Forslag til løsning på eksame n FY-IN 204 våren 2002

Transkript

1 Forslag til løsning på eksame n FY-N 04 våren 00 Spenningsforsterkningen er tilnærmet gitt av motstandene og. Motstanden har ingen innflytelse på forsterkningen. For midlere frekvenser ser vi bort fra alle 00k kondensatorer. Spenningsforsterkningen A m = = 0 0k Uttrykt i desibel VUT A m ( d) = 0 log0 = 0d. VUT = volt VMS = = 0, 7VMS b) På inngange til OpAmpen har vi et høypassfilter bestående av kondensatoren C = 00nF og to motstander og som signalmessig er koplet i parallell. (Signalet ser en virtuell jord på inngangen til operasjonsforsterkeren.) Dette gir en grensefrekvens på f = Setter inn for =5k og C=00nF og finner πc 000 f = Hz = Hz = Hz = Hz 8Hz 9 4 π C π ,4 5 0,4 t høypassfilter med C gir en fasedreining på +90 o for lave frekvenser ( en dekade under knekkpunkt.)ved grensefrekvensen har vi +45 o fasedreining. Går vi en dekade ned (ca Hz) har vi +90 o dreining. Alle lavere frekvenser vil ha denne fasedreiningen. Dvs. for Hz har vi en fasedreining på +90 o. C) Figuren under viser resultatet fra PSpice simuleringen i oppgave. Som du ser har vi for midlere frekvenser en forsterkning på 0 ganger. ( 00mV inn gir.0volt ut) -90 o -5 o -80 o 0mV 8 Hz Forslag til løsning på eksamen FY-N 04 våren 00 Side

2 åndbredden, W er gitt som f H - f L.Vi vet at kretsen har en forsterkning på 0d for midlere frekvenser. Vi vet også at GW = 0MHz og at forsterkningen ved høye frekvenser avtar med 0 d pr. dekade. Dette gir f H =MHz Vi har funnet at f L =8Hz dvs W = MHz 8HZ = 9998 HZ Faseskiftet ved 4 khz må bli 80 o Frekvensen ligger mer enn en dekade over knekkfrekvensen på 8 Hz og den ligger mer enn en dekade under øvre knekkfrekvens på MHz. d)forsterkerens slewrate = 0,volt / µ s dette gir følgende amplitudebegrensning ved s 0, 0 0kHz: V p = =, v π f,8 0 0 Høyeste signalfrekvens med 80 o fasedreining ligger en dekade under øvre knekkfrekvens f H =MHz Dvs. 00kHz. Slewrate begrensningen på denne frekvensen s 0, 0 er V p = = 0, v π f, e) 40d forsterkning tilsvarer en spenningsforsterkning på 00. Forsterkningen A v + = Vi vet at motstandene vi benytter ofte har en toleranse på 0 %. Feilen vi gjør ved å sette A v blir derfor ikke stor. Velger =MΩ og =0 kω 40 d Figur 0 d pr. dekade 40 k 400 k 4 MHz 40 MHz f) ravet til min. slewrate : V peak = 4volt ved 40 khz S = π f v volt p =, eller Mvolt/s µ s Fra figur ser vi at GW må være minst 40MHz

3 Oppgave Thevenin ekv. se boka avsnitt 0. side V = VCC = 5 = 5volt v C = = 00k 50k =, kω V = + V + setter inn for = og ordner β + V V 5 0,7,9 = = =, 9mA = = = 0, 08mA + (,/0) + β + 0 β + C = =,9 0,08, 8mA b) V = =,9mA k =, 8volt V = V + V =,8v + 0,7 = 4, 57volt V = V = 5 volt,8ma 5k = 8, volt C CC C C c) C c µ r b C v inn r π c π v π.g m C L v ut For høye frekvenser kan vi se bort fra C og C d) Millereffekt (Se kompendiet om frekv.respons, kap.) Pga. forsterkningen av signalet fra basis til kollektor vil kapasiteten Cµ opptre forsterket C = C + + g C Dette medfører at på inngangen, - i parallell med Cp. Som gir : m π ( m p ) µ forsterkeren får dårligere frekvensrespons. larer ikke stor forsterkning av høye frekvenser. C e) Forsterkningen for midlere frekvenser. Se boka kap. 0.4 side 44 A V =, Oppgave a) Zenerdioden er beskrevet i boka.. (p.70) Det spesielle med en 5,v zenerdiode er at den har tilnærmet ingen temperaturdrift. [V Z > volt Avalanche (positiv tc.) V Z < volt zenereffekt (negativ tc.)] b) Fordeler og ulemper ved bruk av Silisium-dioder (Si) fremfor Germanium-dioder (Ge).

4 Se kompendium og boka. Si tåler høyere temperatur og har lavere metningsstrøm S. Si-dioder har S i området na, - mens germanium-dioder har S i område µa. Spenningsfallet over Si-dioder er høyere i lederetning enn hos Ge-dioder. 0,7volt mot 0,volt. en brolikeretter vi derfor spenningstapet bli på hele,4 volt når man bruker Si-dioder. Dette kan være uheldig i enkelte applikasjoner. c) De nye halvledermaterialene med større band gap vil tåle enda høyere temperatur. Dvs vi kan pakke komponenter tettere sammen mindre krav til aktiv kjøling osv. d) Tunneldiode har et område med negativ motstand (Området A-). Slike tunneldioder kan bl.a. brukes til oscillatorer.. z A D Ge 0, 0,7 Si V D e) V z V UT V UT 4 v 4 v = 0,7kΩ 8 v V NN f) Strømmen i zenerdioden når V NN = 0 volt og = = kω V NN = V +V Strømmen gjennom er gitt av spenningen over motstanden 4volt. 4v v = = 4mA tilsvarende blir strømmen gjennom = = ma k k Strømmen gjennom zenerdioden : Z = = ma 4mA = ma 4

5 g) Figur Zenerdioden låser utgangen til max. spenning V Z = 5, volt. For V i = 0v transistoren er cutoff. C = 0 ma og strømmen gjennon kollektor motstanden = strømmen gjennom zenerdioden Z. = (9 5,)/,7 = ma. Når vi øker V i over 0,7 volt vil transistoren lede og og C vil øke til C =. Når C øker vil Z avta. Til slutt vil Z =0, og transistoren går i metning slik at V O = 0,volt. Zenerdioden slutter å lede når C = =ma. Dette skjer når = C /β = /50 = (/75) ma. V = ,7 = (/ 75) ,7 volt i z ma 0,7v v V i Transistoren er i metning for = C = (9-0,)/,7 = 5,8 ma eller = 5,8/50 = 0,045mA Ved denne strømmen bli inngangsspenningen Vi = 0,045 x ,7 = 4,5 volt 5,v 0,v V o v 4,5v V i Oppgave 4 a) Synkron teller: Alle flip-flop skifter samtidig ved felles klokkesignal. nterne logikkkretser mellom trinnene bestemmer hvilke trinn som skal skifte. Asynkron teller: (rippel teller) Utgangssignalet fra ett tellertrinn brukes som klokkesignal på neste trinn. Signalet ripler gjennom kretsen, med tidsforsinkelse for hvert trinn. Dette vil være ugunstig dersom utgangssignalene fra telleren skal brukes til å generere signaler for tidsstyring. b) 0 0 = 000 dvs. vi trenger 5 flip-flop P Latch P P Clock P 5

6 Vi behøver en latch i tilbakekoplingen for å få en CLA-puls av tilstrekkelig lengde til å sikre at alle flip-flop blir resatt. Hvis pulsen fra NAND-gaten hadde gått direkte tilbake på hver enkelt flip-flop ville varigheten av denne clear-pulsen blitt så kort at vi ikke ville være sikker på at alle trinn i telleren ble resatt. c) 0 Clock 0 0 Figur 4 0 Før puls tter puls tter puls tter puls 0 0 tter puls tter puls tter puls 0 0 tter puls 7 0 tter puls tter puls tter puls