PODSTAWY ELEKTRONIKI TEMATY ZALICZENIOWE

Transkrypt

1 PODSTAWY ELEKTRONIKI TEMATY ZALICZENIOWE 1. Wyznaczanie charakterystyk statycznych diody półprzewodnikowej a) Jakie napięcie pokaże woltomierz, jeśli wiadomo, że Uzas = 11V, R = 1,1kΩ a napięcie Zenera diody D wynosi Uz = 4,9V. b) Narysować charakterystykę prądowo napięciową diody Zenera BZXC6V8. Dla narysowanej charakterystyki obliczyć wartość rezystancji dynamicznej r d w otoczeniu punktu Uz. Brakujące dane przyjąć. c) Obliczyć napięcie wyjściowe U wy z układu jak na rysunku, mając następujące dane: U we = -10V, U Zenera = 6,8V, R = 1kΩ, d) Wyjaśnij zjawiska zachodzące w złączu p-n spolaryzowanym zaporowo i w kierunku przewodzenia. e) Jaka jest różnica między charakterystykami diody prostowniczej germanowej i krzemowej (zilustrować graficznie)? f) Narysować schemat stanowiska do zdejmowania charakterystyki statycznej diody półprzewodnikowej (Zenera) oraz przedstawić metodykę pomiarów. g) Który z parametrów diody Zenera jest istotny podczas jej pracy jako stabilizatora napięcia odpowiedź uzasadnić? 2. Badanie układów tranzystorowych wzmacniacz tranzystorowy a) Nanieść wartości liczbowe na osie układu współrzędnych i wyznaczyć częstotliwości graniczne oraz pasmo przenoszenia wzmacniacza, którego charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wygląda jak na wykresie. b) Narysuj charakterystykę częstotliwościową (K U =f(f) K u współczynnik wzmocnienia napięciowego, f częstotliwość) wzmacniacza tranzystorowego jednostopniowego w układzie OE z tranzystorem typu npn, jeżeli: K u f=1khz =20dB, f d =150Hz i f=60khz ( pasmo przenoszenia). c) Mając do dyspozycji tranzystor typu BC107 o I Cmax =100mA, rezystory: 1Ω, 10Ω, 22Ω, 100Ω, 220Ω, 1kΩ, 10kΩ, źródło napięcia U=20V dc narysować schemat jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego w układzie OE o wzmocnieniu 10V/V.

2 d) Narysować schemat układu pomiarowego oraz wyjaśnić w jaki sposób wyznaczono charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową wzmacniacza tranzystorowego badanego na ćwiczeniu. e) Które elementy wzmacniacza tranzystorowego maja największy wpływ na jego wzmocnienie? Zaznaczyć te elementy na schemacie wzmacniacza. f) Dla układu wzmacniacza tranzystorowego przedstawionego na rysunku obliczyć wartość wzmocnienia napięciowego. g) Dla wzmacniacza tranzystorowego o schemacie blokowym jak na rysunku rozpatrzyć następujące przypadki: U we = 1 V pp, k u = 20 db, U wy =? U we =?, k u = 20 db, U wy = 5 V pp U we = 1 V pp, k =?, U wy = 10 V pp U we U wy h) Jak będzie wyglądać charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacza tranzystorowego o następujących parametrach: wzmocnienie k u = 1000 V/V pasmo przenoszenia B = 190 khz i) Zaprojektować wzmacniacz tranzystorowy, jednostopniowy pracujący w układzie OE o współczynniku wzmocnienia równym 20. j) W jaki sposób określono pasmo przenoszenia wzmacniacza tranzystorowego badanego na ćwiczeniu? 3. Wzmacniacz operacyjny w podstawowych układach pracy wzmacniacz odwracający oraz wzmacniacz nieodwracający a) Dla układu jak na rysunku obliczyć napięcie wyjściowe.

