oppgave Elektronikk 2

AVDELING FOR TEKNOLOGIINSTITUTT FOR ELEKTROTEKNIKKEksamensdato: 7. mai 2003Varighet: 0900-1400Fagnummer: SO417EFagnavn: Elektronikk 2Studiepoeng: 15Klasse(r): 2EE 2ET 3ET 3EEFaglærer: Petter Brækken - tlf. 952 93 0 63, Stein Øvstedal - tlf. 7355 9615Hjelpemidler: Kalkulator gruppe 3, skrive- og tegnesaker, egen prosjektrapportOppgavesettet består: 9 siderVedlegget består av: 4 siderMerknad:Lykke tilOPPGAVE 1 (ca 37%). Velg for hvert delspørsmål det alternativ som synes mest riktig. Dersom duvelger feil vil det bli trukket en tredjedel av det et rett svar gir. "Vet ikke" gir 0 poeng.Sammenlagt poengsum i oppgave 1 kan ikke bli negativ. Skriv svaret ditt på gjennomslagsarket.a)I en klasse A bipolar transistorforsterker flyter det kollektorstrøm i1) mindre enn en halv periode 2) en halvperiode 3) mindre enn en hel periode4) hele signalperioden 5) vet ikkeb)Hvis forsterkerens uteffekt er 3 mW og tilført DC-effekt er 150mW er virkningsgraden1) 0 2) 2% 3) 3% 4) 30% 5) vet ikkec)Å innføre kjølefinner reduserer1) transistorens tapseffekt 2) kollektorstrømmen 3) omgivelsestemperaturen4) transistorens sjikttemperatur 5) vet ikke

d)2Målte spenninger:V DD er 15V. Spenningen over R 2 er 4,3V. Transistoren har V TH = 3,1VFiguren viser1) En utarmingstype (depletion) MOSFET forspent til sperring2) En utarmingstype (depletion) MOSFET forspent som forsterker3) En anrikningstype (enhancement) MOSFET forspent til sperring4) En anrikningstype (enhancement) MOSFET forspent som forsterker5) vet ikkee)I forsterkerkoplingen til venstre måler vi med et meget høyimpedansetvoltmeter spenningen V GS = 8,5V.Da er transistorens drainstrøm I D ca.1) 0,46 mA2) 1,4 mA3) 3,7 mA4) 12,8 mA5) vet ikkef)En forsterkers frekvensrespons er en graf som viser spenningsforsterkningen som funksjon av1) frekvensen 2) utgangseffekten 3) inngangsspenningen4) utgangsspenningen 5) vet ikkeg)U O1U O22.0 VEn student måler på sin nykonstruerte forsterker med differensiell inngang. Han kopler en balansertsignalkilde med amplitude 0,2V til inngangen og måler da en utgangsspenning U o1 =5V.Så koples inngangene sammen og spenningen 2,0V tilføres mellom inngangene og jord. Da måler hanutgangsspenningen U o2 = 2mV. Da er forsterkerens CMRR ca.1) 28 dB 2) 62 dB 3) 124 dB 4) 88 dB 5) Vet ikke

3h)Rippelspenningen på utgangen av en spenningsregulator er i forhold til rippelspenningen på inngangen1) mye mindre 2) like stor 3) mye større 4) umulig å tallfeste 5) vet ikkei)En forsterker har ved midlere frekvenser spenningsforsterkningen A m . Ved forsterkerens øvre 3dBgrensefrekvens er spenningsforsterkningen ca.1) 0,35⋅A m 2) 0,5⋅A m 3) 0,707⋅A m4) 1,41⋅A m 5) vet ikkej)Hvis du ønsker å forbedre høyfrekvensresponsen til en forsterker, bør du1) redusere koplingskondensatorenes kapasitans2) øke emitter avkoplingskondensatorens kapasitans3) korte inn lengdene på kretskortes ledningsføring4) øke generatormotstanden5) vet ikkek)Spenningsforsterkningen til en gitt forsterker avtar med 20 dB pr. dekade over 20 kHz. Hvisforsterkningen i midtbåndet er 86 dB så er forsterkningen ved 20 MHz1) 20 2) 200 3) 2000 4) 20000 5) vet ikkel)I en Wien-bro oscillator er utsignalet en periodisk1) sinusspenning 2) firkantspenning 3) trekantspenning4) alle tre ovenfor 5) vet ikkem)Kvartskrystaller har svært1) lav Q-verdi 2) høy Q-verdi 3) liten induktans4) stor serieresistans 5) vet ikken)For å få høyere utgangsspenning fra en Buck-regulator må en1) minske regulatorens dutycycle 2) øke inngangsspenningen3) øke regulatorens dutycycle 4) øke svitsjefrekvensen 5) vet ikke

