PEL KOLOKWIUM, Piotr Madej PWr

PYTANIA I PROBLEMY

P1. PÓŁPRZEWODNIKOWE ELEMENTY
BEZ ZŁĄCZA

A. Co to jest termistor? Do czego służy? Jakie są rodzaje termistorów - czym się różnią?

B. Co to jest termistor NTC i do czego może służyć?

C. Co to jest termistor PTC i do czego może służyć?

D. Czy słyszałeś o tzw. bezpieczniku kasowalnym? Opisz skrótowo zasadę działania takiego elementu.

E. Jaki element zastosujesz do ochrony przeciwprzepięciowej? Dlaczego?

F. Prąd płynący przez warystor zmalał 2 razy. Jak zmieniło się napięcie na nim, orientacyjnie?

G. Narysuj charakterystykę fotorezystora, omów ją.

H. Narysuj charakterystykę gaussotronu, omów ją.

P2. ZŁĄCZE PÓŁPRZEWODNIKOWE, DIODY

A. Co opisuje równanie Shockley'a? Podaj jego uproszczone wersje; kiedy można je stosować.

B. Kupiono trzy diody LED o różnych kolorach świecenia. Która z nich będzie miała najwyższe napięcie progowe U_T0 przewodzenia i dlaczego?

C. Czym odróżnia się dioda Schottky'ego od zwykłych diod prostowniczych?

D. Jakie znasz dwa podstawowe typy przebicia złączy p-n? Jakie są ich mechanizmy i właściwości?

E. Z jakim elementem i którą częścią jego charakterystyki wiążesz zjawisko Zenera? Czy występuje ono we wszystkich takich elementach? Czym odróżnia się ono od innych, podobnych zjawisk?

F. Do czego służą diody pojemnościowe? Jak są polaryzowane, aby wykorzystać ich własności?

G. Temperatura złącza p-n wzrosła o 50°C. Jak zmieniło się napięcie na nim przy stałym prądzie?

H. Temperatura złącza p-n zmalała o 30°C. Jak zmienił się prąd wsteczny tego złącza?

I. Narysuj charakterystykę napięciowo-prądową diody, oznacz specyficzne zakresy pracy.

P.3 ZASILACZE, PROSTOWNIKI, FILTRY

A. Czym różnią się prostowniki jedno- i dwupołówkowy?

B. Wymień główną zaletę i wadę impulsowych zasilaczy.

C. Scharakteryzuj filtr zasilacza z wejściem indukcyjnym; zalety, wady.

D. Scharakteryzuj filtr zasilacza z wejściem pojemnościowym; zalety, wady.

E. Napięcie tętnień w twoim zasilaczu ma prawie nie zależeć od obciążenia. Jaki zastosujesz filtr? A jak wyglądają takie charakterystyki innych filtrów?

P4. STABILIZATORY OGÓLNIE

A. Jakimi podstawowymi parametrami opisuje się jakość stabilizatora napięcia stałego?

B. Jakimi trzema parametrami opiszesz właściwości stabilizatora prądowego? Jakiego rzędu powinny one być w bardzo dobrym stabilizatorze?

C. Co jest podstawową cechą stabilizatorów parametrycznych? Narysuj przykład takiego stabilizatora.

D. Opisz różnice w zasadzie pracy stabilizatora parametrycznego i kompensacyjnego.

E. Opisz różnice w zasadzie pracy stabilizatora o działaniu ciągłym i impulsowego.

F. Opisz zasadę pracy stabilizatorów kompensacyjnych. Jakie mają zalety i wady?

P5. AKTYWNY CZWÓRNIK, OGÓLNIE

A. Kiedy zastosujesz do opisu czwórnika aktywnego tylko cztery stałe parametry, a kiedy trzy - jakie?

B. Scharakteryzuj różnice definicyjne między transmitancjami aktywnego czwórnika: k_i0 , k_i , k_ief .

C. Jakie rezystancje: wej. i wyj. powinien mieć idealny czwórnik do przetwarzania U_i →I_o ?

D. W idealnym liniowym czwórniku transimpedancyjnym rezystancje R_i i R_o powinny dążyć do:

E. Jeżeli k_u jest np. - 15 V/V, to co z sygnałem robi czwórnik opisany taką transmitancją?

F. Dwa liniowe, unilateralne czwórniki połączono kaskadowo (wejście drugiego z wyjściem pierwszego). Wypadkowa transmitancja k_u0 jest równa:

P6. TRANZYSTOR BIPOLARNY I JEGO
ZASTOSOWANIE

A. Jaka jest zasada pracy (typ przetwarzania) tranzystora bipolarnego?

B. Jaką wielkością opisuje się właściwości przetwarzania sygnału przez sam tranzystor bipolarny? Podaj jej oznaczenia i zdefiniuj ją.

C. Jakimi parametrami opiszesz stan nasycenia tranzystora bipolarnego? Podaj definicję granicy między stanem nasycenia a stanem aktywnym normalnym.

