Eksamensoppgaver i Elektronikk 1 - LO350E.

Transkript

1 Eksamensoppgaver i Elektronikk 1 - LO350E. 96h, 97h, 98h 99h, 99utsatt 00h, 00utsatt 01h, 01utsatt 02h, 02utsatt 03h, 03utsatt 04h, 04utsatt 05h, 05utsatt 06h, 06utsatt Rolf Ingebrigtsen Elnikk1/EksSaml/ Side EO.1 Rolf Ingebrigtsen

2 Innledning. Dette er en samling redigerte eksamensoppgaver gitt i Elektronikk 1 (LO350E) her på huset (Elektro, avd. for ing. utd. HiO). I løpet av den tida disse oppgavene spenner over, er det benyttet noe ulike måter å navnsette strøm- og spenningvariabler. Oppgavene fra og med 99 bruker samme variabelnavnesystem som vi gjør i kurset i dag. Eksamenstid for samtlige oppgavesett er 3 klokketimer, og tillatte hjelpemidler fram til og med 1997 var et formelark uten forklaringer samt kalkulator, mens det ble tillatt å bruke boka. Fra og med 2006 er det ikke lenger tillatt å bruke bok eller notater til eksamen. Det vil medføre at vanskelighetsgraden i kommende eksamensoppgaver blir noe redusert i forhold til hovedinnholdet i dette heftet. Enklere teorioppgaver som ikke baserer seg så tungt på matematikk og kvantitative analyser, vil dukke opp oftere. Fra og med 2004 ble antall studiepoeng redusert fra 6 til 5 som det er i dag, og pensum er derfor noe redusert. Det som blir borte, er filtre av høyere orden enn 1, og oppgavene fra denne delen er merket med * (det er bare noen ganske få av dem). De originale oppgavesettene inneholder vedlegg med komponentdata som står i læreboka (Ingebrigtsen Rolf, Analoge kretser og komponenter, Høyskoleforlaget), - disse er redigert bort i denne utgaven. Der oppgaven krever slike data, må dere finne dem bak i læreboka. Et nytt vedlegg til eksamensoppgavene - et formelark - vil igjen dukke opp, se s. EO.6! Elnikk1/EksSaml/ Side EO.2 Rolf Ingebrigtsen

3 Om å løse eksamensoppgaver Hovedformålet med en eksamensbesvarelse er å dokumentere faglig kompetanse, vise at du forstår og kan løse problemer og oppgaver, og sist, men ikke minst: At du kan presentere løsningen på en logisk og forståelig måte. En førsteklasses eksamensbesvarelse inneholder derfor ikke bare svar, men også tekst som etablerer en sammenhengende, logisk flyt gjennom hele besvarelsen. (Da vil oppgavens innhold - stort sett - framgå av besvarelsen.) Derfor er det viktig å også legge vekt på formelle sider i presentasjonen av løsninga di. Momenter: Oppgavetolkning der oppgaven er diffus Figurer, som klargjør problemstillingen Definisjon av egne symboler, (gjerne i figur) Begrunnelser og forklaringer (korte men gode!) for o valg av løsningsmetoder o valg av kretsløsninger og eventuelle komponenter og komp.typer og verdier o eventuelle verdier/typer som ikke er direkte basert på utregninger. o utregninger. Ved utregninger er hovedregelen Formelsvar Innsetting av tall OG evt. SI-enheter evt. mellomsvar med flere siffer svar med fornuftig * ant. siffer OG evt. SI-enhet. Legg vekt på klarhet, oversikt, lesbarhet, lay-out NB! Bokreferanser hører normalt ikke hjemme i en eksamensbesvarelse, men siden oppgavesettene i boka mangler vedlegg med dataark for komponenter, så er det i dette heftet naturlig å gjøre det likevel. * Det vil si maks 2 ved overslagsregning, og 2-3 ellers, avhengig av de konkrete tallene og den aktuelle nøyaktigheten. På neste side ser du hvordan førstesida på en eksamensoppgave i dette faget ser ut. NB! I de originale oppgavesettene er det lagt ved komponentdata som er sløyfet her siden de tar stor plass og dere kan finne dem i læreboka (og andre steder). Elnikk1/EksSaml/ Side EO.3 Rolf Ingebrigtsen

