דוח מסכם : מגברי שרת רומי שמאי 0-4315862-5 גלעד מסרי מגישים:

רקע תיאורטי המחוברים בזה אחרFETמגבר שרת הוא בעצם שילוב של הרבה טרנזיסטורי

זה. יחד הם יוצרים הגברה גבוהה מאוד, וכמעט שאינם צורכים זרם. מגבר שרתמסומן באופן כללי באופן הבא:

Vout ,הוא המתח היוצא V+ ו V- הם המתחים הנכנסים, ו ±VCCהם מתחי הרוויה, כלומר ( המגבר פועל באופן לינארי. מחוץ למתחיםVCC < VO< +VCC-המתחים שבתחומם )

אלה אין הגברה:

את המבנה הפנימי של מגבר השרת ניתן לשרטט באופן הבא:

ההגברה שלAO ההתנגדות בכניסה, ו Ri היא ההתנגדות הפנימית ביציאה, ROכאשר .)-VO = AO)V+-V את המתח היוצא, מתקיים VOהמגבר. אם נסמן ב

ושי במיוחד לבניית מעגלים בהם יש צורך לבצע את אחתשיממגבר השרת הוא הפעולות הבאות:

)מכפלה בקבוע )חיובי או שלילי חיבורחיסוראינטגרציהגזירה פעולתln פעולתexp

בניסוי זה נראה שני שימושים נפוצים של מגבר השרת: מגבר מהפך ומגבר לא מהפך.

RO

RiAO

Vout

+VCC

-VCC

Vout

Vin

+VCC

-VCC

-200V

+200V

המגבר המהפך הוא:

ובו מתקיים:

ואילו המגבר הלא מהפך הוא:

ובו מתקיים:

ביצוע הניסוי

בסעיף זה בנינו את המעגל הבא:.1

ומדדנו את מתח היציאה כתלות במתח כניסה ישר.סיפקנו מתח נצפה לקבל ביציאה מתח רוויה שלילי, עד שמתח הכניסה יעבור מתח הייחוס, ואז

נקבל במוצא מתח רוויה חיובי. )יש לציין כי הקבל קוצר בסעיף זה, וישמש רך בסעיפיםהבאים, כשבכניסה מתח חילופין(.

תוצאות:Vin[V] Vin[V] Vout[V] Vout[V]0.003 0.001 14.416 0.0011.01 0.01 14.416 0.0012.41 0.01 14.416 0.0014.07 0.01 14.416 0.0014.81 0.01 14.416 0.0014.93 0.01 14.416 0.0015.09 0.01 -12.846 0.0017.11 0.01 -12.846 0.0018.13 0.01 -12.846 0.001

9.612 0.01 -12.846 0.001

Vin Vout

R1

R2

Vin

Vout

R1

R2

גרף:

מתח הרוויה החיובי הנמדד:

מתח הרוויה השלילי:

סיכום ביניים: התוצאה שהתקבלה מתאימה לציפיות מבחינת המעבר החד בין מתחי הרוויה

כשמתח הכניסה עובר את מתח הייחוס. מתח הרוויה השלילי קרוב לצפוי , מתח הרויה החיובי גדול מעט, אך שניהם מאד יציבים כנדרש

ממגבר שרת תיאורטי.

בחלק זה השתמשנו במעגל הקודם, אך מתח הכניסה היה מתח חילופין.2 ותדירותבצורת גל משולש, בעל אמפליטודה נמדדת של

כדי . כמו כן הוספנו קבל בסדר גודל של של למחולל. DCלמנוע מעבר רכיבי

תוצאות: . עקב מתח הייחוס מתחמתח המוצא שהתקבל: גל מרובע בעל

אלפיות בכל זמן מחזור היות2.4 אלפיות שניה ושלילי רק 7.6הרוויה במוצא היה חיובי שהיה יורד רק כאשר מתח הכניסה ירד מתח למתח הייחוס. תיאור גרפי של מתח

המוצא:

כאשר הורדנו לאפס את מתח הייחוס התחלקו באופן שווה זמני מתח הרוויה החיוביוהשלילי כמתואר בשרטוט:

