S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Transkriptio

1 S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTONIIKKA. väliko Saat vastata vain nljään thtävään! Kimmo Silvonn 1. Kuvan kaksiportin -paramtrit tunntaan, samoin kuormavastus ja lähtöjännit U. Lask jännit. Ω, U 4V, 11 10Ω, 0Ω, Ω. + I 1 I U. Kuvassa on Winin silta -oskillaattori yksinkrtaistttuna. Mrkitsmällä C-piirjä Z:lla, voidaan analyysi thdä plkillä raaliluvuilla. Lask lähtöjännit u O impdanssin ja Z B funktiona. 1, 1 1Ω, 1V. + Z B 1 u 1 u O 3. Jos diodia syöttään vakiovirralla, muuttuu sn jännithäviö lämpötilan funktiona suraavasti: U(T ) U(T 0 ) n [U(T 0 ) 1, V]+n [U(T 0 ) 1, V] T/T 0 missä U(T 0 ) on diodin jännit lämpötilassa T 0. Muutos johtuu rityissti saturaatiovirran I S lämpötilariippuvuudsta, vaikka U T :n lämpötilariippuvuus vaikuttaakin vastakkaisn suuntaan. Kuinka moninkrtaisksi I S kasvaa, kun lämpötila nous T 0 T 0 +10K? T 0 90 K, n, U(T 0 )0,6V. vakio U(T ) 4. Lask ohisn vahvistimn jännitvahvistus A u / signaalitaajuudlla. Transistorill käyttään kuvan sijaiskytkntää. Kondnsaattorit ja tasajännitlähtt olttaan oikosuluiksi. toimii signaalilähtnä ja lähtöjännittnä. Pint kirjaimt ja pint alaindksit korostavat sitä, ttä tasavirtakomponnttia i otta laskuihin mukaan. r π,5kω, β 17, B 100 kω, C 5kΩ, E 1kΩ. B C r π β E 5. Jos laskt tämän thtävän, jätä yksi thtävistä 1-4 pois! Koska ohisn ftin U GS U DS, toimii s ilman muuta saturaatio- li vakiovirta-alulla. Lask virta I D. 1 1kΩ, 10 kω, E 10V, U t V, K 0,5mA/V. I D 1 E Tämänkin välikokn voi uusia tai suorittaa ma Kothtävin ratkaisut ovat ilmoitustaululla. Kurssin palautjärjstlmä on avattu, käy osoittssa i, autat khittämään kurssia ja saat yhdn lisäpistn!

2 S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTONIIKKA. mid-trm xam Plas, answr only four problms! Kimmo Silvonn 1. Th -paramtrs of th two-port shown, as wll as, load rsistor and output voltag U ar known. Find voltag. Ω, U 4V, 11 10Ω, 0Ω, Ω. + I 1 I U. A simplifid Win bridg oscillator is dpictd. By rplacing C-circuits by Z, th analysis can b don by using solly ral numbrs. Find output voltag u O as a function of impdancs and Z B. 1, 1 1Ω, 1V. + Z B 1 u 1 u O 3. If a constant currnt is supplid through a diod its voltag drop changs as a function of tmpratur, as follows: U(T ) U(T 0 ) n [U(T 0 ) 1, V]+n [U(T 0 ) 1, V] T/T 0 whr U(T 0 ) is th diod voltag at tmpratur T 0. Th chang is causd by th tmpratur dpndnc of saturation currnt I S, although th chang in U T partly compnsats th voltag drop chang. How much will I S incras if tmpratur riss from T 0 T 0 +10K? T 0 90 K, n, U(T 0 )0,6V. constant U(T ) 4. Find signal voltag gain A u / of th amplifir. An quivalnt circuit of th transistor is shown. Larg capacitors and d.c. voltagourcs ar assumd short circuits. is a signal sourc, and is considrd th output voltag. Lowr cas lttrs and subscripts mphasi th fact that d.c. voltags and currnts ar compltly nglctd. r π,5kω, β 17, B 100 kω, C 5kΩ, E 1kΩ. B C r π β E 5. If you dcid to answr this on, plas, dlt on of th prvious problms! Bcaus U GS U DS, th ft oprats surly on thaturation (constant currnt) rgion. Find currnt I D. 1 1kΩ, 10kΩ, E 10V, U t V, K 0,5mA/V. I D 1 E This mid-trm xam can b rnwd on Mo Th rsults ar on th information board. You will gt on xtra point by giving fdback at i (if you havn t don it, yt)! It will also hlp us nhanc th cours.

