1. Podać i scharakteryzować kryteria wg których określamy układ jako nieliniowy:

Obwód nieliniowy jest to taki obwód, który nie spełnia kryteriów proporcjonalności( odpowiedź na pobudzenie powinna być proporcjonalna do pobudzenia) i superpozycji(przebieg wyjściowy powinien być sumą przebiegów wejściowych). Układ nieliniowy można opisać równaniami różniczkowymi a nie prostymi zależnościami analitycznymi.

2. Przedstawić właściwości równoległego obwodu LC w stanie rezonansu.

Właściwości:

• impedancja wejściowa b. duża

• spadek napięcia w obwodzie równa się napięciu wejściowemu

• natężenie prądu płynącego ze źródła do obwodu b .małe

• natężenie prądu między L i C b. duże

• napięcie i prąd źródła zgodne w fazie

• obwód działa jako obciążenie rzeczywiste w rezonansie

• przesuniecie fazowe prądu i napięcia w Xl i Xc są równe 90 st.

Szeregowy obwód LC w rezonansie

• impedancja na zaciskach jest mała bliska 0

• spadek napięcia na obwodzie mały

• natężenie prądu pobieranego ze źródła duże

• spadek napięcia na Xci Xl jest równy sobie (może być większy niż napięcie źródła pobudzającego)

• zastosowane elementy muszą mieć większą wytrzymałość nap.

• Natężenie prą i nap od strony źródła są zgodne w fazie

3. Co przedstawia krzywa całkowa drgań, jak jest zdefiniowana płaszczyzna na której ją przedstawiamy.

Krzywą całkową drgań możemy przedstawić za pomocą równania różniczkowego

Rozwiązanie tego równania umieszczone jest na płaszczyźnie współrzędnych (x,y) zwanej płaszczyzną fazową , przedstawia obraz fazowy drgań, który opisuje ruch drgający gdyż w każdym punkcie określa położenie oraz prędkość tego ruchu.

4. Jakie informacje na temat stanu obwodu rezonansowego daje fazowy obraz drgań (tzn. krzywa całkowa drgań) - wyjaśnienie zilustrować graficznie?

Krzywą całkową drgań możemy przedstawić za pomocą równania różniczkowego.

Rozwiązanie tego równania umieszczone jest na płaszczyźnie współrzędnych (x,y) zwanej płaszczyzna fazową , przedstawia obraz fazowy drgań, który całkowicie opisuje ruch drgający ponieważ w każdym punkcie określa położenie i prędkość tego ruchu

.

5. Jak zdefiniowana i co określa liniowa poprawka częstotliwości dla obwodu rezonansowego.

6. Co określa i od czego zależy wartość liniowej poprawki dla obwodu rezonansowego.

Każde naruszenie bilansu mocy biernych w układzie pociąga za sobą zmiany częstotliwości które są konieczne do przywrócenia równowagi.

Liniowa poprawka dla obwodu równoległego:

Dla szeregowego:

Na wartość liniowej poprawki wpływa dobroć kondensatora lub cewki:

-określa stosunek mocy biernej do czynnej w danym elemencie czyli decyduje w jakim stopniu zostaje naruszony warunek równowagi mocy biernych

-określa o ile musi zmienić się częstotliwość aby stan równowagi został przywrócony

-czyli liniowa poprawka jest proporcjonalna do 1/Q^2,

-równania pokazują nam jaka jest wartość rozstrojenia od czę.rezo. czyli obwodu rozstrojonego od warunków idealnych.

7. Omówić niepożądane zjawiska nieliniowe występujące przy przestrajaniu sprzężonych obwodów rezonansowych.

W przypadku sprzężonych obwodów drgających należy się spodziewać że będą występowały nieciągłe zmiany częs. i ampli, drgań jeżeli zmieniały będą się parametry obwodu np. przy przestrajaniu. nazywamy to zjawiskami przeciągania częst lub ampli

-Przeciąganie częst występuje przy ponadkrytycznym sprzężeniu obwodów, polega na przeskoku pulsacji drgań z omega1 na omega2 lub odwrotnie

• przeciąganie amplitudy -występuje przy ponadkrytycznym sprzężeniu obwodów , polega na przeskoku amplitud z jednej wartości na drugą

8.Na czym polega i w jakich warunkach może wystąpić zjawisko przeciągania częstotliwości?

