Υλοποίηση βασικών ηλεκτρονικών διατάξεων

Abstract

Σκοπός είναι η υλοποίηση και παρουσίαση των βασικότερων αναλογικών ηλεκτρονικών διατάξεων. Συγκεκριμένα πραγματοποιήσαμε ανάλυση λειτουργίας διακριτών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, διαφόρων εταιριών και τύπων. Αρχικά πραγματοποιήθηκε σύγκριση σε dc μεγέθη των αντίστοιχων κυκλωμάτων, ανάμεσα στους θεωρητικούς υπολογισμούς, με αυτά που διαπιστώθηκαν στις πειραματικές μας μετρήσεις. Κατόπιν έγινε προσομοίωση των κυκλωμάτων αυτών στο λογισμικό PSpice του πακέτου Orcad Family Release 9.2, προς διαπίστωση της αξιοπιστίας των μετρήσεων μας συγκριτικά με το πειραματικό και θεωρητικό μέρος. Οι πειραματικές μετρήσεις υλοποιήθηκαν αποκλειστικά σε ράστερ με τη συμβολή πολυμέτρου, παλμογράφου, ενώ οι μετρήσεις προσομοίωσης υλοποιήθηκαν με τη συμβολή ηλεκτρονικού υπολογιστή (Η/Υ). Στο τέλος της ανάλυσης μας, βγάλαμε αποκλίσεις ποσοστιαίων σφαλμάτων σε κατάλληλα γραφήματα από σύγκριση όλων των μετρήσεων και διατυπώσαμε τα συμπεράσματα μας σχετικά με την ακρίβεια των μετρήσεων μας και την ορθότητα των αντίστοιχων σφαλμάτων σε κάθε κύκλωμα. Το τελικό αποτέλεσμα της υλοποίησης ήταν η ενοποίηση όλων των διατάξεων σε μια συσκευή κατάλληλη για επίδειξη και πειραματισμό. Ξεκινήσαμε την ανάλυση με τους τελεστικούς ενισχυτές (ΤΕ) οι οποίοι ως ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν συγκεκριμένες ιδιότητες και ανάλογα με την εφαρμογή τους εκτελούν διάφορες λειτουργίες. Μερικά από τα χαρακτηριστικά που μετρήθηκαν είναι, ο ρυθμός ανόδου, η τάση κορεσμού εξόδου, εύρος ζώνης, εύρος ζώνης πλήρους ισχύος. Οι μετρούμενες συνδεσμολογίες είναι ο αναστρέφων και ο μη αναστρέφων ενισχυτής, ο αθροιστής, ο ενισχυτής διαφορών, ο απομονωτής και ο συγκριτής ενώ όλες οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τον τελεστικό LM741. Κατόπιν μελετήσαμε ως ημιαγωγό στοιχείο τη δίοδο πυριτίου και συγκεκριμένα την 1Ν4001. Οι εφαρμογές μας βρήκαν πεδίο στους περιοριστές-ψαλιδιστές και η βασική ανάλυση που έγινε, είναι η πραγματική πτώση τάσης επάνω στη δίοδο σε ορθή και ανάστροφη πόλωση. Τέλος εξετάσαμε αφενός, τη λειτουργία διάταξης ενισχυτή δυο βαθμίδων με διπολικά τρανζίστορ στην ενεργό περιοχή για την ορθή λειτουργία του, και αφετέρου, τη λειτουργία διακοπτικού τρανζίστορ MOSFET της κατηγορίας PMOS των FET, στο κόρο και αποκοπή. Το κύριο μέλημα για τον διβάθμιο ενισχυτή είναι η μελέτη της ενίσχυσης τάσης του με βρόχο και χωρίς βρόχο ανάδρασης, και για τη διάταξη του ΜΟSFET, μελετήθηκε ο χρόνος καθυστέρησης κατά τη διακοπτική του λειτουργία.

The purpose of this dissertation is to introduce an implementation along with a presentation of the basic analogue electronic layouts. In particular, we have realized an analysis in the function of discernible electronic equipment, deriving from different firms and of different types. Initially the resultant outcomes from the theoretical estimations as well as the experimental measurements in dc dimension, subjected to a thorough contrast. Thereinafter, the circuits had been simulated by the Pspice software of the Οrcad Family Release 9.2 pack in order to verify the credibility of the measures resulted from the experimental and theoretical part of the aforementioned procedure. The experimental measurements have been achieved with the use of a raster along with an oscilloscope and a multimeter while a personal computer was exclusively used over the computer simulation. Completing our analysis, we created the applicable graphs depicting divergences of percentage errors issued from a comparison among the measurements. We have posted our inferences referring to the accuracy of the measurements and the soundness of the detected errors in each circuit. The final outcome was a unification of all layouts in one single device suitable for both presentation and experimentation. To start with, the analysis includes a presentation of operational amplifiers which, as integrated circuits, have specific features and operate according to their implementation. Among some of their features which have been estimated are slew rate (SR), saturation voltage of the output switch (Vsat), bandwidth (ΒW) and full power bandwidth (FPBW). The configurations that were used over the procedure are: inverting and non inverting amplifier, summing amplifier, difference amplifier, voltage isolator (buffer) and comparator while all the measurements were realized with the use of the operational amplifier LM741. Furthermore, a rectifier diode was used as a surge suppressor (in particular 1Ν4001). The implementations were realized on restrictors/clippers and the primary part of our analysis was to detect the exact voltage drop which occurred at the terminals of the diode in right and reversed polarity. Finally, we have tested the layout’s operation of a two-stage amplifier with bipolar junction transistors within the active region in addition to recording the MOSFET’s transistor function, PMOS of FET category. The focal point of the two-stage amplifier’s study is to detect the enhancement of its voltage within or not feedback loop while in the MOSFET device we have recorded the delay over the switching operation.