o)4Skjemaet til venstre viser1) en Clapp-oscillator2) en Colpitts-oscillator3) en Hartley-oscillator4) en T-oscillator5) vet ikkep)R gU nU gI nR iStøyfriforsterkerR LGA uFiguren viser en forsterker der forsterkerstøyen er modellert ved en støystrømgenerator og enstøystrømkilde.Forsterkerdata:U n = 0,5 mV innenfor båndbredden 1 HzI n = 0,1 µA innenfor båndbredden 1 HzEkvivalent støyspenning over forsterkerinngangen (innenfor båndbredden 1 Hz)når R g = R i = 10 kΩ er ca.1) 0,1 µV 2) 5 µV 3) 100 µV 4) 0,5 mV 5) vet ikkeq)Ved å innføre negativ tilbakekopling i en forsterker kan en oppnå1) reduksjon av båndbredden2) reduksjon av inngangsimpedansen3) øking av den ulineære forvrengning4) økt forsterkning5) vet ikke

)Hvilken motstand er hentet fra E12 rekka?1) 38kΩ2) 48kΩ3) 58kΩ4) 68kΩ5) Vet ikke5s)En motstand har fargeringer som vist til høyre. Motstandsverdien er da:1) 200Ω ±1%2) 20Ω ±1%3) 1002Ω4) 100Ω ±2%5) Vet ikke.BrunSvartSvartRødt)En motstand har 6 fargeringer som vist til høyre. Den 5. fargeringen angir:1) toleranse2) maksimum arbeidsspenning3) temperaturkoeffisient4) multiplikator (for verdi)5) Vet ikke.u)En kondensator for overflatemontering har påstemplet 102. Verdien er da:1) 102pF2) 10pF±2%3) 1nF4) 10nF5) Vet ikke.v)En velger et NiMH (nikkel-metallhydrid) -batteri framfor et NiCd (nikkel-kadmium) -batteri fordi det:1) tåler overlading uten å skades2) har høyere cellespenning3) er mer miljøvennlig4) tåler høyere strømbelastninger5) Vet ikkew)Vi trenger en avkoblingskondensator til et prosessorkort med en 500 MHz prosessor. Vi velger da en:1) elektrolyttkondensator2) tantalkondensator3) keramisk kondensator4) papirkondensator5) Vet ikke.

x)En spole skal høy Q-verdi ved høy frekvens. Vi lager da en spole med:1) mange tørn2) kjerne med høy µ r3) forsølvet kobbertråd4) som er kapslet med mymetall.5) Vet ikke.6y)En kondensator på 1000pF (25 o C) har negativ temperaturkoeffisient -200ppm/K. Verdien ved 50 o C blirda ca:1) 1005pF2) 1050pF3) 950pF4) 995pF5) Vet ikke.OPPGAVE 2 (ca 13%)100µF3-terminal regulatorer7812: Positiv spenning 12 volt7912 Neg. spenning 12 volt230VJORDDC1DC2100µFFor å skaffe penger til å reise på Roskildefestivalen har du tatt sommerjobb som serviceingeniør i enmindre elektronikkbedrift.En kollega av deg kommer med en strømforsyning som tidligere har vært i orden, men ikke virkerlenger og som han ikke har skjema for. Han ber deg å gjøre følgende:a)Tegn koplingskjema for strømforsyningenb)Den observerte feiltilstanden arter seg slik at det ikke er spenning ut på noen av utgangene DC1 ellerDC2.Angi de (3-4) mest sannsynlige feilårsaker og beskriv hvordan din kollega kan gå fram for å bestemmehvilken av disse årsakene det er som gir feilen.

