TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Raadio- ja sidetehnika instituut Laboratoorse töö ,,Antenni sisendtakistuse määramine" ARUANNE Täitjad: Juhendaja: Janno Pärn Töö tehtud: 26.10.2012 Aruanne esitatud: ............................................... Aruanne tagastatud: ............................................ Aruanne kaitstud: .............................................. Juhendaja allkiri: .................... 1 TÖÖ EESMÄRK
Rsig = 120 14. CK arvutasime alljärgnevalt: 5 5 CK = = 3,789 10 -9 f ( RK + Rk ) 3,14 70000( 6000 + 15 10 )-3 15.Pingejaguri ühendamine võimendi ette: Joonis 2. Pingejaguri ühendamine võimendi ette 16. Pingevõimendusteguri ku arvutamine Uv 720 ku = = = 144 U sis 5 17. Sisendtakistuse mõõtmine: Joonis 3. Sisendtakistuse mõõtmine U ku Rsis = U v* Rsis R U v* R 0,72 22 10 3 Rsis = = =22000 k u U - U v* 144 0,01 - 0,72 18. Väljundtakistuse leidmine:
200 I C 200 0,002 C = = 3,18 10 -9 1 fh21E 3,14 200000 200 200 I C 200 0,002 C2 = = 2,07 10 -9 f ( h21E + 40 I C R3 ) 3,14 200000( 200 + 40 0,002 1330 ) 5 5 C4 = = 1,55 10 -10 f ( R7 + R K ) 3,14 200000(1330 + 50000 ) 8. Võimendi sisendtakistuse leidmine: Joonis 2. Sisendtakistuse mõõtmise põhimõte R U sis 10000 0,00448 Rsis = = = 12,7 k U - U sis 0,008 - 0,00448 9. Võimendi väljundtakistuse leidmine: Joonis 3. Väljundtakistuse mõõtmise põhimõte Võimendi väljundtakistuse leidmine: 50000 EV = 25,57 10 -3 50000 EV = 25,57 10 -3 ( RV + 50000 ) RV + 50000
7) Kondensaatori mahtuvus, kui sagedus f=2kHz: 200 I C 200 1 10 3 C -9 C B fh21E 3,14 200 103 300 = h21EE = 1,06 10 F = 8) Kondensaatori mahtuvus, kui võimendi koormus Rk=47k: 5 5 CK = = 1,59 10 -10 F f ( RK + Rk ) 3,14 200 10 ( 3 + 47 ) 10 3 3 Mõõdetud väärtused: 1) Võimendi sisendtakistuse leidmine: Joonis 2. Sisendtakistuse mõõtmise põhimõte R U sis 10 10 3 235 10 -6 Rsis = = = 3,07 k U - U sis 1 10 -3 - 235 10 - 6 2) Võimendi väljundtakistuse leidmine: Joonis 3. Väljundtakistuse mõõtmise põhimõte EV U ( R + R1 ) R1 = U 1 EV R1 = U 1 ( RV + R1 ) EV = 1 V RV + R1 R1
Õigesti valitud skeemielementide puhul saame väljundisse võimendatud signaali. Põhimõte on, et madalama sisendpingega tüürida teiste siirete takistusi ja saada sellega suurem väljundsignaali pinge. 4. Mõõdetud pingevõimendustegur ku, sisend- ja väljundtakistused Rsis, Rv ja võimsusvõimendustegur kp . Arvutan võimendi pingevõimendusteguri: Uv := 96.59mV Usis := 20mV Uv ku := Usis ku = 4.83 Arvutan sisendtakistuse: U*v=77,44mV R=5,1 U=20mV Rsis = 20.624 Arvutan väljundtakistuse: Uv1=91,82mV Uv2=92,27mV Rk1=2k Rk2=20k ( Rk2 Rk1 Uv1 + Uv2 ) Rv := - Rk1 Uv2 - Rk2 Uv1 3 Rv = 4.458 × 10 Arvutan võimsusvõimendusteguri: kp = 0.108 5. Amplituudikarakteristik Joonis 3. Transistorvõimendi amplituudi karakteristik. 6. Logaritmiline amplituudsageduskarakteristik Joonis 4
Et osa signaale pääseb läbi filtri, osa mitte. 4. Millised filtrite tüübid on näidatud juhendi esimesel joonisel? Madalpääsfilter ja kõrgpääsfilter 5. Milleks ja kuidas vältida kasutatavate kaablite ja üleminekute sumbuvusest tingitud vigu uuritava seadme mõõtmistel? 6. Leida lainepikkus sagedustel 440 ja 500 MHz =c/f 1) 0,68m 2) 0,6 m 7. Järgmiste ühikute teisendamine: dBmmW 10log(mW) ja 10(dBm/10) dBP1/ P2 ,U1/ U2 2 ANTENNI SISENDTAKISTUSE MÄÄRAMINE 1 Mis on antenni sisendtakistus? Milleks on vaja seda määrata? Antenni sisendtakistus Z on takistus, mida antenn avaldab oma sisendahelale. See on kompleksne suurus, sest koosneb nii aktiiv- kui ka reaktiivosast ning sõltub sagedusest. 2 Kuidas mõõta koormuse komplekstakistust liini abil? 3 Seisulaine mõiste. Kui suur on seisulaine naabermiinimumide (maksimumide) vaheline kaugus? Veerand lainepikkust 4 Milleks on vaja liini koormusega sobitada?