D. Wyjaśnij fizyczny sens parametrów małosygnałowych h tranzystora bipolarnego w układzie WE.

E. Z parametrów małosygnałowych h tranzystora bipolarnego można w pierwszej kolejności pominąć przy analizie układów: ........ . Dlaczego?

F. Jeżeli w tranzystorze Si npn prąd I_C = 8,30 mA a napięcie U_BE = 0,698 V to w jakim jest on w stanie?

G. Prąd kolektora tranzystora, zmierzony przy zwarciu bazy z emiterem i napięciu U_CES=80V to: …..
W jakim stanie jest tranzystor?

H. W tranzyst. Si npn I_C = 0,83 mA, U_CE = 12,34 mV. Jest on w stanie: ........... . Uzasadnij odpowiedź.

I. Z parametrów h tranzystora bipolarnego najważniejszy to: ........... . Podaj jego definicję i sens fizyczny.

J. Temperatura złączy tranzystora npn zmalała o 20 deg. Jak zmieniło się napięcie U_BEQ w stanie normalnym aktywnym?

K. Czy znasz jakieś warunki do spełnienia dla stabilnej pracy tranzystora w ppQ w układach wzmacniaczy sygnałów przemiennych?

L. Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy ma w
środku pasma ujemne wzmocnienie prądowe. Wynika z tego, że jest to układ: ............ . Jakiego rzędu są jego podstawowe parametry?

M. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym, mający
k_i0 ≈ 0,8β, k_u0 ≈ 1, dużą R_i i małą R_o to układ:

N. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym, mający
k_i0 ≈ -0,8β, k_u0 ≈ -1, małą R_o i dużą R_i to układ:

O. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym, mający
k_i0 ≈ 1, k_u0 ≈ U_Rc /ϕ_T , małą R_o i dużą R_i to układ:

P7. TRANZYSTOR POLOWY I JEGO
ZASTOSOWANIE

A. Jaka jest zasada pracy (typ przetwarzania) tranzystora unipolarnego?

B. Aby w polowym tranzystorze złączowym było I_DQ ≈ I_DSS/4, między U_GS i U_P musi być związek:

C. Jakim parametrem opisuje się właściwości przetwarzania sygnału przez sam tranzystor polowy? Zdefiniuj tą wielkość i podaj jej nazwę.

D. W jakich warunkach transkonduktancja polowego tranzystora złączowego osiąga maksymalną wartość?

E. Jaki typ krzywej opisuje charakterystykę przejściową JFET'a w połączeniu WS? Naszkicuj tę charakterystykę. W jakim stanie musi być wejściowe złącze tego tranzystora przy normalnej pracy?

F. Jakie wartości mają parametry wzmacniacza sygnałów przemiennych w układzie WS bez C_S na JFET?

G. Narysuj układ źródła prądowego na tranzystorze JFETn (co oznacza ten skrót?). Opisz, w jakim celu jest stosowany rezystor w obwodzie elektrody S (źródła) tranzystora.

P8. WZMACNIACZ OPERACYJNY (WO)
I JEGO ZASTOSOWANIE

A. Jaki zestaw cech uznajesz za najważniejszy dla wzmacniacza operacyjnego?

B. Dlaczego współczesne wzmacniacze operacyjne mają tak bardzo rozbudowaną strukturę wewnętrzną?

C. Jakie właściwości ma charakterystyka częstotliwościowa wzmocnienia WO z wewnętrzną kompensacją częstotliwościową?

D. W czym przeszkadza ci parametr SR w WO?

E. Dlaczego zaleca się, aby rezystancje zewnętrzne, „widziane” przez wejścia WO były jednakowe? Kiedy próba spełnienia tego warunku nie ma za bardzo sensu?

F. Czy właściwość „pozornej (wirtualnej) masy” w układach na WO jest pożądana. Czy w jakiś przetwornikach sygnałów jest ona wręcz konieczna?

G. Po co WO musi mieć tzw. kompensację (korekcję) częstotliwościową, wewnętrzną lub zewnętrzną?

H. Czego można się spodziewać po zastosowaniu WO bez kompensacji częstotliwościowej w układzie
o silnym USZ?

I. Narysuj układ najprostszego wzmacniacza napięciowego, odwracającego na WO. Jakie ma on cechy?

J. Podaj warunek symetrii I-go rodzaju w prostym wzmacniaczu różnicowym. Czy to wystarczy do dobrej pracy? Jak poprawić wady tego układu?