OPPGAVE 3 (ca 12%)7IC 1 IC 2Koplingen i oppgave 3 er tenkt brukt som oscillator.Koplingen rundt IC 1 lengst til venstre i skjemaet er et såkalt "allpassnettverk" og kretsen fårVY1−jωRCtransferfunksjonen =V 1 + jωRCXIC 2 er en bredbåndsforsterker med spenningsforsterkning K ganger, uavhengig av frekvensen.Hele koplingen er tenkt brukt som oscillator.a)Hvilken betingelse skal den tilbakekoplede kretsens sløyfeforsterkning (β⋅A) oppfylle for å fåoscillasjon med konstant amplitude?b)Ved hvilken frekvens vil koplingen oscillere, hvis K er slik at den kan oscillere? (bokstavuttrykk)c)Hvor stor forsterkning K må IC 2 ha for at kretsen skal kunne oscillere? (tallsvar)

OPPGAVE 4 (ca. 12%)8Effektforsterkning A pSpenningsforsterkning A uFiguren viser et forsterkeroppsett for PA-bruk ved en utendørskonsert i Duedalen.Ta følgende utgangspunkt:• Mikrofonfølsomhet -60 dBV• Høyttaler med driftseffekt 2W, max tillatt tilført effekt over lang tid P max = 400W. Nominellhøyttalerimpedans R H = 8 Ω. Høyttaleren plasseres slik at avstanden til tilhørerne igjennomsnitt er 10m.a)Bestem spenningen fra mikrofonen ved vanlig talestyrke i mikrofonen (lydtrykk 0,06 Pa)b)Bestem maksimalt lydtrykk ved tilskuerplassen når høyttaleren tilføres 400W.c)Beregn nødvendig spenningsforsterkning i forsterkeren dersom talestyrke i mikrofonen skal gi 400Wtilført høyttaleren. (Dersom du ikke har funnet mikrofonspenningen ved talestyrke, kan du her antamikrofonspenning 0,2 mV).OPPGAVE 5 (ca 12%)a)Tegn gjenstanden som er vist på figuren. Figuren er noe fortegnet. Gjenstanden består av torettvinklede, massive stykker. Klossen c•f•e er limt fast til den andre delen. Det er også et hull som ertenkt for å kunne sette en bolt gjennom slik at de to delene ikke kan løsne fra hverandre. Hullet påflaten a•d er plassert symmetrisk, diameteren er 1,0 cm og hullet er gjennomgående. Tegn i målestokk1:2. Tegn gjenstanden (etter norsk standard) i to hensiktsmessige projeksjoner som vil væretilstrekkelig for å lage gjenstanden. Målsett figuren. Start med en projeksjon hvor gjenstanden er settovenfra (a er ned sett fra leseren).gabedcfa = 16,0 cmb = 10,0 cmc = 6,0cmd = 8,0 cme = 12,0 cmf = 12,0 cmg = 16,0 cmb) Fortell kort om kjedemålsetting og parallellmålsetting. Hvilke fordeler/ulemper har de forskjelligemetodene (bruk eventuelt også en skisse for å forklare prinsippene).

9OPPGAVE 6 (ca 14%)a) Forklar på hvilke måter uønsket støy kan komme seg inn i et apparat. På hvilke måter kan vihindre disse koblingsveiene (forklar).b) Fortell om lading av Li-ion-batterier.c) Du skal lage en spole som skal brukes i en avstemt krets i VHF-området. Fortell hvordan du vilkonstruere spolen slik at den blir stabil og får høy Q-verdi.d) Beregn en spole bestående av 8 vindinger i to lag (16 tettviklede vindinger). Diameter på trådener 1mm. Spoleformens diameter er 8mm. Finn L.Det var det!

