S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNIIKKA JA LKTONIIKKA 2. väliko Saat vastata vain nljään thtävään! Kimmo Silvonn 1. Millä välillä vaihtl opraatiovahvistimn lähtöjännit, jos =1 +û sin ωt. =2, û =5. 2 Thtävä 2. U I 4.m 3.m 2.m 1.m Diodin ominaiskayra, astikko... 4 ma APLA 7.5 Studnt vrsion FO NON-OMMIAL US ONLY Arvioi diodin ominaiskäyrän ja kytkntäkaavion prustlla, paljonko :n on muututtava, jotta jännit U kasvaa arvosta 545 m arvoon 645 m; = 2 Ω. 3. Kuva oikalla sittää vahvistimn pinsignaalisijaiskytkntää. asmmalla on vrtailun vuoksi sama piiri tasavirran näkmänä. Lask oikalla olvasta kuvasta puhdas signaalijännit. 1 = 43 kω, 2 =1,2kΩ, 3 =,25 kω, r π1 =2,5kΩ, r π2 =,3 kω, g m =4 ma, β = 1, = r π1 g m 2 i b r π2 4. Idnttist ftit Q 1 ja Q 2 ovat saturaatioalulla. U t =2, K = 1 µa/ 2. Lask jännit U DS1. 1 =2kΩ, 2 =15kΩ, =1. U DS1 1 2 Q1 Q Jos laskt tämän thtävän, jätä yksi thtävistä 1-4 pois! Jäähdytystä mitoitttassa on varminta olttaa diodin jännithäviöksi ja kondnsaattorijännittn rippliksi u =. rkkomuuntajan toisiojännit on U 2 =1. =5, I Q =ja I OUT =2A. Lask rgulaattorimikropiirin sisäinn lämpötila T J. θ J =3 /W, θ S =,2 /W, θ SA =5,8 /W, T A = U2 Kokoaaltotasasuuntaus u 785 I Q I OUT Tämän välikokn voi uusia tai suorittaa k Thtävin ratkaisut tulvat kokn jälkn ilmoitustaulull ja nttiin. Kokn korjaa sa Linja-aho. Palautjärjstlmämm on osoittssa i

2 S SÄHKÖTKNIIKKA JA LKTONIIKKA 2. Mid-Trm xam Answr only four problms! Kimmo Silvonn 1. Find th minimum and maximum valu of voltag if =1 +û sin ωt. =2, û =5. 2 Problm 2. U I 4.m 3.m 2.m 1.m Diodin ominaiskayra, astikko... 4 ma APLA 7.5 Studnt vrsion FO NON-OMMIAL US ONLY stimat th chang in voltag that producs a chang from 545 m to 645 m in th diod voltag. Us th charactristic curv givn. = 2 Ω. 3. A small-signal quivalnt circuit of an amplifir is shown on th right. Th sam circuit in its original dc-form is shown on th lft (only for comparison). Find, using th quivalnt circuit, th small-signal output signal voltag. 1 = 43 kω, 2 =1.2kΩ, 3 =.25 kω, r π1 =2.5kΩ, r π2 =.3 kω, g m =4 ma, β = 1, = r π1 g m 2 i b r π2 4. Idntical fts Q 1 and Q 2 oprat in th saturation rgion. U t =2, K = 1 µa/ 2. Find voltag U DS1. 1 =2kΩ, 2 =15kΩ, =1. U DS1 1 2 Q1 Q U2 5. If you choos to do this problm, skip or dlt on of th 1-4! Whn dsigning th cooling stup, it is advantagous to assum diod voltag drop and capacitor voltag rippl u both qual to zro, for safty rasons. Th scondary voltag of an transformr U 2 =1. =5, I Q =and I OUT =2A. Find intrnal junction tmpratur T J of th rgulator- I. θ J =3 /W, θ S =.2 /W, θ SA =5.8 /W, T A = I OUT Fullwav rctifir u I Q This mid-trm can b rnwd or prformd for th first tim on W Th solutions can b found on th info board and in th nt. Th xam will b markd by sa Linja-aho. Th anonymous fdback systm of th cours is opn.