K. Jakie są cechy wzmacniacza różnicowego z układem wejściowym DIDO? Co to jest DIDO?

P9. ELEMENTARNA TEORIA SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

A. Jakie właściwości muszą mieć czwórniki, abyś mógł zastosować elementarną teorię sprzężenia zwrotnego?

B. Jakie zalety ma zastosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego (USZ) w układach elektronicznych?

C. Jakie wady dostrzegasz w zastosowaniu ujemnego sprzężenia zwrotnego w układach elektronicznych?

D. Który składnik układu z USZ powinien mieć najwyższą jakość? Uzasadnij odpowiedź.

E. Sformułuj kryterium stabilności układu z USZ w oparciu o aproksymacyjne wykresy Bode'go.

F. Sformułuj warunek generacji w liniowym układzie ze sprzężeniem zwrotnym, skomentuj go.

G. Rozwiń temat: Za pomocą USZ można idealizować przetwornik sygnału. Na czym ta idealizacja polega?

H. Jaki parametr służy do oceny rodzaju i stopnia SZ?

I. Jaki typ USZ należy zastosować, aby rezystancja wejściowa układu z zamkniętą pętlą sprzężenia R_if była możliwie duża?

J. Wzmacniacz z USZ ma mieć bardzo małą R_of . Zastosujesz USZ typu:

K. Na precyzyjnym WO zapięto silne USZ o transmitancji toru sprzężenia 5 kΩ. Wypadkowa transmitancja układu jest typu i jest równa:

L. Uniwersalny WO typu A741 objęto pętlą napięciowo-szeregową USZ. Różnica zwrotna F ≈ 20. Spodziewasz się k_uf rzędu:

M. Do WO zastosowano bardzo silne USZ, uzyskano k_zf = 10 kΩ. Określ typ i podaj wartość modułu transmitancji pętli sprzężenia zwrotnego:

N. Na WO zbudowano wzmacniacz z pętlą USZ typu napięciowo-szeregowego, wejściem na we+ WO, R₁ =R₂ = 10 kΩ. Wynikowe wzmocnienie k_uf = :

O. W celu zwiększenia R_of wzmacniacza zastosowano USZ typu prądowo-równoległego, a co się stało z R_if ?

P. Jakie są skutki zastosowania DSZ w układach elektronicznych? Kiedy jest ono konieczne?

Q. Na WO zapięto bardzo silne USZ o transmitancji β_Z . Co możesz powiedzieć o wynikowej transmitancji całości oraz rezystancjach: wejściowej i wyjściowej?

R. W układzie z pętlą SZ duża wartość różnicy zwrotnej oznacza:

S. Na WO zapięto silne USZ; wynik k_yf = 0,50 mS. Podaj typ, wartość i jednostkę współczynnika β oraz typ USZ.

P10. GENERATORY SYGNAŁÓW

A. Sformułuj warunek generacji w liniowym układzie ze sprzężeniem zwrotnym, skomentuj go.

B. W jakim celu w układzie generatora fali sinusoidalnej stosuje się dwa bloki sprzężenia zwrotnego? Jakie powinny mieć właściwości?

C. Który z parametrów WO użytego w generatorze fali prostokątnej wpływa przede wszystkim na jej jakość i dlaczego?

D. Po co w czwórnikowym generatorze na WO jest obwód selektywny i w którym miejscu układu?

E. Dlaczego jedna z pętli sprzężenia zwrotnego w generatorze sinusoidy powinna być nieliniowa? Czy będzie to pętla USZ czy DSZ („haczyk”!)?

F. Od czego, przede wszystkim, zależy amplituda fali prostokątnej w relaksacyjnym generatorze na WO?

P11. STABILIZATORY KOMPENSACYJNE, CZYLI STABILIZATORY Z USZ

A. Spróbuj podać najkrótszą definicję idei pracy stabilizatora kompensacyjnego, za pomocą pojęć z teorii sprzężenia zwrotnego.