בסעיף זה השתמשנו באותו מעגל כבסעיף הקודם, והחלפנו את מתח הכניסה.3 לגל ריבועי, ואת מתח הייחוס הורדנו לאפס. קיבלנו בכניסה וביציאה גלים

ריבועיים במופע צמוד, בעלי תדר זהה, כאשר אמפליטודת הגל היוצא היתהאמפליטודת מתח הרוויה. שרטוט:

כאשר מתח הייחוס משתנה בגל המרובע אין שינוי בצורת המתח היוצא, עד.4 אשר מתח הכניסה נמוך תמיד ממתח הייחוס ואז אות המוצא שלילי קבוע והוא

מפסיק להתחלף עם מתח הכניסה. שרטוט:

בסעיף זה בנינו את המעגל הבא:.5

, למעט קטביות הכניסות. החלפה זו גרמה1המעגל זהה למעשה למעגל של סעיף לכך שמתח כניסה חיובי יוצר למעשה הפרש שלילי בין כניסות המגבר ולכן למתח

רוויה שלילי במוצא, הפוך מאשר במעגל הקודם.

. עבור מעגל זה. מתח הייחוס היה 1-3ביצענו שוב את סעיפים מדידות מתח כניסה מול יציאה: –5.1

Vin[V] Vin[V] Vout[V] Vout[V]0.003 0.001 12.859 0.011.04 0.01 12.859 0.013.66 0.01 12.859 0.013.96 0.01 12.859 0.014.11 0.01 -14.42 0.01

9.453 0.01 -14.42 0.0110.01 0.01 -14.42 0.01

גרף:

- כעת משהתחלפו הכניסות, התהפכה קטביות היציאה ביחס לכניסה 5.2בהשוואה למעגל הקודם. שרטוט:

שרטוט אות המוצא של כניסת גל מרובע עם מתח ייחוס אפס:5.3

:5סיכום ביניים לסעיף ראינו כי היפוך קטבי הכניסות הופך את קטביות אות היציאה כצפוי, שכן מתח כניסה

חיובי יוצר הפרש שלילי בין כניסות המגבר.

למגבר שרת זמן תגובה המושפע משתי תופעות:Time delayהזמן שחולף עד שהמגבר מתחיל להגיב לשינוי במתח הכניסה שאמור -

הוא הזמן שלוקח למגבר לייצב אתslew timeלהשפיע על התחלפות מתח היציאה, ו- כשיפוע או קצב שינויslew rateמתח המוצא החדש מרג שהתחיל להגיב. מוגדר

המתח במוצא המגבר מרגע תחילת התגובה.

למעגל זה:slew rateחישוב

= slew rate

תחושב ע"פ שגיאת מנה, כאשר השגיאה בהפרש המתח והזמןslew rate שגיאת ה-מחושבת ע"פ חיבור שגיאות של מדידה יחידה.

תוצאות:

בסעיף זה בנינו מעגל של מגבר לא מהפך כפי שתואר ברקע התיאורטי. מדדנו.6

להיות. קבענו את את ההגברה כתלות ביחס של הנגדים

,, מתח הכניסה היה סינוס בתדירות

. ההגברה הצפויה ע"פ התאוריה היאואמפליטודה

ועל פיו נשרטט גרף של ההגברה. מדננו את מתח היציאה

.כתלות ביחס ההתנגדויות בפועל

Vin[V] Vin[V] Vout[V] Vout[V] R[K] R[K] R2 DR2 R1/R2 DR1/R20.2 0.001 0.437 0.02 2.185 0.100595 1 0.001 0.988 0.001 1.012146 0.001440.2 0.001 0.618 0.02 3.09 0.101186 2 0.001 0.988 0.001 2.024291 0.0022850.2 0.001 0.816 0.02 4.08 0.10206 3 0.001 0.988 0.001 3.036437 0.0032360.2 0.001 1.03 0.02 5.15 0.103262 4 0.001 0.988 0.001 4.048583 0.0042210.2 0.001 1.213 0.02 6.065 0.104497 5 0.001 0.988 0.001 5.060729 0.005221

:6סיכום לסעיף בקירוב טוב, וכן נקודת החיתוך עם ציר ההגברה היא1התקבל גרף לינארי בעל שיפוע

בקירוב טוב. מאפיינים אלה תואמים את התאוריה למגבר לא מהפך על פי הקשר:1

.

