تست های تالیفی برای تقویت کننده های توان - سری اول

سلام، در این سری دو تا تست برای تقویت کننده های توان مطرح کرده ام که با عنوان مثال 23 و مثال 24 می باشد. میتونید ازhttp://www.uplooder.net/img/image/43/3035b5fcc0dc8edd8daa8d3b63c3e52d/Power_Amp_s1.JPG  دانلود کنین.

مثال 23 استفاده از فیدبک در تقویت کننده های قدرت را نشان میدهد که به منظور کاهش اعوجاج ناشی از المانهای تقویت کننده قدرت مورد استفاده قرار گرفته است. 

بهتر است توضیحات زیر را بعد از حل مثال24 مطالعه کنید.

مثال 24 نیز در مورد انتخاب مناسب بار برای دستیابی به راندمان حداکثر می باشد، همانطوری که میدانید راندمان نسبت توان بار به توان مصرفی منابع تغذیه می باشد، به همین دلیل باید به جریان کشیده شده توسط قسمت های دیگر مدار که آیینه های جریان میباشد نیز توجه کرد. در این مثال که عمدا مدار به گونه ای بد!! طراحی شده است، توان مصرفی آیینه های جریان قابل صرف نظر کردن نیست و اگر صرفنظر میشد گزینه 1 پاسخ صحیح میشد.

به عنوان مثال برای اینکه توان مصرفی مدار را کمتر کنیم تا باعث بهبود راندمان شود میتوانستیم ترانزیستور Q3 را 10 برابر Q5 انتخاب کنیم و به جای اینکه جریان Q5 برابر 25 میلی آمپر شود برابر 2.5 میلی آمپر میشد، که این انتخاب باعث بهبود 1.6درصدی راندمان میشود. روش دیگر کاهش توان مصرفی این است که با قرار دادن یک مقاومت بین ترانزیستورهای Q5 و Q6  و انتخاب مناسب مقدار مقاومت و ابعاد ترانزیستورهای Q5 و Q6 جریان Q3  و Q4 را برابر 25 میلی آمپر قرار میدادیم که این نیز به نوبه ی خود باعث افزایش راندمان مدار میشود.

و یا در حالت کلی تر ترانزیستورهای پوش پول را در جریان کمتر بایاس کنیم که دراین صورت توان مصرفی کاهش پیدا کرده و باعث بهبود راندمان میشود ولی این انتخاب باعث افزایش اعوجاج خواهد شد(برای کنکور ارشد این مباحث زیاد مهم نیست ). به همین دلیل در حالت کلی براساس اعوجاج قابل قبول ترانزیستورهای پوش پول را در جریان خاصی بایاس میکنند.

البته در شکل قبل از مثال 23 ورودی Vin باید به پایه مثبت و سیگنال برگشتی از خروجی به پایه ی منفی اعمال شود که در شکل خلاف این میباشد و باید تصحیح شود. 

تست های تالیفی برای ترانزیستورهای MOSFET - سری اول

سلام، در این سری سه تا سوال تستی برای ترانزیستورهایMOSFET طرح کرده ام که سوالات نکته دار و خوبی هستند.

 میتونید از http://www.uplooder.net/img/image/95/812c2be57eff6f6a43608c4ecd257cf6/MOSFET_s1.JPG

 دانلود کنین. 

توضیحاتی در مورد ترانزیستورهای MOSFET و ملاحظات لازم در طراحی مدارات با استفاده از آنها

در الکترونیک 1 و 2 عموما رفتار ترانزیستور را با معادله ی درجه 2 مدل کردیم به طوری که میتوانستیم با اختصاص مقداری خاص برای ابعاد و ولتاژ پایه های آن به مشخصات مطلوب از نظر جریان، ترارسانایی و یا امپدانس خروجی دست پیدا کنیم. رابطه ی درجه ی 2 برای ترانزیستورهایی با طول کانال بزرگتر از 4میکرومتر دقت خوبی داشت و برای مدل کردن ترانزیستورهای امروزه که طول کانال آنها به زیر 32 نانومتر رسیده است اصلا دقت کافی را ندارد به طوری که معادله ای که رفتار این ترانزیستورها را بیان میکند بیش از 100 پارامتر دارد. حال سوالی که ممکن است برای خواننده مطرح شود این است که پس چگونه می توان به مشخصات مطلوب در این نوع ترانزیستورها دست یافت؟

در حقیقت باید گفت که دراین نوع ترانزیستورها به کمک نرم افزارهای شبیه سازی و library که توسط شرکت های سازنده این نوع پروسه ها ارائه میشود باید به مشخصات مطلوب دست پیدا کرد. 

به همین دلیل با توجه به اینکه نمیتوان تا حدودی از روابط موجود به طور دستی در تعیین دقیق مقادیر جریان و یا دیگر مشخصات ترانزیستورها استفاده کرد، باید با اصول کلی رفتار ترانزیستور آشنایی داشت و از تاثیر هر کدام از پارامترهای ترانزیستور بر رفتار آن اطلاع داشت و نهایتا به کمک نرم افزار به مشخصات مطلوب دست پیدا کرد.

به عنوان مثال یک بار فعال(ترانزیستوری که به عنوان منبع جریان عمل میکند و امپدانس زیادی نیز از خود نشان میدهد) که جریان I از آن میگذرد، را در نظر بگیرید. همانطور که می دانید مقاومت خروجی ترانزیستورهای MOS با طول کانال رابطه ی مستقیم دارند و اگر طول کانال افزایش یابد، مقاومت خروجی ترانزیستور نیز بیشتر میشود.