RS UGS E Takistus RG ühendab Joon.1.19 samal ajal sinna kogunenud laengute pääsu maha enne kui paisu maaga., võimaldades U need võiksid hakata mõjutama paisu potentsiaali. sis Takistus RG jääb paralleelselt sisendklemmidega ja ta määrab astme sisendtakistuse. Praktiliselt valitakse see takistus kusagil 10 M ringis tagades piisavalt suure sisendtakistuse ja samal ajal ka vaba pääsu elektronidele paisult maha. F-MOS transistor (indutseerkanaliga väljatransistor) võib teatavasti töötada mõlema polaarsusega sisendpingega st. nii vaesustus, kui rikastusreziimis ja sellest tulenevalt kasutatakse mõnikord ka nulleelpinget (joon.1.20) mis on samuti võimalik, positiivset eelpinget ei kasutata, kuna selline reziim on ebaökonoomne.
æ 2 ö RS = 500ç - 1÷ = 167W è 1,5 ø Joonis 5.18. Illustratsioonid eeltoodud näite juurde: a) võimendi koormamata reziimis; b) võimendi koormatud reziimis. c) Sisendtakistus Sama lähenemisviis sobib ka lülituse sisendtakistuse mõõtmise puhul. Võimendi sisendtakistust võime kujutada ühe üksiku aktiivtakistusena (resistiivse takistusena), vt järgnev joonis (a). Kui me ühendame sellise sisendiga signaaliallika, siis toimib võimendi sisendtakistus allika jaoks koormustakistusena RL , vt joonis joonis (b). Antud olukorras ei saa me varieerida ei RL ega RS väärtusi. See on aktsepteeritav, kui VL väärtus on 50%...90% VS väärtusest. Sageli aga tuleb selle tingimuse
negatiivemaks, kollektorvool väheneb, kollektorpinge suureneb st. parempoolne klemm muutub positiivsemaks. Võime ka öelda et tänu ühisele emiter takistusele on astmed omavahel sidestatud. Andes sisendisse kaks positiivset pinget, siis suureneb iC2, ning muutub väljundpinge formaalsust. Olemegi saanud kaks erineva toimega sisendit (faasi toimel), milles sisend üks on vaadeldav mitteinverteeriva sisendiga, sisend kaks aga inverteeriva sisendina. Suure sisendtakistuse saamiseks tuleb kasutada veel täiendavaid võtteid. Nii näiteks võib mõlema sisendi ette lisada emiterjärguri, mis tagab suurema sisendtakituse või loobuda üldse tavatransistoride kasutamisest ja kasutada differentsiaalvõimendis väljundtransitore. Selleks et saada nullise sisendinge korral ka nullist väljundpinget, sest vaadeldud lülitus seda ei taga, kujundatakse lülitus mõnevõrra ringi.