To zjawisko może występować w przypadku sprzężonych obwodów drgających, mogą występować nieciągłe zmiany częstotliwości drgań przy ciągłej zmianie parametrów obwodu np. przy przestrajaniu. nazywamy to zjawiskami przeciągania częst, może także występować przeciąganie amplitudy.

-Przeciąganie częst występuje przy ponadkrytycznym sprzężeniu obwodów, polega na przeskoku pulsacji drgań z omega1 na omega2 ( przy przestrajaniu obwodu pierwotnego) lub odwrotnie(przy przestrajaniu obwodu wtórnego)

omega1> omega rez., omega2< omega rez.

9. Narysować model diody półprzewodnikowej dla b.w.cz. pracy i opisać jego elementy.

1. Podstawowy model diody:

- Cd - pojemność dyfuzyjna

- rd - oporność dynamiczna

• Cj - pojemność złączowa

Dla w.cz. dodatkowo:

Ld - indukcyjność doprowadzeń

Rd - oporność doprowadzeń

Co - pojemność obudowy

10. Scharakteryzować statyczny model Gammela-Poona dla tr. Bipolarnego.

-wyodrębnienie w prądzie kolektora i emitera składowej głównej, wspólnej dla obu prądów

-wyodrębnienie w prądzie bazy składowych związanych ze złączem emiterowym i kolektorowym

-wprowadzenie do składowej głównej parametru zależnego od punktu pracy

11. Jakie zjawiska w tranzystorze uwzględniają ich modele dynamiczne.
- duża gęstość prądu, β maleje przy wzroście prądu kolektora oraz ft czyli pogarszają się właściwości użytkowe

• rezystancje szeregowe : bazy(zależna od szerokości bazy), kolektora

• zjawiska: generacji i rekombinacji

• zjawiska przebić

• efekt Early'ego (efekt modulacji szerokości bazy napięciem) warstwa opóźniona złącza kolektorowego wnika w słabo domieszkowany obszar kolektora, a wnikając nierównomiernie w domieszkowany obszar bazy napotyka na półprzewodnik coraz silniej domieszkowany

Ch- ka statyczna:

12. W jaki sposób i przy jakich warunkach dwójnik typu N można zastąpić modelem czwórnikowym.

13. Przedstawić czwórnikowy model ujemnej oporności typu N. podać wymagania na transmitancję B obwodu sprzężenia zwrotnego.

Musimy rozpatrzeć przypadek selektywnego czwórnika sprzężenia zwrotnego i aperiodyczny wzmacniacz. Ku i Bu opisują wtedy zależności :

Musimy założyć że element wzmacniający ma pomijalnie małe sprzężenie zwrotne oraz że admitancje wej i wyj zostały uwzględnione w wielkościach: G, C, Ls, L,

14. Dlaczego dwójnik typu N i S w układach generatorów powinny współpracować z innymi konfiguracjami obwodów rezonansowych , podać jakimi.

- typ N(o oporze ujemnym uzależnionym napięciowo) - W miarę narastania drgań wartość bezwzględna konduktancji ujemnej maleje, tzn. maleje oddawana do obwodu moc czynna. Aby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumienia malał tzn. pierwiastki równania ch-cznego przemieszczały się z prawej ku lewej półpłaszczyźnie S, dwójnik N musi współpracować z obwodem rezonansowym typu równoległego, admitancja tego obwodu w rezonansie jest rzeczywista i minimalna. w dwójniku typu S jest odwrotnie gdy drgania narastają wartość bezw. Konduktancji ujemnej rośnie, (. rośnie oddawana do obwodu moc czynna.) czyli Aby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumienia malał, dwójnik typu S

musi współpracować z obwodem selektywnym typu szeregowego obwodu rezonansowego, którego impedancja w rezonansie jest rzeczywista i minimalna

15. Uzasadnić że dwójnik typu S w układzie generatora powinien pracować z szeregowym układem rezonansowym

--Typ S (o oporze ujemnym uzależnionym prądowo ) W miarę narastania drgań wartość bezwzględna konduktancji ujemnej rośnie, tzn. rośnie oddawana do obwodu moc czynna. Aby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumienia malał tzn. pierwiastki równania ch-cznego przemieszczały się z prawej ku lewej półpłaszczyźnie S, dwójnik ten musi współpracować z obwodem selektywnym typu szeregowego obwodu rezonansowego, którego impedancja w rezonansie jest rzeczywista i minimalna.

