1. Schemat blokowy i parametry oscyloskopów cyfrowych.

Parametry: częstotliwość próbkowania (liczba sampli na sek.), max częstotliwość sygnały wejściowego, max poziom sygnału wejściowego, rozdzielczość przetwornika (typowo 8bit), czułość, impedancja wejściowa.

2. Kiedy w analizie układów elektronicznych nie wolno pominąć zjawisk falowych ?

Zjawisk falowych nie można pominąć, jeżeli największy wymiar długości układu elektronicznego jest porównywalny z długością fali elektromagnetycznej λ - mamy do czynienia z układami o parametrach rozłożonych. $\ \lambda = \frac{c_{0}}{f\ }$. 50 Hz - 6000km, 1 MHz - 300m.

3. Jakie są zalety korzystania przy pracy z oscyloskopem - sondy oscyloskopowej - wyjaśnić na podstawie schematu zastępczego.

Sonda umożliwia pomiary oscyloskopowe przy dołączeniu stosunkowo niewielkiej pojemności oraz pomiary sygnałów nawet o dużej amplitudzie poprzez zastosowanie dzielnika napięciowego 1:10

4. Do czego służą sondy z wejściem różnicowym.

Sondy takie służą do pomiarów sygnałów nie odniesionych do potencjału zerowego - nieuziemionych. Mierzenie tego typu sygnałów zwykłą sondą wymuszałoby użycie dwóch kanałów oscyloskopu i odjęcia od siebie potencjałów.

5. Rezystory warstwowe węglowe i metalowe: parametry, właściwości.

Węglowe: tanie w produkcji, wysoki współczynnik temperaturowy (TWR: +- 500 mmp/^oC), zła stabilność długotrwała, dosyć wysoki poziom szumów, dość wysoka wytrzymałość na przeciążenia impulsowe. Metalowe: dobrze pracują dla wysokich częstotliwości, niski współczynnik temperaturowy (TWR: +- 50ppm/^oC), dobra stabilność długotrwała, niski poziom szumów, niska wytrzymałość na przeciążenia impulsowe.

6. Co określa dyrektywa RoHs.

Dyrektywa ta wymusza w krajach UE aby produkcja przemysłowe (również urządzeń elektronicznych) odbywała się bez użycia metali ciężkich takich jak ołów, rtęć czy kadm. Aby dostosować przemysł elektroniczny do założeń tej dyrektywy należało wprowadzić technologie lutowania bezołowiowego, które jest zawodne i podatne na zimne luty.

7. Kiedy stosuje się kondensator jako element sprzęgający a kiedy jako odprzęgający.

Jako element sprzęgający stosujemy, gdy chcemy zablokować napięcie stałe i przepuścić tylko napięcie zmienne. Natomiast kondensatory odprzęgające jako odfiltrowujące tętnienia zasilania przenoszone na układ - niwelują napięcie zmienne, które występuje razem z napięciem stałym. Najczęściej stosuje się dwa kondensatory jeden dla mniejszych częstotliwości, drugi rzędu 100nF dla wysokich częstotliwości.

8. Jak wyznacza się tg kąta strat kondensatorów.

Kąt δ stanowi dopełnienie do 90 kąta między napięciem a prądem płynącym przez kondesator przy określonej częstotliwości. $\text{tg}\delta = \ \frac{U_{R}}{U_{S}} = \ \frac{\frac{IR_{S}}{I}}{2\text{πfC}} = 2\text{πf}R_{S}C = \ \omega R_{S}C$

9. Jakie są charakterystyki częstotliwościowe idealnego kondensatora i cewki.

Kondensator to samo tylko ma -20dB/dek i ch-ka spada liniowo.

10. Model pasmowy półprzewodników.

Żeby w danym materiale mógł płynąć prąd muszą zaistnieć swobodne nośniki - pojawiają się one gdy elektrony z pasma walencyjnego, pokonując pasmo zabronione, do pasma przewodnictwa. Aby nośniki przeszły przez pasmo zabronione musi być dostarczona energia z zewnątrz co najmniej tak duża jak przerwa zabroniona, z reguły ok 2 eV. elektronów towarzyszy generacja dziur - ładunku +.