B. Jakie bloki i dlaczego mają zasadniczy wpływ na jakość stabilizatora kompensacyjnego?

C. O współczynniku stabilizacji napięciowej w stabilizatorze kompensacyjnym decyduje:

D. Z jakich bloków składa się stabilizator kompensacyjny o działaniu ciągłym i jakie jest ich przeznaczenie?

P12. TECHNIKA CYFROWA, PODSTAWOWE UKŁADY CYFROWE

A. Scharakteryzuj podstawowe sposoby zapisu liczb w układach cyfrowych; kody NB i BCD.

B. Co oznacza pojęcie binarnego zapisu liczb stosowanego w układach cyfrowych i dlaczego taki wybrano?

C. Zdefiniuj różnice między kodami do zapisu wartości w systemie binarnym: BCD oraz naturalnym NB.

D. Czym różnią się: bit i bajt?

E. Liczba w kodzie BCD = 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 (po lewej MSB) to w zapisie dziesiętnym:

F. Liczba w kodzie NB 0 0 0 1 0 1 0 1 (po prawej LSB) to w zapisie dziesiętnym:

G. Zapisz w kodzie dwójkowym BCD liczbę dziesiętną 723. Wskaż położenie LSB.

H. Zapisz w kodzie dwójkowym NB liczbę dziesiętną 66. Wskaż położenie MSB.

I. Podaj w dowolnej, byle poprawnej, postaci prawa de Morgana, stosowane w technice cyfrowej.

J. Który z poniższych zapisów nie jest zgodny z algebrą Boole'a: (i tutaj jest kilka funkcji).

K. Dlaczego prawa de Morgana mają tak duże znaczenie w algebrze Boole'a?

L. Napisz prawa rozdzielności w logice Boola.

M. Napisz prawa pochłaniania w logice Boola.

N. Na wejściach 3-wejściowego funktora NOR są stany a = 1, b = 0, c nieznany. Na wyjściu Y jest: (uzasadnij)

O. Na wejściach 4-wejściowego funktora AND są stany a = 1, b = 0, c = 1, d nieznany. Na wyjściu Y jest: (uzasadnij)

P. Podaj funkcję lub tabelę prawdy funktora EX-OR. Do czego on służy?

Q. Jakie znasz podstawowe rodzaje transmisji sygnałów cyfrowych, jakie są ich zalety i wady?

R. Scharakteryzuj różnice między cyfrowymi układami sekwencyjnymi i kombinacyjnymi.

S. Jakie typy wejść i o jakim przeznaczeniu mają synchroniczne cyfrowe układy sekwencyjne?

T. Na czym polega synchronizm niektórych przerzutników bistabilnych? Czy to jest zaleta? Co oznacza bistabilność?

U. Na wyjściach przerzutnika RS prostego, zbudowanego z bramek NOR są stany:
To oznacza, że:

W. Na wyjściach przerzutnika RS prostego, zbudowanego z bramek NAND są stany:
To oznacza, że:

X. Na wyjściach prostego przerzutnika bistabilnego na NAND'ach są stany:
Wniosek:

Y. Na wyjściach prostego przerzutnika bistabilnego na NOR'ach są stany:
Wniosek:

Z. Podaj, ile i jakie znasz sposoby osiągnięcia stanu 1 na wyjściu Q przerzutnika JK-MS?

PROBLEMY OBLICZENIOWE

W obliczeniach trzy cyfry znaczące, np. 34,8 / 0,984 / 246 / 6,88⋅10^-4, niezbędne właściwe jednostki i znaki! Niepewności i błędy podaje się dwoma cyframi znaczącymi!

Z1. PODSTAWY, PRAWA

A. Napięcie w dziedzinie czasu jest zapisane jako:
u(t) = 33,2V⋅sin(2π50t+0,181). Oblicz jego wartość skuteczną a następnie zapisz je symbolicznie (dziedzina fazorów), w postaci algebraicznej i biegunowej (wykładniczej).

_____________________

B. Impedancja ma wartość podaną w postaci algebraicznej Z = (2,35+j1,33)kΩ. Oblicz jej wartość w postaci biegunowej (wykładniczej).

_____________________

C. W stałoprądowym obwodzie na rysunku oblicz spadek napięcia na rezystorze R₃ . Podpowiedź: zastosuj metodę „inteligentnego lenia” - przekształcania źródeł napięciowych w prądowe i odwrotnie.

E₁ = 15,0V E₂ = − 5,00V

R₁ = R₂ = R₃ = 1,00k

Z2. PÓŁPRZEWODNIKOWE ELEMENTY BEZ ZŁĄCZA

A. Prąd w termistorze jest stały: I = 30,0 A. Napięcie na termistorze U₁ = 51,8 mV gdy ϑ₁ = 23,0°C oraz U₂ = 49,5 mV gdy ϑ₂ = 24,2°C. Przyjmij opis zależności rezystancji termistora przy małych zmianach temperatury funkcją liniową: R_T = R_T0(1+γ_T⋅T). Oblicz termiczny współczynnik rezystancji γ_T w zależności, w [1/deg].

_____________________

B. Oblicz, o ile % musi zmaleć napięcie na warystorze, aby jego prąd zmalał czterokrotnie. Przyjmij wartość wykładnika n = 5,25 w zależności I = D[U/1V]ⁿ opisującej charakterystykę warystora.

Z3. ZŁĄCZE PÓŁPRZEWODNIKOWE, DIODY

A. Przy temperaturze złącza ϑ_j1 = 28,8°C prąd wsteczny diody krzemowej I_R1 = 0,142 nA a napięcie przewodzenia U_F1 = 638 mV przy prądzie I_F1 . Temperatura złącza wzrosła do ϑ_j2 , przy której zmierzono I_R2 = 0,256 nA. Oblicz przy tej temperaturze U_F2 , jeżeli I_F2 = I_F1 .

_____________________

B. Prąd wsteczny złącza p-n zmalał z I_R1 = 1,36 nA na I_R2 = 1,01 nA wskutek zmiany temperatury. Oblicz temperaturę złącza ϑ_j1, jeżeli ϑ_j2 = 23,0°C.

_____________________

C. Zmierzono napięcia przewodzenia diody krzemowej w temperaturze 27,0°C dla dwóch prądów przewodzenia. Wyniki:
U_F1 = 415mV dla I_F1 = 10,0A,

U_F2 = 503mV dla I_F2 = 0,100mA.

Oblicz parametry I_S oraz M we wzorze Shockley'a (pomiń „- 1” we wzorze dla kier. przewodzenia).