حال فرض کنید میخواهیم گین یک تقویت کننده را که از بار فعال استفاده می کند را افزایش دهیم. با توجه به اینکه افزایش طول کانال ترانزیستورها میتواند باعث افزایش امپدانس خروجی و نهایتا گین مدار شود پس ما به کمک این پارامتر گین را میتوانیم روی مقدار دلخواه و به کمک شبیه سازی تنظیم کنیم(البته چون طول کانال افزایش پیدا کرده است، باید پهنای ترانزیستور نیز افزایش یابد تا جریان عبوری ازترانزیستور نسبت به حالت قبل ثابت باشد).

به همین دلیل برای دوستانی که قصد یادگیری بهتر الکترونیک و یا ادامه تحصیل در گرایش طراحی مدارات مجتمع دارند، توصیه میکنم که از کتاب های پروفسور بهزاد رضوی که روشی مشابه آنچه که بیان کردم را در نوشتن کتابهایش استفاده کرده و تاثیر پارامترهای مختلف بر رفتار مدارها را به طور شهودی بیان کرده است، برای یادگیری طراحی مدارهای میکروالکترونیک استفاده کنند.

کتابی دیگری که در زیر اسمش آمده است، مولف در سرتاسر آن، تاثیر پارامترهای مختلف بر روی رفتار مدار را در ابتدا به کمک روابط و توضیحات شهودی و سپس به کمک نرم افزار شبیه ساز نشان داده است که این هم کتاب خوبی برای یادگیری طراحی مدارهای مجتمع می باشد.

CMOS Circuit Design Layout and Simulation_3rd Edition 2010

R. Jacob Baker

 امیدوارم که مفید بوده و تا حدودی با واقعیت های موجود در طراحی مدارهای مجتمع آشنا شده باشید.

مراجع دانشگاهی مناسب برای فصل های مختلف درس الکترونیک 2

با توجه به وجود مراجع دانشگاهی مختلف برای درس الکترونیک 2 و همچنین شیوه‏های مختلف بیان مطالب توسط مولفین آنها، به نظر بنده :

برای تقویت کننده‏های تفاضلی  و منابع جریان با ترانزیستورهای MOSFET : 

  کتاب مبانی میکرو‏‏الکترونیک و طراحی مدارهای مجتمع  CMOS پروفسور رضوی خوب هستند اما در کتاب دومش کمی بحث فراتر از درس الکترونیک 2 می باشد.

برای تقویت کننده‏های تفاضلی و منابع جریان با ترانزیستورهای BJT : 

کتاب مبانی میکروالکترونیک پروفسور رضوی و همچنین کتاب‏های نوشته شده توسط دکتر میرعشقی و صدرا هم خوب هستند.

برای تقویت کننده‏های قدرت نیز علاوه بر مراجع فوق کتاب الکترونیک 2 دکتر علی رستمی خوب است(البته این فصل ازامسال دیگه جزو سرفصل های الکترونیک 3 محسوب میشود).

برای تقویت کننده‏های فیدبک دار فقط و فقط کتاب‏های پروفسور رضوی را توصیه میکنم.

برای فصل تنظیم کننده‏های ولتاژ، کتاب مبانی الکترونیک 2 دکتر میرعشقی مناسب می باشد.

برای مبحث پاسخ فرکانسی تقویت کننده‏ها در فرکانس‏های پایین نیز کتاب الکترونیک 3 دکتر نشاطی مناسب می باشد.

مراجع دانشگاهی مناسب برای فصل های مختلف درس الکترونیک 1

با توجه به وجود مراجع دانشگاهی مختلف برای درس الکترونیک 1 و همچنین شیوه ی  مختلف هرکدام از مولفین کتب در طرح مباحث، به نظر بنده برای یادگیری بهتر آنها:

برای فصل دیود و مدارهای کاربردی آن به ترتیب : 1- مبانی میکروالکترونیک(نوشته ی پروفسور بهزاد رضوی) 2-کتاب مبانی الکترونیک (نوشته ی دکتر سیدعلی میر عشقی) مناسب هستند.

برای فیزیک نیمه هادی ها و دیود نیز علاوه بر دومرجع فوق، کتاب پروفسور دونالد نیمن نیز خوب است(که ترجمه ی فارسی آن نیز توسط انتشارات نص چاپ شده است).

برای مطالعه در مورد ساختار ترانزیستورBJT و تحلیل dc آنها به ترتیب : 1- مبانی میکروالکترونیک  2-کتاب مبانی الکترونیک مناسب هستند 

برای مباحث مربوط به رسم خط بار و پیدا کردن بهترین نقطه ی کار  به ترتیب : 1-کتاب مبانی الکترونیک 2-کتاب الکترونیک 1 (نوشته ی دکتر علی رستمی) مناسب هستند.

برای تحلیل سیگنال کوچک(تحلیل ac) که عموما دو مدل "هیبرید" و "پی" برای ترانزیستور BJT تعریف میشود کتاب مبانی میکرو الکترونیک برای مدل "پی" و کتاب مبانی الکترونیک برای  "هیبرید" مناسب می باشند. 

برای ترانزیستورهای JFET کتاب های الکترونیک 1 و مبانی میکرو الکترونیک هر دو خوبند ولی اولی پدیده ی فشردگی کانال و یا درحالت کلی رفتار ترانزیستورهای JFET رو بهتر توضیح داده.

برای ترانزیستورهای MOSFET و تجزیه و تحلیل dc و ac آنها کتاب مبانی میکروالکترونیک پروفسور رضوی بسیار مناسب است.