16. Na czym polega wzbudzenie drgań w dwójnikowym generatorze typu S. Dlaczego wykorzystuje się szeregowy obwód rezonansowy.

--Typ S (o oporze ujemnym uzależnionym prądowo ) W miarę narastania drgań wartość bezwzględna konduktancji ujemnej rośnie, tzn. rośnie oddawana do obwodu moc czynna. Czeli żeby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumienia malał tzn. pierwiastki równania ch-cznego przemieszczały się z prawej ku lewej półpłaszczyźnie S, dwójnik ten musi współpracować z obwodem selektywnym typu szeregowego obwodu rezonansowego, którego impedancja w rezonansie jest rzeczywista i minimalna.

Wzbudzenie drgań w dwójnikowym generatorze typu S polega na spełnieniu granicznych warunków oscylacji:

• warunek fazy:

-warunek amplitudy:

17. Uzasadnić dlaczego w generatorze dwójnikowym typu N należy stosować obwód rezonansowy równoległy

- typ N(o oporze ujemnym uzależnionym napięciowo) - W miarę narastania drgań wartość bezwzględna konduktancji ujemnej maleje, tzn. maleje oddawana do obwodu moc czynna. Aby ze wzrostem amplitudy drgań stopień odtłumienia malał tzn. pierwiastki równania ch-cznego przemieszczały się z prawej ku lewej półpłaszczyźnie S, dwójnik N musi współpracować z obwodem selektywnym typu równoległego obwodu rezonansowego, którego admitancja w rezonansie jest rzeczywista i minimalna.

18. Uzasadnić że opis macierzowy jest opisem uniwersalnym warunków wzbudzenia w generatorze czwórnikowym.

Każdy rodzaj sprzężenia na przykład napięciowego czy prądowego, szeregowego i równoległego jest równoważny odpowiedniemu sposobowi połączeń czwórnika wzmacniacza k i czwórnika sprzężenia zwrotnego  na wejściu i wyjściu czyli może być opisany macierzą całkowitą która jest sumą macierzy składowych

D- macierz wypadkowa

d(beta małe),d- uogólnione macierze czwórników k i β

D=d+d;. Warunkiem analizy macierzowej jest: det D=0; detD=D₁₁*D₂₂- D₁₂*D₂₁;-graniczny warunek generacji, przy pomocy parametrów macierzy D można wyznaczyć transmitancję całego układu , na podstawie tych określeń wynika równoważność warunku generacji z warunkiem k*=1

19. Dlaczego generator czwórnikowy najwygodniej zrealizować w konfiguracji OE + czwórnik typu 

dla spełnienia warunków generacji konieczne zastosowanie jest takiego czwórnika sprzężenia zwrotnego aby argβ =PI, i spełniony był warunek argku+argβu=2PI

stosując obwody rezonansowe z dzieloną reaktancją czyli typu PI z konfiguracją OE możemy spełnić wymagania co do struktury generatora:

• 1-stopniowy wzmacniacz selektywny odwracający fazę sygnału generowanego o 180 st. Jest obciążony dostrojonym do rezonansu obwodem równoległym;

• aperiodyczny obwód sprzężenia zwrotnego przesuwa fazę sygnału generowanego o 180 st.

• Dobroć układu jest duża tzn. konduktancje są pomijalnie małe wobec susceptancji

Przykładem może być generator Colpittsa i Hartleja

20. Dlaczego korzystna jest realizacja gen. czwórnikowego w układzie: wzmacniacz OE i czwórnik typu . Jakie warunki musi spełniać czwórnik .

dla spełnienia warunków generacji konieczne zastosowanie jest takiego czwórnika sprzężenia zwrotnego aby argβ =PI, i spełniony był warunek argku+argβu=2PI

. stosując obwody rezonansowe z dzieloną reaktancją czyli typu PI z konfiguracją OE możemy spełnić wymagania co do struktury generatora:

• 1-stopniowy wzmacniacz selektywny odwracający fazę sygnału generowanego o 180 st. Jest obciążony dostrojonym do rezonansu obwodem równoległym;

• aperiodyczny obwód sprzężenia zwrotnego przesuwa fazę sygnału generowanego o 180 st.