_____________________

D. Dioda stabilizacyjna BZP683-C6V8 ma parametry:
U_Zn = 6,8V, P_DM ≡ P_Dm(25°C) = 0,4W, _jmax = 150°C.
Oblicz dopuszczalny prąd diody pracującej w zakresie stabilizacji I_Zmax dla _a1 = 25°C oraz _a2 = 100°C.

_____________________

E. Dioda o ϑ_jmax = 180°C przy ϑ_amax1 = 60°C wytrzymuje moc P_Dm1 = 774mW.
a) Oblicz R_thj-a i P_Dm(25°C) ≡ P_DM tej diody.
b) Oblicz P_Dm2 gdy ϑ_amax2 = 100°C.

_____________________

F. O ile stopni Kelwina musi zmienić się temperatura złącza p-n, aby jego prąd wsteczny zmalał do 10%?

Z4. ZASILACZE, PROSTOWNIKI, FILTRY

A. Oblicz bezpieczną wartość pojemności w filtrze LC do prostownika pełnookresowego, jeżeli dławik będzie miał L = 0,50 H a sieć ma f = 50 Hz. Zasilany z tego zestawu układ przetwarza sygnał o minimalnej częstotliwość f_s = 20 Hz.

_____________________

B. Napięcie wyjściowe skuteczne transformatora sieciowego U₂ = 15,0 V ± 5 %. Oblicz minimalne napięcie stałe U_o na wyjściu prostownika dwupołówkowego z krzemowym mostkiem Graetz'a (jedna dioda ma napięcie progowe U_T0 = 0,6 V) przy bardzo małym prądzie obciążenia gdy:
a) filtr jest typu L,
b) filtr jest typu C.

Z5. STABILIZATORY OGÓLNIE,
PARAMETRYCZNE

A. Badano parametryczny stabilizator napięcia na diodzie Zenera i rezystorze R. Przy stałym prądzie obciążenia wyjścia I_o = 15,0 mA napięcie wyjściowe:
U_o = 6,834 V gdy nap. zasilania U_i = 22,0 V i
U_o = 6,782 V gdy nap. zasilania U_i = 18,0 V oraz przy stałym napięciu zasilania Ui = 20,0 V:
U_o = 6,828 V gdy prąd obciążenia I_o = 10,0 mA i
U_o = 6,780 V gdy prąd obciążenia I_o = 20,0 mA.
a) Oblicz parametry robocze stabilizatora: oba współczynniki stabilizacji napięciowej i rezystancję wyjściową.
b) Oblicz dynamiczną rezystancję diody w zakresie przebicia oraz rezystancję rezystora R.

_____________________

B. Zbudowano stabilizator parametryczny napięcia z diodą Zenera BZP683-C8V2 o U_Zn = 8,2V ± 5%, P_DM = 0,4W, r_Zmax = 10, T_jmax = 423K, rezystor w układzie R = 560 / 1W a T_amax = 330K.

a) Oblicz dopuszczalne prądy diody: I_RZmax oraz I_RZmin  w tych warunkach.

b) Oblicz teoretyczne wartości parametrów stabilizatora: rezystancję wyjściową r_o , współczynniki stabilizacji G_u w [V/V] i S_u w [%/%] dla U_i = 24,0V.

Z6. AKTYWNY CZWÓRNIK, OGÓLNIE

A. Liniowy, unilateralny czwórnik ma
k_uef1 = 25,3 V/V przy rezystancji źródła sygnału R_g1 = 1,50 kΩ oraz
k_uef2 = 21,8 V/V przy R_g2 = 6,00 kΩ. Częstotliwość f i obciążenie R_L w pomiarach były stałe.
Oblicz R_i  i k_u  czwórnika. (Rada: zapisz układ równań i rozwiąż go.)

_____________________

B. Wzmocnienie napięciowe układu, w mierze logarytmicznej wynosi 53,6dB. Oblicz napięcie wejściowe U_i układu, jeżeli wyjściowe U_o = 4,53V.

_____________________

C. Na wyjściu układu jest U_o = − 5,38 V a jego transimpedancja wynosi + 83,6 dB. Oblicz wartość sygnału wejściowego.

_____________________

D. Na wejściu układu jest U_i = + 77,2 mV a jego transadmitancja, w mierze logarytmicznej wynosi
- 34,0 dB. Oblicz wartość sygnału wyjściowego.

_____________________

E. Czwórnik ma dla stałych sygnałów napięciowych (tzn. f→0) zdefiniowane parametry zastępcze:
R_i = 10,0 k R_o = 2,00 k k_u0 = − 20,0 V/V.
Jakie cechy musi mieć ten czwórnik, aby można było go tak opisać? Zastosujesz go jako przetwornik U_i → I_o - oblicz parametry zastępcze takiego przetwornika.

_____________________

F. Badano liniowy, unilateralny czwórnik. Wyznaczono transimpedancję przy rezystancjach obciążenia:
dla R_L1 = 10,0 kΩ k_z1 = − 19,6 kΩ,

a dla R_L2 = 2,50 kΩ k_z2 = − 11,5 kΩ.
Oblicz parametry czwórnika: k_z0 i R_o .

