11. Małosygnałowy schemat zastępczy tranzystora bipolarnego . Podać definicje współczynników „h” równań hybrydowych.

Tranzystor traktujemy jako czwórnik i napięcie na wejściu i prąd wyjściowy tranzystora pracującego w układzie OE jest opisany następująco:

,

,

przy czym:

- impedancja wejściowa przy zwartym wyjściu,

- współczynnik przenoszenia wstecznego przy rozwartym wejściu,

- współczynnik przenoszenia prądowego przy zwartym wyjściu,

- admitancja wyjściowa przy rozwartym wejściu.

12. Co to jest sprzężenie zwrotne, do czego służy, podać przykład zastosowania.

Sprzężenie zwrotne w układach elektronicznych polega na doprowadzeniu części sygnału wyjściowego z powrotem do wejścia. Część sygnału wyjściowego, zwana sygnałem zwrotnym, zostaje skierowana do wejścia układu i zsumowana z sygnałem wejściowym, wskutek czego ulegają zmianie warunki sterowania układu (rys 1.)

Rys. 1 Ogólny schemat układu ze sprzężeniem zwrotnym

    Ujemne sprzężenie zwrotne ma miejsce, gdy fazy sygnału wejściowego i sygnału sprzężenia zwrotnego są przeciwne. Dla dodatniego sprzężenia zwrotnego fazy te są zgodne. Układ ze sprzężeniem napięciowo-równoległym (rys. 6), w którym sygnał sprzężenia zwrotnego jest proporcjonalny do napięcia wyjściowego i doprowadzany na wejście równolegle z sygnałem wejściowym. Gdy rezystancje obciążenia R_L i źródła R_g rosną, skuteczność tego sprzężenia zwiększa się. Układ powinien być sterowany prądowo.

Układ ze sprzężeniem zwrotnym napięciowym równoległym
a) schemat blokowy
b), c) przykłady zastosowań

    c) Układ ze sprzężeniem prądowo-równoległym (rys. 7), w którym sygnał sprzężenia zwrotnego jest proporcjonalny do prądu wyjściowego i doprowadzany na wejście równolegle z sygnałem wejściowym. Gdy rezystancja obciążenia R_L maleje, natomiast rezystancja źródła R_g rośnie, skuteczność tego sprzężenia zwiększa się. Układ powinien być sterowany prądowo.

Układ ze sprzężeniem zwrotnym prądowym równoległym
a) schemat blokowy
b), c) przykłady zastosowań

13. Wyjaśnić celowość stosowania ujemnego sprzężenia zwrotnego w elektronicznych układach.

Sprzężenie zwrotne nazywamy ujemnym, gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do wejścia układu jest przeciwna w porównaniu z fazą napięcia wejściowego.

    Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje zmniejszenie wzmocnienia wzmacniacza. Wynika to z faktu, że w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym doprowadzona na wejście część napięcia wyjściowego ma przeciwną fazę niż napięcie wejściowe, a więc odejmuje się od napięcia wejściowego. W rezultacie na wejściu wzmacniacza występuje mniejsze napięcie niż w przypadku braku ujemnego sprzężenia zwrotnego. Przy mniejszym napięciu wejściowym również napięcie wyjściowe ma mniejszą wartość. Ze względu na to, że źródło sygnału nie jest objęte pętlą sprzężenia zwrotnego, przy tym samym napięciu źródła otrzymujemy mniejsze napięcie wyjściowe, a zatem wzmocnienie układu ulega zredukowaniu.

Przykład: Przykład: K = 100, ၢ = 0,1 , wtedy wzmocnienie przy zamkniętej pętli wyniesie K_UF = 9,09. Jeżeli wzmacniacz będzie posiadał bardzo duże wzmocnienie K - > nieskończoności, 1/K -> 0, to współczynnik wzmocnienia całego układu wyniesie:

K_UF = 1/ၢ

Właściwości układu wzmacniacza o dużym wzmocnieniu z ujemną pętlą sprzężenia zwrotnego zależeć będą wyłącznie od parametrów pętli.

Dlaczego w układach stosuje się ujemne sprzężenie zwrotne?

Ujemne sprzężenie zwrotne, szeroko stosowane w układach wzmacniających, wpływa na ogół korzystnie na większość parametrów wzmacniaczy:

- poprawia stabilność wzmocnienia (układ jest mniej wrażliwy np. na wahania napięć zasilających i zmianę temperatury);

- zmniejszają się szumy i zniekształcenia (tak liniowe, jak i nieliniowe);

- zwiększa się górna częstotliwość graniczna (czyli ulega poszerzeniu pasmo);

- możliwe jest kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej;

- możliwa jest modyfikacja impedancji wejściowej i wyjściowej.

14. Klasyfikacja i krótka charakterystyka analogowych generatorów sygnału sinusoidalnego.

Generatory są to układy elektroniczne wytwarzające sygnały elektryczne o wartości zmieniającej się w czasie. Generator przetwarza stałoprądową energię źródła zasilającego w energię zmiennego sygnału wyjściowego. Kształt sygnału wyjściowego generatora jest zależny od jego budowy. Może to być sygnał okresowy o przebiegu sinusoidalnym lub niesinusoidalnym: prostokątnym, trójkątnym lub liniowym - piłokształtnym.

W układach analogowych najszersze zastosowanie mają generatory przebiegów sinusoidalnych. Podstawowymi parametrami opisującymi właściwości tych generatorów są:

• częstotliwość generowanego sygnału i jej stałość (stabilność częstotliwości);

• amplituda generowanego sygnału i jej stałość (stabilność amplitudy);

• zniekształcenia generowanego przebiegu harmonicznego (zawartość harmonicznych w generowanym sygnale).