בסעיף זה מדדנו את ההגברה כתלות בתדר, עבור שלושה יחסי התנגדות.7 (. נציג גרף לוגריתמי של ההגברה כתלות בתדר לכל יחס1,10,100שונים )

התנגדות:

: 7סיכום לסעיף כפי שרואים בתחומי תדרים נמוכים, התנהגות המעגל תואמת את תפקידו כמגבר

שרת. ההגברה בתדרים אלה אינה מושפעת מן התדר. מעבר לתדר מסויים התחלפות הקטבים בזרם החילופין עולה על קצב תגובת המגבר והתנהגות המעגל משתבשת,

ההגברה פוחתת באופן לוגריתמי. ניתן לראות שככל שיחס הנגדים גדול יותר )כלומר ההגברה גבוהה יותר(, התדר הקריטי הולך ופוחת, היות שמשך זמן התגובה הנדרש

למעגל כדי להגיע למתח רוויה במוצא ארוך יותר. התחום הקבוע בכל אחד מהגרפים מייצג את תחום הפעולה התקין, והחלק היורד לינארית בגרף הלוגריתמי מייצג דעיכה

לוגריתמית בהגברה ככל שעולה התדר.

בהנחיית המדריכים–את סעיף זה לא ביצענו עקב קוצר הזמן .8 בהנחיית המדריכים–את סעיף זה לא ביצענו עקב קוצר הזמן .9

עבור מעגל מגבר מהפך:7 ו-6בסעיף זה חזרנו על מדידות .10

Vin[V] Vin[V] Vout[V] Vout[V] R2[K] R[K] R1 DR1 R2/R1 DR2/R10.2 0.001 0.2 0.02 1 0.100125 1 0.001 1 0.01 1 0.010050.2 0.001 0.393 0.02 1.965 0.100481 2 0.001 1 0.01 2 0.0200250.2 0.001 0.781 0.02 3.905 0.101888 4 0.001 1 0.01 4 0.0400120.2 0.001 1.17 0.02 5.85 0.10419 6 0.001 1 0.01 6 0.0600080.2 0.001 1.53 0.02 7.65 0.107066 8 0.001 1 0.01 8 0.0800060.2 0.001 0.109 0.02 0.545 0.100037 0.5 0.001 1 0.01 0.5 0.005099

– למגבר מהפך(6 חלק א' )חזרה על סעיף 10סיכום לסעיף

הגרף שהתקבל בחלק זה מתאים לצפוי מן התאוריה עבור מגבר מהפך: שיפוע הגרף בקירוב )יש לשים לב שההגברה בגרף מופיעה בסימן הפוך, לכן כאן השיפוע1הוא

חיובי ולא שלילי(, וכן נקודת החיתוך עם ציר ההגברה היא אפס בקירוב טוב. נתוניםאלה מתאימים לקשר התאורטי למגבר מהפך:

למגבר מהפך(:7 חלק ב' )חזרה על סעיף 10סעיף

חלק ב':10סיכום לסעיף

בחלק זה ראינו התנהגות דומה של מגבר מהפך ומגבר לא מהפך, בשניהם דועכת ההגברה כאשר עוברים תדירות קריטית מסויימת שגורמת לכך שקצב חילופי הקטבים

לא מאפשר למתח הרוויה להגיע לשיאו בכל מחזור. גם כאן ככל שההגברה עולה, כן עולה משך הזמן הנדרש להגעה לרוויה במתח המוצא ולכן התדירות בה מתחילה

הדעיכה הלוגריתמית של ההגברה יורדת אף היא, כלומר תחום התפקוד האידיאלי שלהמגבר מצטמצם.