11. Co powoduje przepływ prądu unoszenia, a co przepływ prądu dyfuzji?

Prąd przepływu i prąd dyfuzji to zjawiska charakteryzujące złącze pn . W materiałach półprzewodzących nośnikami ładunku są swobodne elektrony i swobodne dziury. Wyróżniamy półprzewodniki o typach przewodnictwa p i n. Złącze pn to styk obszarów o różnym typie przewodnictwa. W obszarze typu p koncentracja swobodnych dziur przewyższa koncentrację elektronów (dziury są nośnikami większościowymi a elektrony mniejszościowymi). Odwrotnie jest obszarze typu n - więcej elektronów niż dziur (elektrony większościowe a dziury mniejszościowe). . Przepływ nośników większościowych z jednego obszaru do drugiego powoduje prąd dyfuzji a przepływ nośników mniejszościowych powoduje prąd unoszenia. Ze względu na niską koncentrację nośników mniejszościowych wartość prądu unoszenia jest niewielka, rzędu mikroamperów.

12. Na czym polega ograniczenie prądu udarowego przez termistor NPT.

jest nieliniowym rezystorem, którego rezystancja zależna jest silnie od temperatury materiału oporowego. Termistor ten posiada ujemny współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. W chwili załączenia zasilania prąd ograniczany jest przez zwiększoną rezystancję termistora. Rezystancja ta maleje po nagrzaniu termistora, pozwalając na przepływ prądu

znamionowego przy niewielkich stratach mocy. Gdy prąd jest w stanie ustalonym, to termistor ma tak małą rezystancję, że można go traktować jako zwarcie.

13. Warystory - przykłady zastosowania.

Warystor to półprzewodnikowy element o nieliniowej charakterystyce prądowo napięciowej. Zastosowanie: zabezpieczenie urządzeń przed przepięciami, ochrona styków, ograniczenie iskrzenia w momencie otwierania styków, odgromniki, ochrona linii wysokiego napięcia.

14. Polaryzacja złącza PN przewodzenia i wsteczna.

Polaryzacja czyli dołączenie do złącza pn źródła napięcia stałego powoduje, że w obszarze złącza pojawia się drugie pole elektryczne co prowadzi do zakłócenia zerowego bilansu prądów złącza (jaki jest w złączu nie spolaryzowanym). Przewodzenia: +p -n. zewnętrzne pole pochodzące od źródła skierowane jest przeciwnie do pola wewnętrznego. Przy osłabieniu pola wewnętrznego - poprzez napięciu zewnętrznym o wartości takiej jak napięcie bariery potencjału (dla złącza Si 0,6 do 1,0 V) - płynący prąd jest prądem nośników większościowych, o dużym natężeniu i ma charakter prądu dyfuzyjnego. Jest to prąd przewodzenia. Wsteczne +n-p: Przy wzmacnianiu pola zewnętrznego następuje zahamowanie dyfuzji i zmniejszenie prądu unoszenia do wartości mniejszych od prądu dyfuzji. Wypadkowy prąd ma małe natężenie i charakter prądu unoszenia. Jest to prąd wsteczny.

15. Jak definiujemy czas odzyskiwania zdolności zaworowej t_rr diody?

Jeżeli dioda pracująca w stanie przewodzenia nagle zostanie wprowadzona w stan polaryzacji wstecznej (nagłym zmniejszeniem napięcia zasilania do zera i odwróceniu jego polaryzacji) obserwować się będzie krótkotrwały przepływ prądu wstecznego kilkakrotnie większej dane wynikające z charakterystyki statycznej. W stanie przewodzenia pojawia się duży ładunek dyfuzyjny. Czas t_rr to czas w trakcie trwania którego wyprowadzane są nośniki z obszaru złącza w celu uzyskania polaryzacji wstecznej. Czas ten można określić jako czas w którym trwa rozładowanie pojemności dyfuzyjnej diody oraz naładowanie pojemności warstwy zaporowej złącza.

16. Jaki jest rząd wielkości trr dla diody prostowniczej, szybkiej, Schottky’ego?

Dioda prostownicza: t_rr wynosi od kilkunastu do kilkudziesięciu mikrosekund. Diody Schottky'ego na prądy do 300 A kilkaset nanosekund, dla diod na mniejsze prądy kilka nanosekund. Szybka do kilkuset nanosekund.

17. Dioda Schottky'ego charakteryzuje się:

zawiera złącze metal - półprzewodnik, zerową pojemnością dyfuzyjną, znacznie lepszymi właściwościami dynamicznymi od diod pn, Czasem nawrotu zdolności zaworowych od kilku do kilkuset nanosekund, niższym niż w diodach pn spadkiem napięcia w stanie przewodzenia, stotsunkowo niską wytrzymałością na przebicie w kierunku wstecznym zwykle 30 do 50 V.

