungere som en konstant strømregulator og derefter anbragt i serie med en forstærkende transistor for at give meget større spændingsgevinster end det, der er muligt med en passiv (fast modstand) belastning.

Spørgsmål 5

En interessant teknik til opnåelse af ekstremt højspændingsforstærkning fra en enkeltstrinstransistorforstærker er at erstatte en aktiv belastning til den sædvanlige belastningsmodstand (placeret ved kollektorterminalen):

Normalt har denne "aktive belastning" form af et nuværende spejl kredsløb, som opfører sig som en strømregulator snarere end som en sand strømkilde .

Forklar hvorfor tilstedeværelsen af ​​en aktiv belastning resulterer i betydeligt mere spændingsgevinst end en almindelig (passiv) modstand. Hvis den aktive belastning var en perfekt strømregulator, hvad ville spændingsforstærkningen være "# 5"> Reveal svar Skjul svar

Hvis den aktive belastning var en perfekt strømregulator, ville spændingsforstæringen af ​​dette enkeltstrømforstærkerkredsløb være uendelig (∞), fordi Thévenin-modstanden for en strømkilde er uendelig ohm.

Bemærkninger:

Der er mere end en måde at forstå denne effekt på, og hvorfor det virker som det gør. En af de mere sofistikerede måder er at overveje, hvad den indre modstand af en perfekt nuværende kilde er: uendelig. Spørg dine elever om, hvordan de overvejede denne effekt, og hvad betyder de beskæftigede til at forstå konceptet.

Spørgsmål 6

Identificer så mange aktive belastninger som muligt i følgende (forenklede) skematiske af et LM324 operationelt forstærker kredsløb:

Reveal svar Skjul svar

Selvfølgelig er alle de nuværende kilder aktive belastninger, men der er endnu et i nederste venstre hjørne af skematikken. Jeg vil lade dig finde ud af, hvor det er!

Bemærkninger:

Selvom eleverne endnu ikke ved, hvad der er et "operationelt forstærker" kredsløb, skal de stadig kunne identificere transistorfaser, konfigurationer og aktive belastninger. I dette tilfælde er de fleste aktive belastninger indlysende (som afsløret af de nuværende kildesymboler).

Vær ikke overrasket, hvis nogle af dine elever påpeger, at differentialparet i dette opamp-kredsløb ser "op og ned" sammenlignet med det, de tidligere har set for differentialpar-kredsløb. Lad dem vide, at dette ikke er et problem, og at differentialparret fungerer ens i denne konfiguration.

Spørgsmål 7

Identificer så mange aktive belastninger som muligt i følgende skematiske af et LM741 operationsforstærkerkreds sammen med deres respektive (forstærkende) transistorer:

Reveal svar Skjul svar

Q 6 er en aktiv belastning for Q 4
Q 23 er en aktiv belastning for Q 4
Q 13 er en aktiv belastning for Q 17 og Q 22

Bemærkninger:

Selvom eleverne endnu ikke ved, hvad der er et "operationelt forstærker" kredsløb, skal de stadig kunne identificere transistorfaser, konfigurationer og aktive belastninger.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →