Løsningsforslag Elektronikk 2, våren 2004

Transkript

1 Løsningsforslag Elektronikk, våren 004 Oppg. 1 (ca 47%) a) 4) n) 3) mye mindre b) 3) 0% o) ) en olpitts-oscillator c) 1) største tillatte kollektortap p) 4) brudd i ledningsføring eller lodding. d) ) 0,16 Ω q) ) reduksjon av ulineær forvrengning e) 3) 3 m r) 1) 39kΩ f) ) undertrykker fellesmodus (liketakt) s) 3) 0,33MΩ ±1% g) 3) 7,4 K/W t) 3) temperaturkoeffisient h) ) 1/R + jω u) ) 1pF i) 3) 0,707 m v) 3) har høyere cellespenning j) 4) 3 MHz w) 3) plastkondensator k) 1) 50Ω x) ) kjerne med høy µ r l) ) 500µ y) 1) 1005pF m) ) 90µV Oppg. (ca 1%) Q 9 D Q 7 Q 8 Q 11 Q 1 Q B Q 10 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 a) Identifiser de forskjellige funksjoner som inngår i forsterkeren og angi i hvert tilfelle hvilke transistorer som inngår. Q 1 -Q er inngangstrinnet, en differensialforsterker med differensiell inngang og utgang. Q 3 sammen med Q 4 er et strømspeil og stiller inn inngangstrinnets hviletstrøm. Q 7 -Q 8 er forsterkertrinn, et nytt differensialtrinn med differensiell inngang og utgang. Strømkilden er Q 5 som sammen med Q 4 danner et strømspeil. Emitterfølgerne (felles kollektortrinnene) Q 9 (+utg.) med strømkilde Q 6 (-utg.) og Q 11 med strømkilde Q 10 er klasse- utgangsforsterkertrinnene i forsterkerens differensielle utgang.

2 b) Kretsen benytter intern negativ tilbakekopling. Hvor er tilbakekoplingssløyfa og hvilken type tilbakekopling er dette? Det er to tilbakekoplingssløyfer, en fra plussutgangen via 7k tilbake til punktet B og en fra minusutgangen tilbake via 7k til punktet D I begge tilfellene blir det en negativ spenningstilbakekobling (parallell ut) med shuntmating (parallell inn) på inngangen. OPPGVE 3 (ca 16%) Du jobber i en liten bedrift som utvikler og produserer ulike typer elektronisk utstyr. Et av disse utstyrene benytter som strømkilde valgbart enten Nid sekundærbatterier (oppladbare batterier) eller 30V. Det foreligger forslag om at utstyret skal inneholde en lader for disse batteriene og du deltar på et idemøte i bedriften. Siden du er ny i bedriften og nylig har tatt faget Elektronikk, blir du bedt om å orientere litt om batterier. De spørsmålene du får er angitt nedenfor: a) (ca 5%) Gi en kort stikkordpreget sammenligning av egenskapene til de viktigste typer sekundærbatterier. Bly-batterier Elektroder av bly. Elektrolytt: svovelsyre, H SO 4. ellespenning ca. V (,0-,1). Billig. Høy vekt. Stor selvutlading og skades av å stå utladd, må derfor lades minst hver 3. måned. Utladde batterier fryser lett (-5 til -10. Batterikapasiteten sterkt temperaturavhengig. Både konstantspenning- og konstantstrømlading benyttes. Spesialavfall (bly) Nid-batterier Elektrodematerialer Nikkel (+) og Kadmium (-). Elektrolytt: Kalilut (KOH). ellespenning 1,V ca. Stort temperaturområde (-40 til +70) Batteriet tåler å stå uladd, men dyp utlading kan føre til reversering av en eller flere celler i et batteri. Ved syklusdrift uten full utlading kan memoryeffekt inntre. Konstantstrømlading benyttes. Lading utvikler ikke varme (endoterm). Spesialavfall (tungmetallet Kadmium). Ladefaktor ca. 1,4 NiMH-batterier Elektrodemateriale: Nikkel (NiOOH), Metallhydrid (MH). Elektrolytt: Kalilut (KOH). ellespenning 1,V Ikke så gode som Nid ved lav temperatur. ca. Større energitetthet (kapasitet 1,5xNid) og raskere selvutlading enn Nid. Ingen memoryeffekt. Inneholder ikke giftige tungmetaller og kan kastes i vanlig avfall. Konstantstrømlading. Lading utvikler varme (eksoterm). Ladefaktor ca. 1,4 Litium-ion-batterier Elektrodemnateriale Litium (+) og grafitt (-). ellespenning 3,6V. Størst energitetthet (kapasitet xnid), lav selvutlading. Ingen memory-effekt. Konstantspenningslading med strømbegrensning. Betraktes ikke som spesialavfall. b) (ca 3%) Forklar kort hva som er viktig å ta hensyn til ved lading av Nid sekundærbatterier. Viktig å unngå dyputlading og overlading (begge reduserer batterilevetiden sterkt). Når batteriet er nær fulladet (100%) stiger cellespenningen til mellom 1,6 og 1,7V. Når cella er nær fulladet (140%) synker cellespenningen litt igjen. Dette kan brukes til å bestemme når oppladingen skal stanses. Hvis mulig er temperaturkontroll under lading gunstig.

3 Bruk rett ladestrøm (oppgis av leverandøren eller standard normallading I = 0,1 5 ). Etter fullading kan vedlikeholdslading balansere selvutladingen. Vedlikeholdslading I = 0,0-0,05* 5 Unngå unødig oppvarming av batteriet. c) (ca 4%) Skisser forslag til prinsippskjema for en konstantstrømlader (konstant ladestrøm) som får spenning fra utstyrets interne nettdrevne +8V strømforsyning. Velg passende ladestrøm og dimensjoner laderen for lading av én enkel Nid-celle med kapasitet 5 = h (amperetimer). Velger ladestrøm for normallading I = 0,1 5 = 0,1* =0, Det vi trenger er en konstantstrømkilde som kan arbeide mot batterispenninger i området 1 til 1,7V. Ulike koblinger kan tenkes anvendt, her er bare vist en av mange mulige. I tillegg vil det være behov for noe elektronikk som kan registrere når batteriet er fulladet og som så kobler over til vedlikeholdslading (0,0-0,05 5 ) Figuren viser en standard strømspeilkobling, dimensjonert for å gi en ladestrøm på 0, UD UBE 8 0,7 R1 = = 36Ω I 0, Mulige ulemper med koblingen: Nid-cella er ikke referert til jord Koblingen trekker 0,4 for 0, ladestrøm. For å få cellespenningen referert til jord, kan vi bare snu litt på koblingen slik. Nå er det kanskje enklere å få målt cellespenningen. For overgang til vedlikeholdslading kobles inn annen verdi for R 1.

4 d) (ca 4%) Til første møte i prosjektgruppa skal du sette opp forslag til et aktivitets-tid-skjema (Ganttskjema) som viser rekkefølge og anslått varighet for de viktigste trinnene i arbeidsprosessen fram til en ferdig uttestet prototyp. Et forslag til en (optimistisk) fremdriftsplan for utviklingsprosjektet med heltidsinnsats av 3 ingeniører (600 arb.timer) ktivitet deltakere uke 1 uke uke 3 uke 4 uke 5 Informasjonsinnhenting Utvikling av kretsløp, ev. programutvikling Simuleringer Eventuell redesign Komponentbestilling B Kretskortutlegg Etse/bore/montere komponenter Festejigg for prototypkort Montering i jigg Testing/feilsøking/måling Eventuell redesign Dokumentasjon Presentasjon av prototyp B B,

5 OPPGVE 4 (ca. 1%) M 1:1 -

6 OPPGVE 5 (ca. 13%) Løsningsforslag oppgave 5 a) For å unngå skader på komponenter fra mottak til den ferdig er montert må vi ta hensyn til følgende ting: antistatisk emballasje Komponentene oppbevares i emballasje som er antistatisk før montering antistatiske klær/sko Personer som jobber med montering skal ha på seg tøy som ikke bli statisk ladet for eksempel bomullstøy. Spesialsko som har avledning mot underlaget (alternativt jordstropp som festes under skoen). arbeidsplassen er antistatisk Dvs at golv og bord har antistatisk belegg som jordet. jording av personell Personer skal bruk armlenke på arbeidsplassen som er jordet (via høyohmig motstand) unngå berør av tilkoblinger Den som monterer komponentene må unngå å berør terminalene (beina) på komponentene b) Loddemetoder/teknikker: Bølgelodding og omsmeltingslodding. Oppvarmingen foregår i faser. Først gjennomvarmes kortet opp til temperatur som ligger under smeltetemperaturen for tinnet. Det gjelder at kortet utsettes for den høyeste temperaturen i så kort tid som mulig. Bølgelodding brukes ved hullmonterte komponenter, men kan også brukes ved overflatemontering dersom komponentene er limt fast. Kretskortflaten som skal loddes føres over to tinnbølger. Den første er turbulent for å oppnå best mulig fukting. Den andre er rolig og har laminær flyt for å fine loddinger uten tinnbruer. Omsmeltingslodding brukes ved overflatemontering. Kretskortet bringes inn i ovnen inntil loddetinnet (i pastaform) er smeltet. -IR-lodding: Her brukes infrarøde stråleelementer. Ulempen er at ikke alle komponentene får samme temperatur, noe som kan føre til overoppheting. -Varmluftslodding (hot gas) er mye brukt i industrien. Varmluft med riktig temperatur sirkuleres. Det finnes også loddebolter med varmluft. -Dampfaselodding (vapor phase) går ut på at en bringer kretskortet inn i en damp med riktig temperatur. Fordelen er at en unngår overoppheting. -Varmekrage (heat collet). Til reparasjon om prototypmontering kan en bruke varmekragejern (loddebolt) som er utformet etter hver komponents størrelse. c) EM. Elektromagnetisk kompatibilitet kan oversettes med elektromagnetisk sameksistens. Utstyret er elektromagnetisk kompatibelt når 1) det ikke forstyrrer andre systemer ) det ikke er mottakelig for forstyrrelser fra andre systemer 3) det ikke forstyrrer seg selv. d) To prinsipielt forskjellige metoder kan gi balansering: 1) Tvinge støyindusert differensialspenning til null. Dette krever en stabil, støyfri jordreferanse.

7 Mulig utførelse med midtuttak: Z1 Z I1 I IM1 IM Z3 Z4 R I1 og I er signalstrømmer, IM1 og IM er indusert liketakts støystrømmer. Ved full balanse (Z1 = Z, Z3 = Z4) blir IM1 = IM og I1 = I. Den induserte støyen vil da ikke ledes videre til lasten R. ) Tvinge støyindusert differensialstrøm til å bli null. Dette krever at den forstyrrende kretsens differensielle inngangsimpedans ikke er for høy. En metode er å bruke en såkalt strømkompensert spole (liketaktsdrossel): & &