• Dobroć układu jest duża tzn. konduktancje są pomijalnie małe wobec susceptancji

Jeżeli założymy że dobroć jest nieskończenie duża to te wymagane przesunięcie fazy o 180 st transmitancji βu=Us/Uo zachodzi gdy susceptancje B1 i B3 są przeciwnego znaku oraz moduł sprzęgającej B3 jest mniejszy od modułu B1, warunkiem jest również aby B2 która uzupełnia obwód rezonansowy ma mieć ten sam znak co B1 , na podstawie tych warunków otrzymujemy:

• gen. Z dzieloną pojemnością , Colpittsa czyli ze sprzężęniem indukcyjnym

• gen. Z dzieloną indukcyjnością, hartleja, ze sprzężeniem pojemnościowym

21. Omówić podstawowa konfiguracje i warunki wzbudzenia czwórnikowego generatora LC.

Podstawowymi konfiguracjami generatorów LC ze sprzężeniem zwrotnym napięciowym równoległym są generatory :

a)Colpittsa , układ ze sprzężeniem indukcyjnym czyli z dzieloną pojemnością

b)Hartleja, ze sprzężeniem pojemnościowym, z dzieloną indukcyjnością

c)Meissnera, wykorzystuje przesunięcie fazy o 180 st wnoszone przez transformator sprzęgający

warunek amplitudy może tu być spełniony na dwa sposoby:

I ku I>>1, I βu I<<1-w takim przypadku odziaływanie wejścia wzm na jego wyj jest słabe co pozwala nam na utrzymanie małej konduktancji obciążenia, czyli jest to wtedy wzm napięciowy

I ki I>>1, I βi I<<1- mamy silne odziaływanie wejścia wzm na jego wyjście,układ pracuje w stanie bliskim zwacia

Graniczny warunek generacji :

DetY=Y11Y22-Y12Y21=0

Warunek fazy: detG-detB=0

Warunek amplitudy: G21G12+G12B22-G11B22-G22B11>=0

Gdy założymy że czwórnik reaktancyjny jest odwracalny: B12=B21

Wówczas graniczny warunek generacji zapisujemy jako warunek fazy:

DetG=B11B22-B12^2

Warunek amplitudy: (G21+G12)B12-G11B22-G22B11>=0

22. Wyjaśnić mechanizm wzbudzenia się układu gen. Czwórnikowego przy zerowych war. początkowych (po włączeniu zasilania).

Jeśli w zerowym stanie początkowym parametry małosygnałowe K_u i _u układu będą takie, ze warunek amplitudy będzie spełniony z „nadmiarem”. (K_u * _u> 1) tzn. moc czynna odtłumiająca obwód będzie przewyższała jego moc strat, to dowolnie małe drgania początkowe będą narastały , aż do takiej amplitudy , przy której na skutek nieliniowości układu wartości uśrednione | K_u| bądź |_u| zmaleją tak aby był spełniony warunek równowagi. Odpowiada to początkowemu położeniu pierwiastków równania charakterystycznego układu w prawej półpłaszczyźnie S i ich przemieszczeniu się w kierunku osi j w miarę narastania drgań.

23. Jakie mozliwości opisu pracy gen. Daje metoda wolnozmiennej amplitudy, przedstawić interpretacje graficzna.

Metoda ta oparta jest na założeniu małej nieliniowości i dużej dobroci układu, może być użyta do badania stanów nieustalonych np. procesu narastania drgań generatora.

24. Podać założenia i możliwości analityczne metody wolnozmiennej amplitudy w odniesieniu do generatorów.

Istotnym założeniem upraszczającym tej metody jest przyjęcie, ze w ciągu 1 cyklu drgań amplituda A(t) zmienia się tak nieznacznie, ze można ją uznać za stałą w tym przedziale czasu. Założenia malej nieliniowości, dużej dobroci obwodu , może być użyta także do badania stanów nieustalonych , procesu narastania drgań generatora.