1Elektronikk 2EksamensvedleggOPPGITTE FORMLER:Bipolare transistormodeller:Hybrid-π:g m = I C /U T der U T = 25 mV r π = β/g m r o ≈ V A /I CT-ekvivalent: r e = U T /I E i C = α⋅I E α = β/(β+1)Støy:2Termisk støy i motstander un= 4 ⋅ k ⋅T⋅ R ⋅ BnBoltzmanns konstantk=1.38A10 -23 J/KUttrykkfor støyfaktoren ved enkel støymodellforS( )forsterker F =NS( )NGenLast2u +( R i )= 1+n, ekv G ⋅ n,ekv4 ⋅ k ⋅TG ⋅ RG⋅ Bn2Shotnoise/ skuddstøy veddiodestøygeneratorinBn≈2 ⋅ q ⋅ IDC= 5,56 ⋅10-10⋅IDCFriisformel FTotF 2 -1 F 3 -1= F 1++G A1 G ⋅GA1A2+GF 4 -1⋅GA2GA1 ⋅A3+....-19elektronladningen q = 1,6 ⋅ 10 [C]

Effektforsterkere:Klasse B pushpullPD2=Ûπ RoLUCC1-Û2 R2oLπη =Û4 UoCC2Ulineær forsterkerU o = f(U i ) = k 0 +k 1 U i +k 2 U i 2 +k 3 U i3Påtrykk U i = A⋅cos ωt girU o =k 0 +k 2 A 2 /2+(k 1 A+3k 3 A 3 /4) ⋅cos ωt + (k 2 A 2 /2)⋅cos 2ωt + (k 3 A 3 /4)⋅cos 3ωtPåtrykk U i = A 1 cos ω 1 t + A 2 cos ω 2 t gir utsignal av formenU o = c 0 + c 1 cos ω 1 t + c 2 cos ω 2 t + c 3 cos 2ω 1 t + c 4 cos 2ω 2 t + c 5 cos 3ω 1 t + c 6 cos 3ω 2 t + c 7 cos(ω 1 +ω 2 )t + c 8 cos(ω 1 -ω 2 )t +c 9 cos(2ω 1 +ω 2 )t + c 10 cos(2ω 1 -ω 2 )t + c 11 cos(2ω 2 +ω 1 )t + c 12 cos(2ω 2 -ω 1 )t der koeffisientene c i avhenger av k i og A iKlirrfaktorK2 2 2= U2+ U3+ U42 2 2U + + +21U2U3U4+ ⋅⋅⋅⋅⋅+ ⋅⋅⋅⋅Akustiske omformere:Mikrofonfølsomhet:Høyttaler driftseffekt:Høyttaler følsomhet:Mikrofonspenning for 1 Pa lydtrykkElektrisk effekt tilført for 96 dB SPL 1m foran høyttalerenLydtrykket (SPL dB) målt 1m foran høyttaleren ved 1W påtrykk.StrømspeilParallellresonanskretsWidlarstrømspeil :Resonansfrekvens :II o RE=U T ln (Ifo1=2πLCrefo)Resonansimpedans :Rp= QXLOscillatorerTrepunktskopling X 1 og X 2 samme fortegn, X 3 motsatt fortegn av X 1 og X 2ToportparametereI 1 = y 11 U 1 + y 12 U 2 U 1 = z 11 I 1 + z 12 I 2 U 1 = h 11 I 1 +h 12 U 2I 2 = y 21 U 1 + y 22 U 2 U 2 = z 21 I 1 + z 22 I 2 I 2 = h 21 I 1 + h 22 U 2EMCFrittromsi mpedansen / free space impedanceEZ0= = 120π[ Ω] = 377[ Ω],HΦ = B·A, B = µ·H ,dUi()= tdt, µ 0 = 4π10 -7 [H/m], ε 0 = 8,85·10 -12 [F/m]I = ∫ H ⋅ dsStrømforsyningBeregning av transformatortverrsnitt (EI-blikk, maks strømtetthet S=3 [A/mm], maks B=1[T]ILUr= der frer rippelspenningens frekvensf ⋅ CrLedningsevne kobber:σ= 5,8•10 -7 [S].AR[Ω ] =l ⋅σ, der A er ledertverrsnitt,l er lengde , σ er ledninsevne