18. Jakie elementy umożliwiają zdalny bezkontaktowy pomiar temperatury ?

termistor, termoelement (termopara), element fotoelektryczny (np. detektory podczerwieni)

19. Przykładowa charakterystyka modułu ogniw fotowoltaicznych.

20. Fototranzystor i fotodioda - porównanie.

Fotodioda - promieniowanie świetlne padające na złącze p-n powoduje wytworzenie nośników, praca przy polaryzacji zaporowej, złożona z 2 obszarów: n-p lub p-n Fototranzystor – promieniowanie świetlne padające na obszar bazy powoduje wytworzenie nośników, spolaryzowany jak zwykły tranzystor, złożony z 3 obszarów: n-p-n lub p-n-p

- czułość fototranzystora jest kilkadziesiąt razy większa niż czułość fotodiody

- szybkość zmian fotoprądu w tranzystorach jest znacznie mniejsza niż w fotodiodach

- szumy w fotodiodach są znacznie mniejsze niż w fototranzystorach.

21. Na charakterystykach fotodiody zaznaczyć obszar fotowoltaiczny oraz przykładowy punkt pracy w tym obszarze.

Obszarem pracy fotodiody jest IV ćwiartka układu współrzędnych. Przy obciążeniu fotodiody rezystorem R punkt pracy wyznacza przecięcie prostej obciążenia z charakterystyką ogniwa. Ubj - napięcie biegu jałowego, Iz - prąd zwarcia.

22. Diody laserowe wykorzystują promieniowanie wymuszone, powstające w warunkach inwersji obsadzenia stanów, tzn. że w paśmie przewodnictwa znajduje się więcej elektronów niż w paśmie walencyjnym. Jakimi metodami uzyskuje się w złączu p-n warunki inwersji obsadzenia stanów ?

Należy dostarczyć dostatecznie duże natężenie prądu, aby więcej elektronów znajdowało się na wyższej powłoce walencyjnej niż na niższej.

23. Tranzystory unipolarne: symbole graficzne i charakterystyki przejściowe I_D(U_GS).

Tranzystory dzieli się na z bramką izolowaną i oddzieloną złączem pn i ze względu na typ kanału (t albo p) i sposobem pracy wzbogac. czy zuboż.

Charakterystyka Id(Ugs) przy stałym Uds. E - wzbogacanie, D - zubożanie, NMOS - izolowana bramka, kanał n. PMOS kanal p.

24. Tranzystory unipolarne - charakterystyki wyjściowe Id(Uds) oznaczyć obszar aktywny, do czego jest wykorzystana praca tranzystora w tych obszarach?

Zakres omowy – tranzystor można traktować jako rezystor o rezystancji sterowanej wartością napięcia U_GS

Zakres aktywny – tranzystor można traktować jako źródło prądowe sterowane napięciem U_GS

Ugs - stała - napięcie bramka - źródło. Id - prąd drenu, Uds - napięcie dren źródło.

25. Tranzystor bipolarny npn – charakterystyki wyjściowe I_C(U_CE), prosta obciążenia, obszar bezpiecznej pracy.

Ic - prąd kolektora, Uce - napięcie emiter - kolektor

Stale jest Ib - prąd bazy. Stan aktywny.

26. Tranzystor z izolowaną bramką IGBT – schemat zastępczy.

27. Sprawność wzmacniacza – wzór ?

gdzie:

U₀ – napięcie wyjściowe

U – napięcie zasilania

28. Jakie są podstawowe rodzaje wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym ?

napięciowo-szeregowe, napięciowo-równoległe, prądowo-szeregowe prądowo-równoległe.

29. Do czego służy analiza małosygnałowa wzmacniaczy tranzystorowych ?

Analiza małosygnałowa pozwala wyznaczyć podstawowe parametry wzmacniacza takie jak:

wzmocnienie napięciowe w środku pasma przenoszenia, pasmo przenoszenia, rezystancja wejściowa, rezystancja wyjściowa.

30. Jaki jest wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na pasmo przenoszenia wzmacniacza dolnoprzepustowego ?

Ujemne sprzężenie zwrotne zwiększa pasmo przenoszenia wzmacniacza.

