doc.tex (8390B)
1 \documentclass[12pt]{article} 2 \usepackage[utf8]{inputenc} 3 \usepackage[greek,english]{babel} 4 \usepackage{alphabeta} 5 \usepackage{fancyhdr} 6 \usepackage{listings} 7 \usepackage{mathtools} 8 \usepackage{xcolor} 9 \usepackage{float} 10 \usepackage{siunitx} 11 \usepackage[margin=0.5in]{geometry} 12 \usepackage[backend=bibtex]{biblatex} 13 14 \title{Εργαστήριο Μικροηλεκτρονικής -- Εργασία 2} 15 \author{Χρήστος Μαργιώλης -- 19390133} 16 \date{Απρίλιος 2022} 17 18 \begin{document} 19 20 \begin{titlepage} 21 \maketitle 22 \begin{figure}[t!] 23 \begin{center} 24 \includegraphics[scale=0.3]{./res/uniwalogo.png} \\ 25 \Large 26 \textbf{Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής} \\ 27 \large 28 Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής και Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 29 \end{center} 30 \end{figure} 31 \end{titlepage} 32 33 \renewcommand{\contentsname}{Περιεχόμενα} 34 \tableofcontents 35 \pagebreak 36 37 \section{Θεωρητικό μέρος} 38 39 Ο μη-αναστρέφων τελεστικός ενισχυτής είναι μία από τις διάφορες συνδεσμολογίες 40 τελεστικών ενισχυτών που υπάρχουν. Οι κύριες διαφορές του με τον αναστρέφοντα 41 ενισχυτή, είναι ότι, ο μη-αναστρέφων ενισχυτής παρουσιάζει πολύ μεγαλή 42 αντίσταση εισόδου, έχει υποχρεωτικά κέρδος μεγαλύτερο του 1, και το σήμα εξόδου 43 είναι σε φάση με το σήμα εισόδου. 44 45 Επιπλέον, ο μη-αναστρέφων ενισχυτής, έχει πολύ παρόμοια συνδεσμολογία με τον 46 buffer, με την διαφορά ότι ο buffer δεν περιέχει αντιστάσεις. 47 48 \section{Υλοποίηση της εργασίας} 49 50 Για την υλοποίηση της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω εργαλεία: 51 \begin{itemize} 52 \item Tina-TI για την συνδεσμολογία και τις μετρήσεις του κυκλώματος. 53 \item Tinkercad για την υλοποίηση του κυκλώματος σε breadboard. 54 \item \LaTeX για την συγγραφή της εργασίας. 55 \end{itemize} 56 57 \section{Συνδεσμολόγηση κυκλώματος} 58 59 \begin{itemize} 60 \item Συνδεσμολογήστε το παρακάτω κύκλωμα με 61 $R_1 = R_2 = \SI{10}{\kilo\ohm}$ και 62 $V_1 = \SI{15}{\volt}$, 63 $V_2 = \SI{-15}{\volt}$. 64 \end{itemize} 65 66 \begin{figure}[H] 67 \centering 68 \includegraphics[width=\linewidth]{./res/schem.jpg} 69 \caption{Μη-αναστρέφων τελεστικός ενισχυτής} 70 \end{figure} 71 72 \section{Εφαρμογή σήματος} 73 74 \begin{itemize} 75 \item Εφαρμόστε ημιτονικό σήμα $\SI{1}{\kilo\hertz}/1V_{pp}$ στην είσοδο. 76 \begin{itemize} 77 \item Αναπαραστήσετε σε γράφημα την έξοδο του κυκλώματος ως 78 προς την είσοδο. 79 \item Υπολογίστε το θεωρητικό και πρακτικό κέρδος του ενισχυτή, 80 στη συνέχεια συγκρίνατε τα δύο κέρδη. Υπάρχουν 81 διαφορές; Πού οφείλονται; 82 \item Μετρήστε την διαφορά φάσης που παρατηρείται μεταξύ 83 εισόδου και εξόδου. 84 \end{itemize} 85 \end{itemize} 86 87 \subsection{Γράφημα εξόδου ως προς είσοδο} 88 89 Το σήμα εξόδου είναι ενισχυμένο, και βρίσκεται σε φάση με το σήμα εισόδου. 90 91 \begin{figure}[H] 92 \centering 93 \includegraphics[width=\linewidth]{./res/out1.jpg} 94 \caption{Καμπύλες στο ίδιο γράφημα} 95 \end{figure} 96 97 \begin{figure}[H] 98 \centering 99 \includegraphics[width=\linewidth]{./res/out2.jpg} 100 \caption{Καμπύλες σε ξεχωριστό γράφημα} 101 \end{figure} 102 103 \subsection{Θεωρητικό και πρακτικό κέρδος} 104 105 Το θεωρητικό κέρδος του μη-αναστρέφοντα τελεστικού ενισχυτή υπολογίζεται από 106 τον τύπο: 107 \[A_v = \frac{V_{out}}{V_{in}} = 1 + \frac{R_2}{R_1}\] 108 Οπότε, αντικαθιστώντας τις