3 b) Jakie napięcie pokaże woltomierz dla schematu jak na rysunku, jeśli mamy następujące dane: R1 = 1kΩ, R2 = 2,7kΩ, R3 = 1kΩ, U CC = +15V, U EE = -15V, U we = 200mV. c) Wyprowadź równanie określające zależność między napięciem wyjściowym a wejściowym dla wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie odwracającym (U wy = f(u we )). Można skorzystać z rachunku operatorowego. d) Obliczyć napięcie wyjściowe U wy wzmacniacza odwracającego jak na rysunku wiedząc, że: U zas = ±15V, R1 = 10kΩ, R2 = 5kΩ, U we = +8V e) Co to jest wejściowe napięcie niezrównoważenia wzmacniacza przedstawić graficznie. Podać definicję wejściowego napięcia niezrównoważenia wzmacniacza oraz sposób jego pomiaru. f) Zaprojektować wzmacniacz odwracający (nieodwracający) o współczynniku wzmocnienia k u = 10 V/V. g) Narysować charakterystykę statyczną wzmacniacza odwracającego (nieodwracającego) i zaznaczyć n niej: wejściowe napięcie niezrównoważenia zakres pracy wzmacniacza U Omax, U Omin napięcie zasilające wzmacniacz h) Narysować ch-kę statyczną wzmacniacza odwracającego (nieodwracającego) o współczynniku wzmocnienia napięciowego k u = 4 V/V. i) Obliczyć napięcie wyjściowe U wy ze wzmacniacza nieodwracającego przedstawionego na rysunku jeżeli U zas = ±15V, R1 = 1kΩ, R2 = 5kΩ, U we = +10 V

4 j) Nanieść na osie wartości liczbowe i podać współczynnik wzmocnienia k u wzmacniacza, którego charakterystyka statyczna jest przedstawiona na wykresie. k) Czy wzmocnienie napięciowe wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie nieodwracającym może wynosić 0.8V/V? Odpowiedź uzasadnij. l) Narysuj schemat wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego o współczynniku wzmocnienia 20dB. m) Obliczyć wzmocnienie narysowanego wzmacniacza. 4. Układy różniczkujące i całkujące ze wzmacniaczem operacyjnym a) Zakreślić kółkiem te częstotliwości sygnału wejściowego, dla których wzmacniacz różniczkujący (jak na rys.) o podanych parametrach R1 = 1kΩ, R2 = 10kΩ, R3 = 1kΩ i C = 0,47µF będzie różniczkował sygnał wejściowy. 25Hz, 80kHz, 1500Hz, 1kHz, 70Hz, 0,2MHz b) Na wejście wzmacniacza różniczkującego jak na rysunku podano sygnał prostokątny o amplitudzie 1V i częstotliwości 1Hz. Narysuj przebieg sygnału wyjściowego z układu.

5 c) Na wejście układu różniczkującego jak na rysunku podano sygnał harmoniczny o amplitudzie 1V, częstotliwości 1Hz i kącie przesunięcia fazowego 0 o. Oblicz parametry sygnału wyjściowego. d) Na wejście wzmacniacza różniczkującego o schemacie blokowym jak na rysunku podano sygnał prostokątny o dowolnej amplitudzie i częstotliwości. Narysować przebieg sygnału wyjściowego z układu. U we d dt U wy e) Badając pewien układ otrzymano charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową jak na rysunku. Zaznaczyć przedziały częstotliwości w których sygnał wejściowy jest różniczkowany. f) Dlaczego wzmacniacz operacyjny z kondensatorem w torze wejściowym i rezystorem w torze sprzężenia zwrotnego jest wzmacniaczem różniczkującym? g) Wyprowadź równanie określające zależność między napięciem wyjściowym a wejściowym dla wzmacniacza operacyjnego pracującego jako wzmacniacz całkujący idealny (U wy =f(u we )). Można skorzystać z rachunku operatorowego. h) Opisać sposób wyznaczenia obszaru całkowania sygnału wejściowego przez wzmacniacz całkujący badany na ćwiczeniu. i) Na wejście wzmacniacza całkującego (jak na rys.) o parametrach R1 = 2kΩ, R2 = 8kΩ, R3 = 2kΩ i C = 1µF podano sygnał wejściowy jak na rysunku poniżej. Na tym samym wykresie narysować domniemany przebieg napięcia wyjściowego z tego wzmacniacza.