tagasijõudmise hetk liini algusesse (mõõtepunkti) Seda hetke saab määrata mitmel erineval viisil Üks võimalikest lülitusskeemidest Toodud skeem võimaldab määrata tagasipeegeldunud laine saabumishetke suure sisetakistusega voltmeetri maksimaalsete või minimaalsete näitude põhjal 8 Ahelate teooria põhjal muutub liini sisend-takistus (Zs) liinile antava signaali sageduse muutumisel perioodiliselt Sisendtakistuse maksimaalne ja minimaal-ne suurus esinevad langeva ja peegeldu-nud signaali liitumisel juhul kui peegeldus-kohani (rikkekohani) on täisarv laineid Muutes sujuvalt generaatori sagedust f ja jälgides samaaegselt voltmeetri näitusid, saame kauguse rikkekohani leida valemiga lx = v/2(f2 - f1) Eeltoodud valemis v - elektromagnetlaine levimiskiirus liinis f2 ja f1 - naabersagedused, mille korral voltmeetri näit oli maksimaalne (või minimaalne)
Teema 3 Pooljuhtseadised 34 1) jadapingevastuside (b) - pingejaguriga Rvs1 ja Rvs2 määratud osa sisendpingest rakendatakse jadamisi sisendpingega Us; 2) rööppingevastuside © - vastusidetakistist Rvs ja signaaliallika sisetakistusest Rg moodustuva pingejaguriga määratud pinge rakendatakse rööbiti võimendi sisendklemmidega; siin tuleb arvestada, et pingejaguri alumiseks õlaks on Rg ja võimendi sisendtakistuse Rs rööpühendus; 3) jadavooluvastuside (d) - koormusvooluga võrdeline pingelang vastusidetakistil Rvs rakendatakse jadamisi sisendpingega; 4) rööpvooluvastuside (e) - koormusvooluga võrdelisest pingelangust takistil Rvs1 rakendatakse võimendi sisendisse osa, mille määrab vastusidetakistist Rvs2, signaaliallika sisetakistusest Rg ja võimendi sisendtakistusest Rs moodustuv pingejagur. Joonis 6.14. Vastuside põhiskeemid: a, b, c - pingevastuside; d, e -
kasutatakse võimendites peamiselt just negatiivset tagasisidet. Sest negatiivse tagasiside toimel paranevad kõik võimendi kvaliteedi näitajad eelkõige moonutused. Mittelineaarsete moonutuste vähenemine seletub sellega, et tagasiside ahela kaudu tulnud harmoonilised (mitte lineaarsuse protuktid) satuvad vastasfaasi võimendis tekivate harmoonilistega ja tulemusena väheneb harmooniliste hulk. Laieneb ka võimendatav sagedusriba. Suureneb sisendtakistus ja väheneb väljundtakistus. Sisendtakistuse suurenemist on lihtne seletada sellega, et kui tagasiside signaal on võimendi sisendsignaaliga vastasfaasiga, siis põhjustab see sisendvoolu vähenemise. Sisendvoolu vähenemine on aga samaväärne sisendtakistuse suurenemisega. Kui me vähendame koormustakistust siis suureneb väljundvool see toob omakorda kaasa tagasiside pinge vähenemise ning sisendpinge osa sisendis suureneb suurendades veelgi väljundvoolu. See tähendab et väheneb väljundtakistus. Mittelineaarmoonutuse
väljundpinge ja selle esilekutsunud ühispinge suhe 3. Nihkepinge (Un) on diferentsiaalpinge, mis tuleb rakendada OV sisendite vahele, et väljundpinge oleks null. Selle muutumisest nim. nihkepinge triiviks. 4. Sisendvool Isis on sisendite voolude aritmeetiline keskmine sisendpinge puudumisel 5. Sisendatakistuse diferentsiaalsignaalile Rdsis on ekvivalentne sisendite vaheline takistus nõrga signaali korral. (M'). 6. Sisendtakistuse ühissignaalile Rüsis on ekvivalentne takistus sisendi ja 0 klemmi vahel 7. Suurim väljundpinge +Uv ja Uv on suurim võimalik positiivne ja negatiivne väljundpinge etteantud koormustakistuse korral. 8. Ühikvõimendus sagedus F1 on sagedus, mille korral võimendusteguri moodul on võrdne ühega 9. Talitluskiirus Vu on väljundpinge suurim muutumise kiirus diferentspinge hüppelisel muutumisel Reaalse OV olulised omadused 1
