H ØGSKOLE N I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning. Institutt for elektrofag.

Transkript

1 H ØGSKOLE N I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning. Institutt for elektrofag. Eksamen Kl asse TOE 10 1 Analog instru mentkonstruksj on 06HEEL Dato 19. desember 2007 Antall oppgave r Antall sider Ved legg sider. Hj elpemidler Lærebo k av Franco, notater, kalkulator. Målform Bokmål Tid Sensor Faglærer Merknader Svein-Atl e Engeseth Kalku latorens minne skal ikke slettes. Postboks 7030, 5020 Bergen. Tlf.: Fax: Besøksadresse: Nygårdsgatcn 112, Bergen.

2 Oppgave l (30% )., a) Lag kretsen ovenfor slik at 110 = 5 - Ul - IO-u 2 Komponcntverdienc må være fornuftige. Med fornuftig mener vi at kretsen skal virke når den kobles opp med en virkelig opamp. oo >-_J..._~ o b) Lag kretsen ove nfor slik at inngangssignalet og utgangssignalet har samme am plitude når inngangssignalet er sinusformet med frekven s 10kHz. Komponentverdicne må være fornuftige. (+. r.~ 40 c) Lag en krets til kildene vist ovenfor slik at kretsens utgangsspenning Uoer gitt ved U o = 100 (il - i 2 ) V ImA. Overforingsfunksjonen skal være uavheng ig av RS1 og RS2. Du har tilgjengel ig ideelle opamper og motstander. 2

3 a) Gin en spcnningskilde med indre resistans lik l M n. Kildens maksimale utga ngsspcnni ng er 500mV. Til denne kilden skal du lage en ikke-invcrtcrende forsterker med forsterkning lik 20. Maksimal fullskalafeil på grunn av lb. los og Vos skal være mindre eller lik 1%. Velg den opampen blant alternativene vist under som oppfyller kravet og gir lavest pris. Vis kretsløsni ngen din. Nr. Vos l. los Pris l SOli V lona 1nA Kr.30 2 SOOliV SOnA l OnA Kr l mv lna O. l na Kr mV l OnA InA Kr. 1S b) Gin en opamp med disse spesifikasjonene: 0 0 = 10 6, GBW = 4MH=, SR = l OV I ps. Oparnpen kobles opp som en ikke-invertercndc forsterker med forsterkning lik 10. a. Hva blir forsterkerens smås ignalbåndbredde? b. Bestem F ull Power Bandwidth hvis inngangssignalet har amplitude IV? c. l lvor stor er smås ignalforsterkningen ved frekvensen 100kHz? d. Ved hvilken frekvens er utgangssignalet faseforskjøvet i forhold til inngangssignalet? e. La inngangssignalet være ct symmetrisk firkantsignal med amplitude lik 1Vog frekvens lik 50kHz, tegn utgangssignalet for en periode. f La inngangssignalet være sinusformct med frekvens lik 250kHz. Hva blir maksimal amplitude hvi s en ønsker at opampcn skal operere tilnærm et lineært? 3

4 Oppgave 3 ( 40% ) RO O( l ~- u OBr o uo Bro RO p ) U, nr. l -, Bro nr.2 Ovenfor er vist to målebrocr som skal brukes i en elektronisk vekt. I begge målebroene er det to føleelerncntcr (sensorer) som endrer resistan s proporsjo nalt med massen som legges på vekten. Sammenhengen mellom størrelsen x og massen ro som blir lagt på vekten er: x = ( 0.0 I000 k~ ). m. m S IOkg. Ubelastet resistans Ro ~ Spenningsreferans en URer = 2.500V. Du skal: Velge hvilken bro du vil bruke i vekten. Koble broen til en instrumenteringsforsterker slik at utgangssignalet fra instrumenteringsforsterkeren blir o= ( ~ ). m. Koble et annenordens Javpassfiltcr etter instrumcnter ingsforsterkercn. Filteret skal ha Butterwort h-karaktcristikk, ha forsterk ning lik 1.00 ved De og -3dB-frek vcns lik 1Hz. a) Bestem hvi lken bro du vil bruke. Valget skal begrunnes, det vil si at du skal fork lare hvilke fordeler den broen du har valgt har i forhold til den andre. b) Bestem hvilke verdier motstandene i broen skal ha. c) Bestem hvilken forsterkning instrumcn tcr ingsforstcrkcrcn må ha. d) Bestem hvor god CMRR instrum enteringsforsterkere n må ha for at målefeil på grunn av common modcv-spcnningen skal svare til en masse mindre enn log. e) Lag filteret som et Sallen&Key- filter. Du har tilgjengelig vilkårlige verd ier på motstander og kondensatorer. 4

5 u'~ Ved legg c. f R' R, 3 c.l I I, v- u. c. c, f H 3. t R,,...l.. v- I l u Lavpassfilter: W o I :::: -.Jr~;-- m n R C ' m = k +~, der C. = n C, Q = J;;;:;; I ' m + n k=-- - l 2 Q' c, = C velg n ;, 4.Q' Hoypassfil ter: Cl e n -C, QJ;;;:;; m (n+l) c, = C n kan velges fritt, n :::: 1 er enkelt. 5

6 Knekkfrekvenser og Q-faktorcr for Buttcrworth-, Bessel- og Chebyshevflltre. 4.2 Casccde Design 169 \ TABtÆ 4_1 Examples or jow-pess filter lables...,.....,,:;; ~.~~ ~.:..!:>...i.. ButlelWorth Iow-pass tilter /.. Q. /.. Q, /e Q, /. Q. /. Q. AU a t 2/ l L l s l l O.7m I 0.SQ I l <>6 l Bessel Iow-pllS5.lilter n /.. a. /. a, /e Q, /. /.. Q s a l , O,SIO db ripple Chebymev Iow.pass filter I.. a. I. Q, /. Q, /. Q. Iti Q, Att at 2/ ls s & n o.s l 1J > db ripple ChebyEbn Jow-pass filler n /.. Q, I.. Q, /e Q, /. Q. /.. Q. Attal2! JU Q.78'i 33.87, :'i5s(i O6 ~.~ l1q9 f),711q 4 ' 1 1.., J'\ C. 1i..~.. >., O.tl O. 5 S~ U.75.' 79, Il.R81 S.S:!? 0 61\2 2.7J M Q. I :'\9 91.l'ln,I, '..'l','. :.:' ::: i, ~, ;. ~,, :.:.....J. ;,.,-:';.:. ~. r.,,.....' (l..~,, ~ l..,{.. ;,i.,.-; lil. :>u 6