4 Vedlegg 1 til årets eksamensoppgavesett i Elektronikk LO342E Semikolon er brukt som skilletegn. R1 K1: uut = u I ; R + R 1 2 R R R th = ; U th = U inn R1 R2 R1 + R2 R ; R2 R 1 = ; U inn 1 U R 2 = R th U inn /U th ; q(t) = Cu(t) ; u C '(t) = i(t)/c; u L (t) = L i'(t) ; th K2: U a 2U a U eff = ; ; U m = ; = u s - R s i ut ; i ut = i s - /R s ; = 2 π u s R L /(R L + R s ) ; R inn2 10R ut1 ; f n = 1/(2π(R s +R L )C) ; K3: i D = I s e u D/nV T ; r D =nv T /i D ; U r = I L t 1 /C; U middel = U m - U r /2 = U a -2U D - U r /2; P = (NN - ) i UT ; K4: i E =i K +i B ; h FE =β =β=i K /i B ; i K =I s e u BE/nV T ; i K = β. ib ; r e =nv T /i K ; u be =r e i k ; V A r o i K ; P D =i K u KE ; Θ VB =(du BE /dt) ved konst I K ; K5: u B =U BQ +u b ; i K =I KQ +i k ; u K = U KQ + u k ; A be =1-r e /R e ; R ib =β(r e +R e ) βr e ; U BB =R B i K /β+u BE +u E ; R ut =R ue =(R b /β+r e ) ; i K = (U BB - U EE - u BE )/(R B /β + ) ; i K = U D / i K = (U Z - U D )/ ; R uk = r o (1 + /(r e +(R B + )/β)) ; A bek = /nn =-R k /(R e + r e ) ; u K = U CC - i K ; K7: β = i K /i B = β 1 β 2 ; i K1 + i K2 = I EE ; I KQ1 = I KQ2 = ½I EE ; A d =u ud /d = /r e ; A ds =A d /2 = /(2r e ) ; I K2,maks =u BE1 /2 =U D /2 ; i UT =i K2 =u BE1 /2 = U D /2 ; A bk,maks =-V A /nv T ; r DS ( ON ) uds 1 = = ; A i 2K( u V ) D GS T gsd R D gmr D = ( = ) ; u D =U DD -R i D r + + g R K8: i D = K(u GS - V TH ) 2 ; g m = di D /du GS ; I o = I i R i /R S ; A vgd =-R D /(R S + r d ) ; K9: = A o (U i+ -U i- ); A f =A 0 /(1+BA o ) ; A f0 = 1/B; δ f 1/BA 0 ; A f0 =1+R 2 / ; A f0 = - R 2 / ; A f0 (s)=-z 2 (s)/z 1 (s) ; = A A A 3 3 ; der A 1 = -R f / ; = A(1-2 ) i UT = i I R i /R S U=(U CC +U EE ) /( +R 2 ) ; = -(d 0 + 2d 1 + 4d 2 + 8d 3 )U T = - (d 3 d 2 d 1 d 0 ) B U T U T = U REF R F /R 0 K10: U ut,o =A f0 (±V io ± ( R 2 )I io ) ; U u =A o (U i+ -βu ut )+A cm U cm ; SR = u' ut (t) max ;. A(f) = f T /f. ; BA A/A f0 ; f ø = f T /A f0 ; A o A( jf) = ; 1 + j( f f ) o s s m s Elnikk1/EksSaml/ Side EO.4 Rolf Ingebrigtsen