6 j) Dlaczego wzmacniacz operacyjny z rezystorem w torze wejściowym i kondensatorem w torze sprzężenia zwrotnego jest wzmacniaczem całkującym? k) Narysować schemat układu pomiarowego wzmacniacza różniczkującego (całkującego) i otrzymaną charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową. l) W jaki sposób można określić częstotliwość graniczną (różniczkowania, całkowania) wzmacniacza różniczkującego (całkującego) badanego na ćwiczeniu? m) W jaki sposób wyznaczano charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową wzmacniacza różniczkującego (całkującego) badanego na ćwiczeniu. 5. Generatory drgań prostokątnych i harmonicznych ze wzmacniaczem operacyjnym a) Podać parametry sygnałów generowanych przez generator z mostkiem Wiena i generator RC. b) Jaki jest warunek wzbudzenia drgań w generatorze z mostkiem Wiena? c) Na czym polega generacja drgań w generatorze RC? d) Na schemacie generatora RC wskazać elementy od których zależy częstotliwość generowanego przebiegu i omówić jaki jest ich wpływ na ten parametr. e) Od których elementów i w jaki sposób zależy okres przebiegu wyjściowego z generatora z mostkiem Wiena? f) Narysować przykładowy przebieg napięcia generowanego przez generator z mostkiem Wiena. Wyskalować osie układu współrzędnych i podać rzeczywiste parametry tego przebiegu. Parametry: g) Poniżej przedstawiono przebieg napięcia wyjściowego z danego generatora. Jak będzie wyglądał przebieg napięcia wyjściowego jeśli w generatorze dokonamy zmiany polegającej na dwu-krotnym pomniejszeniu wartości opornika R F? h) Dorysować dalszy ciąg przebiegu napięcia wyjściowego z generatora przebiegów prostokątnych badanego na ćwiczeniu, jeśli wiadomo, że w chwili t 0 kondensator uległ uszkodzeniu polegającemu na tym, że jego pojemność i rezystancja wewnętrzna są równe zero.

7 i) Poniżej przedstawiono przebieg napięcia wyjściowego z danego generatora. Jak będzie wyglądał przebieg napięcia wyjściowego jeśli w generatorze dokonamy zmiany polegającej na trzy-krotnym powiększeniu wartości kondensatora C? j) Co to jest amplituda przebiegu harmonicznego i w jaki sposób można ją zmieniać w generatorze? (pokazać na odpowiednim schemacie). 6. Wzmacniacz operacyjny w układach nieliniowych ogranicznik napięcia a) Przeznaczenie ogranicznika napięcia. b) Najprostszy ogranicznik napięcia i jego charakterystyka statyczna. c) Narysować ogranicznik napięcia o następujących danych: k współczynnik wzmocnienia, U CC, U EE napięcia zasilające, U 1, U 2 wartości napięć ograniczających. Dane liczbowe przyjąć samodzielnie. d) Dlaczego ogranicznik napięcia nazywany jest elementem nieliniowym? e) Zmienność współczynnika wzmocnienia diodowego ogranicznika napięcia. f) Przykłady praktycznych zastosowań ograniczników napięcia. g) Diodowy ogranicznik napięcia i jego charakterystyka statyczna. h) Jak będzie wyglądał przebieg napięcia wyjściowego z ogranicznika napięcia jeśli wiadomo, że napięcie wejściowe ma wartość stałą 3V, a wartości elementów występujących w ograniczniku mają wartości: R1 = 3,3kΩ, R2 = 3,3kΩ, R3 = 3,3kΩ, Uz1 = Uz2 = 6,2V, U CC = 15V, U EE = -15V. i) Jak będzie wyglądał przebieg napięcia wyjściowego z ogranicznika napięcia jeśli wiadomo, że napięcie wejściowe U we (t)=15sin(2πt) a wartości elementów występujących w ograniczniku mają wartości: R1 = 2kΩ, R2 = 8kΩ, Uz1 = Uz2 = 10V. j) Narysować schematy ograniczników o jednostronnym oraz o dwustronnym działaniu.