väljundpinge oleks 0. Nihkepinge muutumist, mida põhjustab temperatuuri muutumine, toitepinge muutus ja komponentide omaduste ajaline ebastabiilsus, nimetatakse nihkepinge triiviks. -Sisendvool Isis – sisendite voolude aritmeetiline keskmine sisendpinge puudumisel. -Sisendtakistus diferentssignaalile Rd sis - ekvivalentne sisendite vaheline takistus nõrga signaali korral. Bipolaar-sisendtransistoridega OV-de R d sis on mõni MΩ. Sisendvool läbi sisendtakistuse on ainult mõni nA. -Sisendtakistus ühissignaalile Rü sis on ekvivalentne takistus sisendi ja 0-klemmi vahel. -Suurimad väljundpinged U+v , U-v – suurim võimalik positiivne ja negatiivne väljundpinge etteantud koormustaktistuse korral. -Ühikvõimenduste sagedus f1 on sagedus, mille korral võimendusteguri moodul on võrdne ühega. -Talitluskiirus vu on väljundpinge suurim muutumise kiirus diferentspinge hüppelisel muutumisel. 3. RC-generaator (Wien i sild + OV)
Joonis 2.1.1 Parameetrid on arvväärtused, millega iseloomustatakse mingi tehnilise seadme omadusi. Võimendite iseloomustamiseks on vajalikke parameetreid üsna mitu: 1. Sisendtakistus on võimendi sisend klemmide vahel kujuldetav takistus mis koormab signaali allikat. On ilmne, et on soovitav, et võimendi sisendtakistus oleks võimalikult suur sest sellisel juhul on signaal allika koormus väike ja ei teki signaali kadu. Sisendtakistuse väärtus sõltub kasutatavadest võimendus elemenditest. Transistor võimendi on ta mõne kilooomi ringis, lamp ja väljatransistor võimendidel aga megaoomides. 2. Väljundtakistus see on kujuldetava väljundpinge generaatori sisetakistus. On soovitav, et väljund takistus oleks võimalikult väike sest siis on väike ka tema klemmidel tekkiv signaali kadu. 3. Nimisisendsignaal see on sisend signaali amplituud väärtus, millele
S kondensaator C , mille kaudu hakkab kulgema vahelduvvooluline signaal. Takistus R S G ühendab Paisu G maaga., võimaldades samal ajal sinna kogunenud laengute pääsu maha enne kui need võiksid hakata mõjutama paisu potentsiaali. 69 Takistus R jääb paralleelselt sisendklemmidega ja ta määrab astme sisendtakistuse. G Praktiliselt valitakse see takistus kusagil 10 M ringis tagades piisavalt suure sisendtakistuse ja samal ajal ka vaba pääsu elektronidele paisult maha. F-MOS transistor (formeerkanaliga väljatransistor) võib teatavasti töötada mõlema polaarsusega sisendpingega st. nii vaesustus, kui rikastusreziimis ja sellest tulenevalt kasutatakse mõnikord ka nulleelpinget (joon.5.10.) mis on samuti võimalik, positiivset
U E GS Usis 49 võimaldades samal ajal sinna kogunenud laengute pääsu maha enne kui need võiksid hakata mõjutama paisu potentsiaali. Takistus RG jääb paralleelselt sisendklemmidega ja ta määrab astme sisendtakistuse. Praktiliselt valitakse see takistus kusagil 10 M ringis tagades piisavalt suure sisendtakistuse ja samal ajal ka vaba pääsu elektronidele paisult maha. F-MOS transistor (formeerkanaliga väljatransistor) võib teatavasti töötada mõlema polaarsusega sisendpingega st. nii vaesustus, kui rikastusreziimis ja sellest tulenevalt kasutatakse mõnikord ka nulleelpinget (joon.5.10.) mis on samuti võimalik, positiivset eelpinget praktiliselt ei kasutata, kuna selline reziim on ebaökonoomne.
f Pstj =100W ; Gstj = 36dB = 4000 ; Gvv = 30dB = 1000 . 2. Kadudeta traktis: Gstj Gvv 20 Pvv = Pstj = (4R ) 2 4000 1000 (0,03) 2 ; = 100 = ( 4 40 103 ) 2 = 1,425 10- 6W = 1,425µW Huvitav on leida sellele vastuvõtja vajalikule tundlikkusele võimsuse järgi vastav tundlikkus pinge järgi näiteks 50 oomilise sisendtakistuse korral: U2 P= U = P R = 1,425 10 - 6 50 = R = 71,25 10 - 3 = 8...9........mV 3. 10dB 10-kordsete kadudega traktis: Gstj Gvv 20 1 Pvv = Pstj = 0,1425µW (4R ) 2 Lkanal . Pinge järgi: 7,125 10 -3 =2..3mV 4R
Väljundpinge seos sisendpingetega (tuletuskäik). Sisendvoolude sõltuvus sisendpingest. vs1 = i1 * R1 + v_ vs2 = i2 * R2 + v_ kus v_ on pinge inverteersisendil maa suhtes. Siit voolud: vs1 vs2 i1 = ja i2 = R1 R2 Voolud i1 ja i2 liituvad teineteisest sõltumatult takistite ühenduspunktis ja hargnevad vooluks i3 läbi tagasisidetakisti R3 ning võimendi inverteersisendi vooluks i_: i1 + i2 = i3 + i_ i_ on võimendi sisendtakistuse tõttu tühine, seega i1 + i2 = i3 Väljundpinge vv on vastasfaasis pingega takistil R3: R3 R3 vv = -i3 * R3 = -(i1 + i2) * R3 = -( s1 + R2 vs2) v = -(K1 * vs1 + K2 * vs2) R1 Takistite võrdsuse korral on väljundpinge, nii imelik kui see ka pole, sisendpingete vahetu summa
annaabi.ee 