25. Jak można wpłynąć na szybkość narastania drgań w generatorze czwórnikowym . jak zmieni to warunki pracy generatora?

Na szybkość zmian narastania drgań w generatorze można wpłynąć za pomocą zmiany amplitudy. Wzrost amplitudy powoduje zmniejszenie lokalnego nadmiaru częstotliwości , który jest proporcjonalny do szybkości narastania drgań i jeśli nadmiar częstotliwości osiągnie 0 to mamy stan równowagi w którym : -Im/Um=G jest to uśredniona ujemna konduktancja. Tn= 6,2/ gdzie : Tn -czas narastania,  początkowa wartość niestabilności. Jeżeli chcielibyśmy zwiększyć szybkość narastania to nie uniknęlibyśmy zakłóceń gdyż zależą one od  

26. Jak na parametry robocze generatora wpływa duża wartość początkowego nadmiaru niestabilności ?

Ze wzrostem początkowego nadmiaru niestabilności rośnie szybkość narastania drgań ale zwiększa się tez jednocześnie amplituda w stanie ustalonym i zawartość harmonicznych.

27. Jak stopień podziału susceptancji n=B1/B2 wpływa na warunki pracy gen. czwórnikowego?

Aby warunek amplitudy mógł być spełniony dla n>0 , konieczne jest by G21+G12>0; 4G11*G22<<|G11*G21|. Wniosek ten formuje wymagania by przy obciążeniu rzeczywistym, tzn. dostrojenie obwodu : wzmacniacz i czwórnik sprzężenia zwrotnego przesuwały fazę o 180 st. Każdy- jeśli nierówności są zachowane to graniczny warunek amplitudy może być spełniony przy 2 wartościach n >=n2~=G11/(G12 +G21) lub n <=n1~=(G21+G12)/G22.

Wniosek ten umożliwia realizacje warunku amplitudy przy dużym wzmocnieniu napięciowym i małym prądowym lub odwrotnie.

28. Jakie właściwości ma gen. czwórnikowy w konfiguracji aperiodyczny wzmacniacz , selektywny czwórnik sprzężenia zwrotnego?

- sprzężenie zwrotne jest „czysto” dodatnie i najsilniejsze dla pulsacji rezonansowej 0 - korzystne warunki generacji

• wartość dobroci Q jest uzależniona od parametrów obwodów drgających LC, natomiast nie jest bezpośrednio uwarunkowana wartością wzmocnienia Ku0 (tzn. nie zależy w sposób bezpośredni od elementów czynnych)

• efektywna dobroć obwodu jest proporcjonalna do wzmocnienia wzmacniacza aperiodycznego.

29. Wyjaśnić i objaśnić czynniki ograniczające zakres pracy generatorów LC.

• mała aktywność elementu wzmacniającego na skutek wpływu czasu przelotu nośników prądu i indukcyjności doprowadzeń

• wraz ze wzrostem częstotliwości pogarsza się wzmocnienie

• rośnie udział reaktancji pasożytniczych elementu aktywnego (np. pojemności dyfuzyjne , złączowe) przez co pogarsza się stałość częstotliwości, przy wyższych częst.

• Rosną zniekształcenia nieliniowe

• rośnie udział parametrów pasożytniczych obwodów , maleje dobroć.(zakłócenia w sygnale wyjściowym, rośnie niestabilność układu, może dojść do zerwania drgań)

• należy wykorzystywać elementy aktywne poniżej ich częstotliwości granicznych

30. W jaki sposób klasa pracy zastosowanego elementu wzmacniającego wpływa na warunki pracy generatora?

Charakterystyki dynamiczne wzmacniaczy klas A,B,C.

Stan równowagi trwałej może mieć miejsce tylko wtedy gdy charakterystyka dynamiczna wzmacniacz przecina charakterystykę obciążenia ( charakterystyka sprężenia zwrotnego) od góry

Warunki samowzbudzenia w tym przypadku zapisujemy: kuo*βuo>1 , (Uom/Usm)*βu=1

W przypadku wzmacniacz klasy C widzimy że generator nie spełnia tych warunków ale może podtrzymywać drgania w punkcie Q, natomiast przy pracy w klasach A i B spełnione są warunki samowzbudzenia, czyli powstawania i podtrzymywania drgań

---