τιμές των αντιστάσεων, έχουμε ότι: 109 \[ 110 A_v = 1 + \frac{R_2}{R_1} \Rightarrow 111 A_v = 1 + \frac{\SI{10}{\kilo\ohm}}{\SI{10}{\kilo\ohm}} \Rightarrow 112 A_v = 1 + 1 \Rightarrow 113 A_v = 2 114 \] 115 Μετατρέπουμε το γραμμικό κέρδος σε dB: 116 \[ 117 A_v(\SI{}{\decibel}) = 20\log_{10}\lvert A_v \lvert \Rightarrow 118 A_v(\SI{}{\decibel}) = 20\log_{10} 2 \Rightarrow 119 A_v(\SI{}{\decibel}) = \SI{6.02}{\decibel} 120 \] 121 122 Μελετώντας την μέτρηση του πρακτικού κέρδους στις παρακάτω εικόνες, παρατηρύμε 123 ότι οι υπολογισμοί συμπίπτουν. Επίσης, παρατηρούμε ότι μετά από μία 124 συγκεκριμένη συχνότητα, το κέρδος αρχίζει και πέφτει. Αυτό οφείλεται στο ότι η 125 συχνότητα του σήματος εισόδου ξεπερνάει την ταχύτητα με την οποία ο ενισχυτής 126 μπορεί να επεξεργαστεί το σήμα. 127 128 \begin{figure}[H] 129 \centering 130 \includegraphics[width=\linewidth]{./res/gain.jpg} 131 \caption{Γράφημα πρακτικού κέρδους} 132 \end{figure} 133 \begin{figure}[H] 134 \centering 135 \includegraphics{./res/gaincalc.jpg} 136 \caption{Υπολογισμός πρακτικού κέρδους} 137 \end{figure} 138 139 \subsection{Διαφορά φάσης} 140 141 Με βάση την παρακάτω μέτρηση, παρατηρούμε ότι η διαφορά φάσης είναι πολύ κοντά 142 στο \SI{0}{\degree}. Με άλλα λόγια, το σήμα εισόδου είναι σε φάση με το σήμα 143 εξόδου, το οποίο είναι λογικό, εφόσον το κύκλωμα είναι ένας μη-αναστρέφων 144 ενισχυτής. 145 146 \begin{figure}[H] 147 \centering 148 \includegraphics[width=\linewidth]{./res/phase.jpg} 149 \caption{Γράφημα φάσης} 150 \end{figure} 151 \begin{figure}[H] 152 \centering 153 \includegraphics{./res/phasecalc.jpg} 154 \caption{Υπολογισμός διαφοράς φάσης} 155 \end{figure} 156 157 \section{Αύξηση συχνότητας} 158 159 \begin{itemize} 160 \item Διατηρώντας το πλάτος του σήματος εισόδου σταθερό αυξήστε την 161 συχνότητα εισόδου σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα. Τι 162 παρατηρείτε; Πού οφείλεται; 163 \end{itemize} 164 165 Παρατηρούμε ότι το κέρδος μένει ίδιο όσο και να αυξήσουμε την συχνότητα 166 εισόδου. Αυτό οφείλεται στο ότι για να αυξηθεί το κέρδος, πρέπει να αυξηθεί και 167 το πλάτος του σήματος. 168 169 \begin{center} 170 \begin{tabular}{|l|l|} 171 \hline 172 $F(\SI{}{\hertz})$ & $A(\SI{}{\decibel})$ \\ 173 \hline 174 $\SI{1}{\kilo\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 175 \hline 176 $\SI{10}{\kilo\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 177 \hline 178 $\SI{50}{\kilo\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 179 \hline 180 $\SI{100}{\kilo\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 181 \hline 182 $\SI{500}{\kilo\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 183 \hline 184 $\SI{1}{\mega\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 185 \hline 186 $\SI{1.5}{\mega\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 187 \hline 188 $\SI{2}{\mega\hertz}$ & \SI{6.02}{\decibel} \\ 189 \hline 190 \end{tabular} 191 \end{center} 192 193 \section{Υλοποίηση σε breadboard} 194 195 \begin{itemize} 196 \item Παρουσιάστε το κύκλωμά σας υλοποιημένο σε breadboard μέσω 197 της εφαρμογής Tinkercad. 198 \end{itemize} 199 200 Για την συνδεσμολογία χρησιμοποιούμε το pinout του τελεστικού ενισχυτή ως reference: 201 \begin{figure}[H] 202 \centering 203 \includegraphics{./res/pinout.jpg} 204 \end{figure} 205 206 \begin{figure}[H] 207 \centering 208 \includegraphics[width=\linewidth]{./res/bread.jpg} 209 \end{figure} 210 211 \end{document}