_____________________

G. Połączono kaskadowo dwa liniowe, unilateralne czwórniki. Środki pasm obu pokrywają się; w tym zakresie ich parametry są zdefiniowane:

pierwszy czwórnik odwracający

R_i1 = 50kΩ R_o1 = 3kΩ k_u01_[dB] = 31,5dB

drugi czwórnik nieodwracający

R_i2 = 7,5kΩ R_o2 = 100Ω k_u02_[dB] = 23,6dB
Oblicz wypadkowe transmitancje własne kaskady: napięciową i prądową w zwykłych jednostkach
i mierze logarytmicznej. Oblicz R_i i R_o kaskady.

_____________________

H. Liniowy, unilateralny czwórnik o transmitancji prądowej k_i0 = - 24,0 A/A, rezystancjach R_i = 15,0 kΩ, R_o = 5,60 kΩ współpracuje ze źródłem sygnału o R_g = 12,0 kΩ i obciążeniem o R_L = 10,0 kΩ. Oblicz transmitancje napięciowe k_u0 , k_u , k_uef  tego czwórnika w podanych warunkach.

_____________________

I. Liniowy, unilateralny czwórnik ma
k_u1 = - 35,9 V/V przy R_L1 = 470 Ω oraz
k_u2 = - 30,4 V/V przy R_L2 = 220 Ω.
Oblicz R_o i k_u0  czwórnika.
Rada: zapisz układ równań i rozwiąż go.

Z7. TRANZYSTOR BIPOLARNY I JEGO ZASTOSOWANIE

A. Krzemowy tranzystor npn małej mocy pracuje
w układzie: U_CEQ = 6,25 V, I_CQ = 1,28 mA, I_BQ = 4,95 μA. Oblicz parametry h_11e , h_21E , h_22e  tego tranzystora w podanym punkcie pracy Q.

_____________________

B. Tranzystor Si npn: β ≈ β₀ ≈ 270 A/A, U_BEQ = 0,65 V, będzie w układzie WE bez C_E
o k_u0 ≈ - 6,9 V/V, k_i0 ≈ - 12 A/A i R_i ≈ 10 kΩ. Zasilanie E_C = + 12,0 V. Stosuj uproszczone zależności. Oblicz rezystory R_C i R_E  oraz prąd I_BQ , przy którym będzie U_CEQ = 5,0 V.

_____________________

C. Do wtórnika prądowego (układ WB) będzie zastosowany tranzystor Si npn: β ≈ β₀ ≥ 230 A/A. Układ powinien mieć k_u0 ≈ 160 V/V i R_o ≈ 2,0 kΩ oraz E_C = + 12,0 V. Stosuj uproszczone zależności. Oblicz rezystor R_C , prąd I_CQ . oraz napięcie U_CQ . Oblicz R_i układu.

_____________________

D. Krzemowy tranzystor pnp małej mocy w układzie ma: I_BQ = − 5,87 μA, I_CQ = − 1,17 mA, U_CEQ = − 8,12 V. Oblicz parametry tranzystora: r_be , β₀ , r_ce  w tym punkcie pracy Q.

Z8. TRANZYSTOR POLOWY I JEGO ZASTOSOWANIE

A. W tranzyst. JFETn o U_P = - 3,3 V, I_DSS = 9,0 mA w punkcie pracy ma być prąd I_DQ = 0,50 mA.
a) Oblicz, jakie powinno być napięcie U_GSQ .
b) Oblicz rezystor R_S do układu.
c) Oblicz transkonduktancje tranzystora: g_m0 i g_m .

_____________________

B. W układzie WS z kondensatorem C_S będzie użyty tranzystor JFETn o U_P = - 4,0 V, I_DSS = 14,0 mA
i rezystor R_G = 6,8 M. Dobierz tak rezystor R_S , aby I_DQ = 3,50 mA oraz dobierz rezystor R_D , aby
k_u0 = - 10,0 V/V. Oblicz transmitancję prądową k_i0 .

_____________________

C. W układzie WD będzie zastosowany tranzystor JFETn o U_P = - 2,5 V, I_DSS = 6,0 mA. Dobierz rezystor R_S , aby I_DQ = 0,25I_DSS . Oblicz transmitancję k_u0 układu i jego rezystancję wyjściową.

_____________________

D. Tranzystor JFET z kan. n, U_P = - 3,0 V, I_DSS = 8,0 mA, r_ds ≈ 0,1 MΩ zastosujesz w źródle prądowym o I_o = 2,0 mA. Dobierz rezystor R_S , oblicz U_GSQ oraz zastępczą wyjściową rezystancję źródła r_o .

Z9. WZMACNIACZ OPERACYJNY (WO) I JEGO ZASTOSOWANIE

A. Wejście wzmacniacza różnicowego na WO wysterowano niesymetrycznie: na wejściu odwracającym
U_i- = + 0,686 V, nieodwracające połączono z masą. Oblicz oddzielnie wyjściowe napięcia wzmacniacza - reakcje na wejściowy sygnał różnicowy U_o(U_id) i wspólny U_o(U_ic), jeżeli k_ud  ≡ A_ud = + 8,00 V/V
a CMRR = 60 dB.