31. Co określa współczynnik CMRR we wzmacniaczu różnicowym?

Współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (Common Mode Rejection Ratio) - to stosunek współczynnika wzmocnienia napięciowego wejściowego sygnału różnicowego K_udiff do współczynnika wzmocnienia napięciowego wejściowego wspólnego K_ucom. CMRR = Kudiff/Kucom. Im większy tym lepszy. Praktycznie stosowanym sposobem zwiększenia CMRR jest zastąpienie rezystora emiterowego źródłem prądowym.

32. Charakterystyka przenoszenia wzmacniacza operacyjnego w układzie otwartym.

U_o - sygnał wejściowy. Uidiff - napięcie wejściowe różnicowe, Uee - najbardziej ujemne napięcie zasilające układ, Ucc - najbardziej dodatnie. Dwa skrajne odcinki charakterystyki przebiegjace prawie pionowo odpowiadają stanom nasycenia wzmaka - nie wzmacnia sygnałów. W stanie nasyconym napięcie wyjściowe różni sie zwykle o ok 1V od zasilania.

33. Wzmacniacz odwracający, dobór rezystorów, charakterystyka U_o(U_i) podpisać wykresy i podać charakterystyczne punkty (stan nasycenia i wzmacnianie).

34. Wzmacniacz nieodwracający.

35. Przerzutnik Schmitta, dobór rezystorów do zadanej charakterystyki U_o(U_i) ?

36. Wzmacniacze mocy: podstawowe parametry, klasyfikacja.

paramerty: wzmocnienie mocy, moc wyjściowa, moc strat, sprawność , pasmo przenoszenia częstotliwości, kąt przepływu prądu wymuszony punktem pracy, współczynnik zawartości harmonicznych. klasy: A (oznacza pracę tranzystora wyłącznie w stanie aktywnym) λ = 360 st., B (jeden tr jest w stanie aktywnym przy jednej biegunowości Ui a drugi jest aktywny przy innej biegun.) <360, C =180 (przewodzi prąd w postaci różnie odkształconych impulsów), D <180 (wzmacniacze impulsowe), Klasa AB.

37. Wzmacniacz przeciwsobny: schemat, właściwości.

Dwa bipolar. tranzystory pnp i npn. W stanie aktywnym jest tylko jeden z nich. W stanie nasycenia pnp (max Uo; Uce ponizej 1V) wzmacniacz nie wzmacnia napięcia ale prąd wejściowy jest prądem bazy a prąd wyjściowy prądem emitera, zatem następuje wzmocnienie prądu tylokrotnie ile wynosi współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora h_21e+1. Kp ≈ h_21E

Równanie opisujące charakterystykę: U_i = U_BE +U_o, w stanie nasycenia U_i ≈ U_o.

Sprawność: $\eta = \ \frac{I_{o}U_{o}}{I_{o}U\ } = \ \frac{U_{o}}{U}$.

Maksymalna moc sygnału stałoprądowego: $P_{\text{omax}} = \ \frac{U^{2}}{R_{L}}$

Maksymalna moc strat: $P_{\text{Cmax}} \approx \frac{\left( 0,5\ U^{2} \right)}{R_{L}} = 0,25\ P_{\text{omax}}$

39. Generatory z rezonatorem kwarcowym : schemat zastępczy, właściwości.

Charakteryzuje się bardzo dobrą stabilizacją częstotliwości zwłaszcza w zależności od temperatury. Przy rezonansie mechanicznym prąd opóźnia się względem napięcia - dla tej częstotliwości rezonator zachowuje się jak indukcyjność a nie jak kondensator. Zastosowanie rezonatora kwarcowego zapewnia utrzymanie stałej częstotliwości generatora z uchybem rzędu promila.

40. Schematy blokowe zasilaczy: -ze stabilizatorem szeregowym liniowym, - oraz impulsowych.

41. Wyjaśnić działanie stabilizatora równoległego z diodą Zenera, jakimi parametrami można opisać taki stabilizator ?

Dioda Zenera w tym układzie pracuje poniżej napięcia przebicia. Napięcie na diodzie praktycznie nie zależy od napięcia zasilania E i zmienia się minimalnie przy znacznych zmianach prądu. Warunkiem pracy tego układu jest wymuszenie odpowiedniego prądu diody Iz z przedziału (Izmin; Izmax). Przy dużych wahaniach źródła E lub zmiennym obciążeniu RL napięcie jest stabilizowane. Parametry: dopuszczalne straty mocy, zakres dopuszczalnych napięć zasilających zakres prądów Iz (dla poprawnej pracy), współczynnik temperaturowy diody Zenera.