3 S SÄHKÖTKNIIKKA JA LKTONIIKKA 2. väliko Saat vastata vain nljään thtävään! Kimmo Silvonn 1. Millä välillä vaihtl opraatiovahvistimn lähtöjännit, jos =1 +û sin ωt. =2, û =5. i u i 2 ++u = u = (1) i = u {}}{{}}{ OUT u u = (2) 2 ( ) 2 = +1 2 (3) = +2( ) =3 2 (4) = sin ωt (5) Lähtöjännit vaihtl siis välillä Käyttöjännittn tul titysti olla riittävän suuri, sim. ±18, minkä mont piirit kyllä kstävät. 2. Arvioi diodin ominaiskäyrän ja kytkntäkaavion prustlla, paljonko :n on muututtava, jotta jännit U kasvaa arvosta 545 m arvoon 645 m; = 2 Ω. 4.m Diodin ominaiskayra, astikko... 4 ma APLA 7.5 Studnt vrsion FO NON-OMMIAL US ONLY 3.m I 2.m 1.m U I + U = = U + I (6) = 2 1 = U 2 U 1 + (I 2 I 1 ) (7) (=,645,545 +,2k (3,37,47)m =,68 ) (8) =,645,545 +,2k (3,4,5)m =,68 (9) 1,64 (1) 2 1,32 (11) Thtävä oli näin stilisoituna himan liian hlppo; alunprin ajattlin, ttä olisi kysytty U:n muuttumista, jos muuttuu simrkiksi välillä, ,74. Yritä sitä vaikkapa kotona! Käyrä on piirrtty arvoilla n =2, I S =1,5 na, U T =25,434 m.

4 3. Kuva oikalla sittää vahvistimn pinsignaalisijaiskytkntää. asmmalla on vrtailun vuoksi sama piiri tasavirran näkmänä. Lask oikalla olvasta kuvasta puhdas signaalijännit. 1 = 43 kω, 2 =1,2kΩ, 3 =,25 kω, r π1 =2,5kΩ, r π2 =,3 kω, g m =4 ma, β = 1, =1. asmpaan kuvaan on mrkitty tasavirrat, joidn prustlla r π :t laskttiin thtävää laadittassa. Muut lukuarvot täsmäisivät parhaitn, jos 3 olisi 356 Ω ( =5, U B =,7). Signaalin näkmänä 3 olisi 25 Ω, jos 84 Ω:n kuormavastus olisi liittty lähtöön ison kondnsaattorin kautta. Koska 1 ja r π1 ivät vaikuta virtalähtidn arvoihin, n on jättty toissta kytknnästä pois: µ 1µ 8,4m 1m i b r π2 3 g m g m 2 (g m + i b )+r π2 i b + 3 (β +1)i b = i b = (12) 2 + r π2 +(β +1) 3 2 g m = 3 (β +1)i b = 3 (β +1) = 45,3 (13) 2 + r π2 +(β +1) 3 }{{} A u Signaalijännit =1 on kätvä jännitvahvistusta laskttassa, mutta käytännön sovlluksissa on tämän piirin tulojännittn oltava almpi, huippuarvoltaan hkä vain noin 38 m. 4. Idnttist ftit Q 1 ja Q 2 ovat saturaatioalulla. U t =2, K = 1 µa/ 2. Lask jännit U DS1. 1 =2kΩ, 2 =15kΩ, = I D1 U DS1 Q 1 G S Q 2 I D2 x = U GS1 = U GS2 = 2 I D2 = 2 K (U GS2 U t ) 2 (14) x =11,5 (x 2) 2 (15) 2x =23(x 2 4x +4) (16) { 3x 2 4>Ut OK 1x 8= x = U GS = 2 < (17) 3 I D2 = K (U GS2 U t ) 2 =,4 ma (18) I D1 = K (U GS1 U t ) 2 =,4 ma (19) U DS1 = 1 I D1 =2 U GS U t OK (2) irta I D2 astllaan sopivaksi vastukslla 2. irtapili pilaa tämän virran täsmälln yhtä suurna vastuksn 1. irta i muutu, vaikka 1 vaihtl tityissä rajoissa (...2kΩ). aknn on ylinn monissa nykyaikaisissa lktroniikapiirissä, mm. opraatiovahvistimissa virtapiljä on usita. Piiritorttissti virtapili vastaa vakiovirtalähdttä, jonka lähdvirta kulk siis 1 :n läpi. Käytännön sovlluksissa 1 :n paikalla on usin ft, jonka virta voidaan astlla sn u DS :stä riippumatta.

5 5. Jos laskt tämän thtävän, jätä yksi thtävistä 1-4 pois! Jäähdytystä mitoitttassa on varminta olttaa diodin jännithäviöksi ja kondnsaattorijännittn rippliksi u =. rkkomuuntajan toisiojännit on U 2 =1. =5, I Q =ja I OUT =2A. Lask rgulaattorimikropiirin sisäinn lämpötila T J. θ J =3 /W, θ S =,2 /W, θ SA =5,8 /W, T A = U2 Kokoaaltotasasuuntaus u 785 I Q I OUT irtapiirianalogia: û 2 = 2U 2 û (21) P (û )I OUT =18,28 W (22) θ J θ S P T J θ SA T A P T J =(θ J + θ S + θ SA )P + T A = 189,6 (23)