8 7. Wzmacniacz operacyjny w układach nieliniowych komparator napięcia a) Komparator bez histerezy. b) Komparator z pętlą histerezy. c) Rola sprzężenia zwrotnego w komparatorze napięcia (podać rodzaj, wielkość, i sposób praktycznej realizacji). d) Detektor przejścia przez zero. Budowa i charakterystyka. e) Co to jest dyskryminator progowy? f) Podać kilka przykładów zastosowań układów porównujących napięcia. g) Uzasadnić tezę, że komparator napięcia można potraktować jako przetwornik a/c o pojemności równą 1 bit. h) Podać najważniejsze parametry komparatora napięcia. i) Wyprowadzić zależność na napięcie pętli histerezy komparatora. j) Jakie powinny być poszczególne wartości aby komparator posiadał strefę histerezy U H =xxx mv? Daną xxx przyjąć samodzielnie. U CC =? U EE =? R 1 =? R 2 =? R 3 =? 8. Liczniki cyfrowe a) Podział liczników cyfrowych. b) Co to jest czas propagacji licznika? (omówić dla różnych konfiguracji) c) W oparciu o przerzutniki J-K zbudować licznik asynchroniczny liczący w przód modulo N. d) Wady i zalety liczników synchronicznych i asynchronicznych. e) Co to jest rejestr przesuwny? f) Przykłady zastosowania licznika cyfrowego. g) Jakie zmiany należy wprowadzić do licznika liczącego wprzód zbudowanego na przerzutnikach T, aby zliczał impulsy wstecz. h) Omówić własności układu i) Co to jest maksymalna pojemność licznika i jak ją obliczyć? j) Jaką postać elektryczną ma całkowity sygnał wyjściowy z licznika cyfrowego TTL? 9. Przetworniki A/C a) Podział przetworników A/C. b) Opisać metodę przetwarzania czasową prostą. c) Na czym polega metoda dwukrotnego całkowania? d) Co to jest metoda bezpośredniego porównania równoległego? e) Opisać zasadę działania przetwornika a/c z kompensacją wagową. f) Podać najważniejsze parametry przetwornika a/c. g) Narysować charakterystykę 3-bitowego przetwornika a/c o zakresie napięć wejściowych 0 4 V. Co to jest przedział kwantowania? h) Co to jest okres próbkowania i czym się różni od całkowitego czasu przetwarzania przetwornika a/c? i) Posegregować metody przetwarzania a/c pod względem szybkości przetwarzania. j) Krótko skomentować metody przetwarzania a/c pod względem kryterium dokładności przetwarzania.

9 10. Przetworniki C/A a) Omówić zasadę działania przetwornika c/a w oparciu o schemat blokowy. b) Omówić różne typy sieci rezystorów. c) Co to jest rozdzielczość przetwornika c/a? d) Jak wyznaczyć nieliniowość charakterystyki statycznej przetwornika c/a? e) Przedstawić budowę i parametry techniczne przetwornika scalonego DAC-08. f) Narysować charakterystykę statyczną 3-bitowego przetwornika c/a o napięciu referencyjnym 10V. g) Zaproponować sposób wyznaczania charakterystyki statycznej przetwornika c/a. h) Jak eksperymentalnie określić rozdzielczość przetwornika c/a? i) Mając do dyspozycji 3 przetworniki c/a o następujących danych: unipolarny przetwornik 8-bitowy, U REF = 5V, f gr = 1MHz, bipolarny przetwornik 12-bitowy, U REF = 5V, f gr = 50kHz, bipolarny przetwornik 16-bitowy, U REF = 10V, f gr = 100kHz, wybrać ten, który będzie najbardziej odpowiedni do zarejestrowania zmiennego w czasie napięcia U=3.4*sin(2*10 5 *t+0.5). Podać z jaką dokładnością zostanie zarejestrowany przebieg tego napięcia. j) Jakie parametry mają wpływ na wartość napięcia wyjściowego z przetwornika c/a?