_____________________

B. Wzmacniacz operacyjny o wewnętrznej kompensacji częstotliwościowej ma w otwartej pętli sprzężenia częstotl. graniczną f_gWO = 20Hz, a przy f = 100 kHz moduł wzmocnienia różnicowego A_ud = 15 V/V.
a) Oblicz A_VO ≡ A_ud (f→0) i BW1 tego WO.
b) Jakie wzmocnienie k_uf możesz na takim WO
z rezystancyjnym USZ osiągnąć, jeżeli żądane jest pasmo akustyczne układu; f_g = 20 kHz?

_____________________

C. Wzmacniacz różnicowy ma: k_ud = 15,4 V/V
i CMRR = 104 dB.
a) Oblicz wzmocnienie różnicowe w [dB] a CMRR
w normalnej mierze.
b) Oblicz wzmocnienie dla sygnału wspólnego k_uc
w [V/V] i w [dB].

_____________________

D. Chcesz na WO zbudować wzmacniacz nieodwracający o k_uf  = + 6,0 V/V. Oblicz rezystory R₁ i R₂ w pętli USZ, aby pobierany przez nie prąd z wyjścia WO nie przekroczył I_R2 ≤ 1 mA przy U_o ≤ 12 V.

_____________________

E. WO ma wewnętrzną kompensację częstotliwościową. Po zapięciu pierwszej pętli USZ wzmocnienie k_uf1 = 35,0 V/V oraz górna graniczna f_g1 = 110 kHz, wg kryterium - 3 dB. Oblicz f_g2 układu, gdy zapięta będzie inna pętla USZ, dająca k_uf2 = 15,0 V/V. Ile wynosi własna f_gtyp tego WO przy otwartej pętli SZ, jeżeli jego A_V0typ = 120V/mV?

_____________________

F. Chcesz zbudować na WO wtórnik napięciowy o błędzie wzmocnienia δ_kuf ≤ 2⋅10^-4%. Oblicz, jakiego A_V0 potrzebujesz. Wybrany do realizacji tego pomysłu WO ma R_omax = 150 Ω. Jaką R_of będzie miał Twój wtórnik?

_____________________

G. Na WO zapięto tak USZ, aby k_uf = - 15 V/V;
R₁ = 20 kΩ, R₂ = 300 kΩ. Dla tego WO wyznaczono doświadczalnie U_io = - 2,3 mV, I_ib- = + 89 nA (wpływa do wejścia). Oblicz wartość napięcia wyjściowego U_o , gdy sygnał na wejściu U_i = + 5,0 mV.

_____________________

H. W pętlę wokół WO, między wyjściem a wejściem odwracającym, wpięto połączone równolegle, w przeciwnych kierunkach diody krzemowe o parametrach równania Shockley'a M = 1,60 i I_S = 42 pA. Zbudowano w ten sposób przetwornik logarytmujący I_i →U_o , opisany znamionowo zależnością U_o = A⋅ln(B⋅I_i). Wyznacz stałe A, B w tej zależności dla obu kierunków prądu wejściowego. Przyjmij wartość potencjału elektrotermicznego ϕ_T = 25,9 mV.

_____________________

I. Chcesz zmierzyć górną częstotliwość graniczną wzmacniacza o k_uf (f →0) = 50 V/V. WO o wewnętrznej kompensacji częstotliwościowej, na którym zbudowano ten wzmacniacz ma parametry: SR ≥ 4,0 V/s, BW1 ≥ 10 MHz.
Oblicz dopuszczalną wartość skuteczną napięcia wejściowego, przy której można wykonać ten pomiar.

_____________________

J. We wzmacniaczu instrumentalnym, w wejściowym stopniu DIDO są elementy R_F1 = R_F2 = 200 kΩ, R_G = 10 kΩ, a drugi stopień, scalony precyzyjny różnicowy ma k_ud2 = 1,0000 V/V i CMRR ≥ 100 dB. Oblicz wzmocnienie różnicowe, wspólne i WTSW całości.

Z10. ELEMENTARNA TEORIA SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

A. Zbuduj za pomocą USZ czwórnik o k_if = - 10² A/A, R_if ≤ 0,1 Ω, R_of ≥ 10 kΩ i względnym wpływie transmitancji głównego czwórnika δ ≤ 0,1%. Dobierz parametry czwórników k i β. Przyjmij taki sam typ transmitancji czwórnika pierwotnego i po zamknięciu pętli.

_____________________

B. Zbuduj za pomocą pętli USZ czwórnik o
k_uf = - 20 V/V, R_if ≥ 100 MΩ, R_of ≤ 0,1 Ω i względnym wpływie transmitancji głównego czwórnika δ_kuf(k_u) ≤ 0,02%. Stosuj uproszczone zależności. Oblicz parametry czwórników: głównego (k_u , R_i , R_o) oraz w pętli USZ: β_u .