42. Wyjaśnić działanie układu regulacji automatycznej w stabilizatorze szeregowym ?

Gdy następuje zmniejszenie napięcia Uo, to proporcjonalnie spada spada napięcie αUo, ponieważ napięcie Un jest w przybliżeniu stałe, to między wejściami wzmacniacza powstaje napięcie sygnału błędu, które jest wzmacniane. Następuje zmniejszenie rezystancji statycznej tranzystora TM (dzięki lepszemu wysterowaniu). W konsekwencji zwiększa się prąd i napięcie U_o utrzymuje się na stałym poziomie.

43. Przetwornica napięcia DC/DC typu Flyback, zasada działania.

a) pierwszy etap: włączony tranzystor i wyłączona dioda

Strumień magnetyczny jest związany tylko z prądem uzwojenia pierwotnego który jest coraz większy co określa zależność:

$i_{1}\left( t \right) = \frac{E}{L_{1}}t + I_{o}$

b) drugi etap: wyłączony tranzystor, włączona dioda Strumień magnetyczny jest związany tylko z prądem uzwojenia wtórnego który jest coraz mniejszy co określa zależność: $i_{2}\left( t \right) = \ \frac{- U_{0}}{L_{2}}t + I_{2m}$

44. Przetwornice beztransformatorowe DC/DC podwyższające i obniżające napięcie.

D – wspołczynnik wypełnienia sygnału kluczującego

45. Poziomy napięć i marginesy zakłóceń w standardzie TTL

Napięcia wejściowe stan niski: -0,5 V do 0,8 V; Napięcie wejściowe stan wysoki od 2V do 5,5 V; napięcie wyjściowe stan niski: od 0V do 0,4 V. napięcia wyjściowe stan wysoki: 2,4 do 5V.

46. Objaśnić, jaki jest sens wprowadzenia stanu wysokiej impedancji w układach cyfrowych ?

Stan wysokiej impedancji został wprowadzony dla sytuacji, gdy podłączone jest kilka urządzeń, ale jednocześnie może pracować tylko jedno z nich (przykładowo z powodu obecności iloczynu na drucie). Wtedy wszystkie niepracujące urządzenia są w stanie wysokiej impedancji, co się cechuje brakiem poboru prądu (brakiem obciążalności) z linii.

47. Jak definiuje się w układach cyfrowych czas propagacji tp ?

czas upływający od chwili zmiany stanu wejścia układu logicznego lub elementu logicznego do chwili ustalenia stanu wyjść, będącej reakcją na tę zmianę wejścia. Czas propagacji jest podstawowym parametrem charakteryzującym szybkość działania elementów i układów logicznych. W zależności od charakteru zmiany stanu wyjścia wyróżnia się dwa czasy propagacji: dla przejścia ze stanu wysokiego do niskiego t_pHL i z nieskiego do wysokiego t_pLH.. t_p to uśredniony czas propagacji; $t_{p} = \ \frac{t_{\text{pLH}} + \ t_{\text{pHL}}}{2}$.

48. Przedstawić charakterystykę przenoszenia Uo(Ui) bramki z wejściem Schmitta, kiedy wykorzystuje się bramki tego typu

Bramki te są stosowane na wejściach układów cyfrowych do formowania impulsów zwłaszcza przy silnych zakłóceniach. Stosuje się również do: budowy generatorów, wszędzie tam, gdzie pożądane jest wysokie nachylenie i zbocza sygnału, do tego, żeby układ nie przełączał swojego stanu logicznego pod wpływem szumów.

49. Jakie są podstawowe technologie realizacji układów cyfrowych.Układy w technologii TTL wymagające stałego przepływu prądu oraz napięcia zasilającego 5V. W tej technologii buduje się wiele ukłądów logicznych takich jak bramki NAND. Układy CMOS - wolniejsze od TTL ale najbardziej podatne na dużą skale scalenia - oparte na tranzystorach MOS, pobierająca prąd impulsowo tylko podczas przełączania tranzystorów, pracuje w zakresie napięcia zasilania od 3 do 18 V, buduje się z nich np pamięci RAM. Układy ECL najszybsze lecz zajmujące najwięcej miejsca i najwięcej mocy.

50. Na przykładzie dowolnej bramki NAND wyjaśnić kierunki prądów w stanie niskim i wysokim. Gdy na wejście bramki podawany jest stan niski prąd wypływa z bramki. Gdy stan wysoki prąd wypływa. Gdy na wyjściu bramki jest stan niski prąd wpływa do bramki a gdy wysoki prąd wpływa.