Określenie "generator" dotyczy więc dużej grupy układów różniących się budową, przeznaczeniem i parametrami generowanych sygnałów. Pod względem budowy i zasady działania rozróżnia się trzy podstawowe rodzaje generatorów:

• generatory, w których jest wykorzystywane zjawisko niestabilności wzmacniacza objętego pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego;

• generatory z elementami aktywnymi charakteryzującymi się ujemną rezystancją dynamiczną;

• generatory, w których jest wykorzystywane zjawisko cyklicznego ładowania i rozładowania kondensatora przez element kluczujący (np. tranzystor jednozłączowy), po osiągnięciu przez kondensator pewnych progowych wartości napięcia.

Generator z pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego. Układ generatora zawiera wzmacniacz o wzmocnieniu AO, obwód ustalający częstotliwość drgań oraz pętlę sprzężenia zwrotnego, przez którą część sygnału wyjściowego wzmacniacza jest podawana zwrotnie na jego wejście tak, że przesunięcie fazowe między sygnałem wejściowym a wyjściowym wzmacniacza jest równe 0° (360°).

W generatorach z ujemną rezystancją dynamiczną są wykorzystywane drgania własne obwodu rezonansowego LC, którego rezystancja strat (rezystancja szeregowa indukcyjności i rezystancja obciążenia) jest kompensowana rezystancją ujemną elementu aktywnego (np. diody tunelowej).

Generatory sinusoidalne LC są zbudowane ze wzmacniacza odwracającego fazę objętego pętlą sprzężenia zwrotnego zawierającego obwód rezonansowy LC, którego zadaniem jest przesunięcie fazy o dalsze 180° (czyli w sumie o 360°, a więc sprzężenie jest dodatnie) tylko dla wybranej częstotliwości, określonej parametrami tego obwodu. Spełnienie warunku fazy i amplitudy można osiągnąć przez odpowiedni podział reaktancji obwodu LC lub za pomocą sprzężenia transformatorowego. Ze względu na rozwiązanie umożliwiające spełnienie warunku fazy i amplitudy rozróżnia się następujące podstawowe układy generatorów LC:

Generator kwarcowy jest to generator, w którym do określenia i stabilizacji częstotliwości generowanego sygnału zastosowano rezonator kwarcowy. Może on być włączony w układzie jako równoległy lub szeregowy obwód rezonansowy. Częstotliwość rezonansu równoległego wynosi:

15. Transoptory - rodzaje, budowa i zastosowanie.

Fotoodbiorniki możemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu przesłania sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie sygnałów z jednego układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych układów. Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w różnych obudowach) lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obudowie).
Transoptor jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym, składającym się z co najmniej jednego fotoemitera i co najmniej jednego fotodetektora, umieszczonych we wspólnej obudowie.

Transoptor może być:

• zamknięty - transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje za pomocą światłowodu,

• otwarty - transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje w powietrzu.

Transoptor pozwala przesyłać sygnały elektryczne z wejścia na wyjście bez połączeń galwanicznych obwodów wejściowego i wyjściowego.

W transoptorze rolę fotoemitera w obwodzie wejściowym spełnia zwykle dioda elektroluminescencyjna z arsenku galu GaAs. Na wyjściu transoptora może znajdować się fotodioda lub fototranzystor.

Rzadziej stosuje się fototyrystor, fotodarlington, fotodiodę i tranzystor, bramkę logiczną NAND. Transoptor pracuje w zakresie podczerwieni.

Parametry transoptora charakteryzują właściwości jego elementów składowych, tzn. diody elektroluminescencyjnej i fotodetektora.

Charakterystyka przejściowa przedstawia zależność prądu wyjściowego Io (np. prądu kolektor-emiter ICE fototranzystora) od prądu wejściowego II (np. prądu przewodzenia IF fotodiody). Z nachylenia tej charakterystyki możemy wyznaczyć wzmocnienie transoptora, nazywane również przekładnią prądową CTR




Wartość CTR zależy przede wszystkim od fotodetektora. Typowe wartości podano w tabeli.

Ważnym parametrem jest napięcie stałe izolacji UIO (lub napięcie zmienne Uio), tj. dopuszczalna wartość napięcia przyłożonego pomiędzy zwarte końcówki wejściowe i wyjściowe, nie powodująca przebicia elektrycznego izolacji transoptora. Napięcie to wynosi od kilkuset woltów do kilku, a nawet kilkudziesięciu kilowoltów.

W produkcji są także transoptory otwarte: refleksyjne i szczelinowe, w których obwód wejściowy jest sprzężony optycznie z obwodem wyjściowym za pośrednictwem przedmiotów zewnętrznych.

W transoptorach refleksyjnych promieniowanie wysyłane przez fotemiter ulega odbiciu od przedmiotu zewnętrznego i powraca do fotodetektora.

W transoptorach szczelinowych strumień promieniowania może być przerwany mechanicznie przez przedmiot wkładany w szczelinę między fotodetektorem a fotoemiterem.


Zastosowanie transoptorów.

Transoptory stosuje się:

• do galwanicznego rozdzielania obwodów, - np. w technice wysokich napięć,

• w technice pomiarowej i automatyce,

• w sprzęcie komputerowym,

• w sprzęcie telekomunikacyjnym.

Spełniają one również rolę potencjometrów bezstykowych oraz przekaźników optoelektronicznych, wykorzystywanych do budowy klawiatury kalkulatorów i komputerów.
W układach sygnalizacyjnych i zabezpieczających są stosowane jako:

• wyłączniki krańcowe,

• czujniki otworów,

• czujniki położenia,

• wskaźniki poziomu cieczy.

E

B

C

ၾ

h22

h11

h12UCE

UCE

UBE

IB

IC

h21IB

---