_____________________

C. Czwórnik o k_y = - 2,0 mS ma być objęty pasywną pętlą USZ i w wyniku tego ma być k_yf = - 5,0 μS. Stosuj uproszczone zależności:
a) oblicz różnicę zwrotną F,
b) określ typ transmitancji toru sprzężenia zwrotnego i oblicz jej wartość,

_____________________

D. Oblicz niezbędne wzmocnienie różnicowe WO
z otwartą pętlą sprzężenia A_V0 ≡ k_ud(f ⇒ 0) aby błąd względny nim spowodowany w układzie o k_uf = 50 V/V na tym WO z USZ nie przekroczył δ= 0,2%. Jaka będzie górna częstotliwość graniczna takiego układu f_g wg kryterium - 3 dB, jeżeli wtórnik na tym WO o wewnętrznej kompensacji częstotliwościowej ma f_g1 = 3,0 MHz?

Z11. GENERATORY SYGNAŁÓW

A. Chcesz, aby generator fali prostokątnej na WO miał f = 30 kHz. Oblicz niezbędną wartość parametru SR WO, jeżeli łączny względny udział zboczy t_n i t_o
w okresie fali T ma nie przekroczyć 10 %. Przyjmij symetryczne amplitudy wyjściowej fali U_om+ = U_om- = 4,5 V

_____________________

B. WO w relaksacyjnym generatorze fali prostokątnej ma SR ≥ 7 V/μs. Oblicz częstotliwość generacji f_max , taką, by łączny udział zboczy t_n i t_o w okresie fali nie przekroczył 3 %. Przyjmij wyjściowe napięcie międzyszczytowe fali U_opp = 21 V.

_____________________

C. Oblicz stosunek rezystancji rezystorów R₃/R₄ wytwarzających pętlę histerezy w generatorze fali prostokątnej na WO, aby fala wyjściowa miała f = 6,6 kHz przy C = 5,6 nF i R₁ = R₂ = 15,0 kΩ.

_____________________

D. Dobierz parametry selektywnego czwórnika Wiena
w generatorze fali sinusoidalnej na WO, jeżeli elementy liniowej pętli USZ to R₁ = 2,2 kΩ i z wyj WO R₂ = 15 kΩ, żądana f = 2,5 kHz, a C_b = 22 nF.

Z12. STABILIZATORY KOMPENSACYJNE
(Z USZ)

A. Kompensacyjny stabilizator napięcia ma różnicowy wzmacniacz z wyjściowym stopniem mocy, o parametrach przed zamknięciem pętli: k_ud ≥ 5,00 V/mV
i R_o ≤ 1,5 Ω. Źródło odniesienia U_r = 7,150 V
a napięcie wyjściowe ma być U_o = 10,00 V. Oblicz transmitancję β_u pętli USZ oraz_, współczynnik stabilizacji G_u i rezystancję wyjściową R_of układu.

_____________________

B. Badano kompensacyjny stabilizator prądu. Przy stałym napięciu zasilającym U_i = 25,0 V prąd wyjściowy:
I_o1 = 8,011 mA gdy R_L1 = 0,200 k oraz
I_o2 = 8,007 mA gdy R_L2 = 1,000 k.
Natomiast przy stałym obciążeniu R_L = 0,500 k
I_o3 = 8,012 mA gdy U_i3 = 27,0 V oraz
I_o4 = 8,005 mA gdy U_i4 = 23,0 V. Oblicz współczynniki stabilizacji układu G_i i S_i  oraz konduktancję lub rezystancję wyjściową (G_o lub R_o).

Z13. TECHNIKA CYFROWA, PODSTAWOWE UKŁADY CYFROWE

A. Zbuduj funktor OR o czterech wejściach z dwuwejściowych funktorów NAND i funktorów NOT.

_____________________

B. Zbuduj funktor NOR o trzech wejściach z dwuwejściowych funktorów AND i funktorów NOT. Zapisz i przekształć funkcję, narysuj układ.

_____________________

C. Z funktorów dwuwejściowych NOR oraz NOT zrealizuj układ funktora czterowejściowego AND.

_____________________

D. Zrealizuj za pomocą dwuwejściowych funktorów NOR funkcję logiczną, zdefiniowaną zapisem:
.

_____________________

E. Zbuduj funktor AND o trzech wejściach z dwuwejściowych funktorów NAND i funktorów NOT.

_____________________

F. Masz układy scalone z funktorami NOR dwuwejściowymi. Zbuduj z nich funktor NAND o trzech wejściach.

_____________________

G. Z funktorów NAND dwuwejściowych i NOT zrealizuj układ funktora NOR trójwejściowego.

____________

a	b	c	y
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	1	0

H. Zrealizuj wyłącznie za pomocą funktorów NAND, o dowolnej liczbie wejść, zminimalizowaną wcześniej funkcję, opisaną tabelą obok; wejścia a, b, c oraz wyjście y.

14

1

---