3 S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTONIIKKA. väliko Saat vastata vain nljään thtävään! Kimmo Silvonn 1. Kuvan kaksiportin -paramtrit tunntaan, samoin kuormavastus ja lähtöjännit U. Lask jännit. Ω, U 4V, 11 10Ω, 0Ω, Ω I 1 I 0 10 U E siprookkisssa piirissä 1 1. Tällöin oikalla olva sijaiskytkntä on mahdollinn (huomaa, ttä -lohkon sisäinn kytkntä voi olla paljon monimutkaismpi, mutta silti s voidaan määritllä nljän (tässä kolmn) -paramtrin avulla. Tässä thtävässä sijaiskytkntää i kuitnkaan tarvita. I U 0,5 A (1) { U1 11 I I () U 1 I 1 + I 11 I 1 1 U U 1 I 1 U I U 4,4 A U 1 1 U 4V (4). Kuvassa on Winin silta -oskillaattori yksinkrtaistttuna. Mrkitsmällä C-piirjä Z:lla, voidaan analyysi thdä plkillä raaliluvuilla. Lask lähtöjännit u O impdanssin ja Z B funktiona. 1, 1 1Ω, 1V. v + Z i A A + Z B v i 1 1 u 1 u O v + v u 1 (5) i 1 u 1 u 1 u A (6) i A u 1 u 1 (7) Z B u 1 + u 1 (8) Z B Z B Z A 1 A + 1 AZ B 1 3 Z B Z B Z B (9) Yllä vastaus, sittn vähän lisätitoa; Winin sillassa C-piirit ovat suraavat: (3) Z B (s jω) (10) (11)

4 Z B ( +1) 3 j ( ωc 1 ωc j ( ωc 1 ωc (1) ) + ) (13) Kulmataajuudlla ω 1 mn nimittäjä äärttömäksi; piiri on pästabiili ja alkaa värähdllä tällä taajuudlla jännittn arvosta riippumatta (oskillaattorissa i ol input-jännitttä, C 0). Värähtly on sinimuotoista, jos vahvistus A on tismalln oika (Sähkötkniikka ja lktroniikka, s. 187). Vahvistus A astllaan vastustn 1 ja muodostamalla ngatiivislla takaisinkytknnällä, C-piirit ja Z B muodostavat värähtlyyn tarvittavan positiivisn takaisinkytknnän. Kirjan kuvassa 58 (s. 401) tämä vastaa tilanntta 1+AB 0li A 3ja B 1 (tässä tilantssa kysinn lohkokaavio toimii, vaikka B<0). Äärttömän vahvistuksn priaat on ylispätvä siniaalto-oskillattorin 3 analyysimntlmä. 3. Jos diodia syöttään vakiovirralla, muuttuu sn jännithäviö lämpötilan funktiona suraavasti: U(T ) U(T 0 ) n [U(T 0 ) 1, V]+n [U(T 0 ) 1, V] T/T 0 missä U(T 0 ) on diodin jännit lämpötilassa T 0. Muutos johtuu rityissti saturaatiovirran I S lämpötilariippuvuudsta, vaikka U T :n lämpötilariippuvuus vaikuttaakin vastakkaisn suuntaan. Kuinka moninkrtaisksi I S kasvaa, kun lämpötila nous T 0 T 0 +10K? T 0 90 K, n, U(T 0 )0,6V. vakio U(T ) U(90) 0,6 [0,6 1,] + [0,6 1,] T 0 /T 0 0,6 V (titysti) (14) U(300) 0,6 [0,6 1,] + [0,6 1,] 300/90 0,5586 V (15) I I S0 U(90) nu T 0 U T 0 kt 0 q 4,990 mv (16) I I S U(300) nu T U T kt 5,85 mv q (17) I S U(300) nu T I S0 U(90) nu T 0 (18) I S U(90) nu T 0 3,3 (19) I S0 U(300) nu T 4. Lask ohisn vahvistimn jännitvahvistus A u / signaalitaajuudlla. Transistorill käyttään kuvan sijaiskytkntää. Kondnsaattorit ja tasajännitlähtt olttaan oikosuluiksi. toimii signaalilähtnä ja lähtöjännittnä. Pint kirjaimt ja pint alaindksit korostavat sitä, ttä tasavirtakomponnttia i otta laskuihin mukaan. r π,5kω, β 17, B 100 kω, C 5kΩ, E 1kΩ. Laskuharjoitusthtävä: A u 4,90 r π β B E C

5 5. Jos laskt tämän thtävän, jätä yksi thtävistä 1-4 pois! Koska ohisn ftin U GS U DS, toimii s ilman muuta saturaatio- li vakiovirta-alulla. Lask virta I D. 1 1kΩ, 10 kω, E 10V, U t V, K 0,5 ma/v. 0 I D 1 U DS E Mrkitään: U GS U DS x U GS U DS I }{{} G U GS U DS (0) 0 I D K(U GS U t ) (U DS >U GS U t ) (1) U DS 1 (I D + I G )+E 0 () I D E U DS 1 K(U GS U t ) (3) 10 x 1 K (x) (4) 0 x x 4x +4 (5) x x 160 x 1± 1+16 (6) { 5,1 V >Ut OK U GS (7) 3,1 V <U t EI I D 4,88 ma (8)