5 Eksamen 3. juni 96 (eksamen vår 96) Oppgave 1 (25%) Likespenningskilden (også kalt strømforsyning eller power supply) i figur 1 inneholder en nettransformator, brolikeretter med 1A dioder, en ladelytt C (filter-kondensator) på 2200µF/40V, og en spenningsregulator type LM317. (Utdrag av data for LM317 finnes i læreboka). a) Fra lysnettet 220 vekselspenning, 50 Hz Fig 1 sikring 4 stk. 1N4001 Bestem verdier for og R 2 for en utspenning fra regulatoren på 7,5V. b) Beregn (omtrentlig) rippelspenningen på kondensatoren med den angitte laststrømmen på 1,2A. c) Største kontinuerlige strøm for en likeretterdiode av type 1N4001 er 1A. Vil da den angitte laststrømmen på 1,2A representere en overbelastning av diodene? Begrunn svaret! d) Effektivverdien av spenningen fra transformatoren med 1,2A last er 17V. Vi regner med et spenningsfall over hver diode på 1V (for en diode som leder). Hva er den største regulerte spenningen vi kan ta ut ved denne strømmen når vi krever at spenningsfallet over regulatoren minst skal være 2,5V? u C C LM317 i L = 1,2A R 2 Oppgave 2 (40%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med β =300, n i EbersMoll lik 1,3 (Se i læreboka for andre transistordata du måtte trenge.) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! I resten av oppgaven skal dere regne I KQ = 1,2mA. b) Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. U BB = 1,25V R B 15kΩ U CC = 25V Bryter U EE = 0 V c) er så stor at nedre grensefrekvens kun bestemmes av komponentene på utgangen. Bestem denne nedre grensefrekvensen når lastmotstanden () er innkoplet og = 0,68µF! d) Når lastmotstanden på tilkoples, går forsterkningen ned til det halve. Hvordan kan vi ved hjelp av en transistor nr. 2 gjøre forsterkningen tilnærmet uavhengig av lastmotstander i denne størrelsesorden? Tegn koplingsskjema! e) Dersom vi bytter til en transistor med β = 150 men samme U BEQ, så vil arbeidspunktspenningen i kollektoren i punkt a) forandre seg litt. I hvilken retning, og med hvor mye? 470Ω R L Elnikk1/EksSaml/ Side EO.5 Rolf Ingebrigtsen

6 Oppgave 3 (15%) Gitt operasjonsforsterkerkretsen i fig. 3 til høyre, der innsignalet er et 100Hz sinussignal med 1,00V amplityde. a) Hvordan blir utsignalet med sinusformet innsignal? Skissér begge i samme koordinatsystem! b) Hvilken funksjon har dioden D 2? Oppgave 4 * (20%) a) Hva er fordelene og ulempene til de tre klassiske filtertypene Bessel-, Butterworthog Chebyshev? b) Vis at operasjonsforsterkerkretsen til høyre gir et 2.ordens lavpass Butterwortfilter dersom R 2 / velges "riktig". R Fig. 4 Fig. 3 C R C D 2 A 1 1) +15V -15V U CC (+15V) A 1 U EE (-15V) D 1 100nF u R UT 2 Eksamen 12. august 96 (utsatt eksamen vår 96) Oppgave 1 (25%) a) Hva brukes en brolikeretter til? b) Tegn kretsskjema av en brolikeretter og forklar hvordan den virker. Tegn også typiske kurveformer inn og ut for en brolikeretter med resistiv last. c) En kondensator settes ofte inn parallelt med lasten i punkt b). Hva er grunnen til det, og hvordan påvirker denne kondensatoren 1. spenningen over lasten? 2. strømforløpet i likeretteren? Oppgave 2 (40%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med β =300 og n = 1,3 i EbersMolllikninga (se læreboka for andre transistordata du trenger.) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! b) R B og U BB skal erstattes med en spenningsdeler mellom U CC og 0V slik at kretsens arbeidspunkt og egenskaper forøvrig ikke endrer seg. Beregn motstandsverdier, og foreslå komponenter fra E24serien. I resten av oppgaven skal dere regne I KQ = 0,70mA. c) Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. d) Hvilke oppgaver har kondensatorene i en krets som dette? U BB = 1.01V Fig. 1 R B 15kΩ 470 Ω U CC = 15V 0 V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.6 Rolf Ingebrigtsen

7 Beregn slik at nedre grensefrekvens blir 200Hz, fremdeles uten lastmotstand tilkoplet! e) Dersom transistortemperaturen stiger med 20 grader (K), så vil arbeidspunktspenningen i kollektoren i punkt a) forandre seg noe. I hvilken retning, og med hvor mye, når vi antar at β er konstant? Oppgave 3 (25%) Vi forutsetter at opamp-typen 741 benyttes i alle deler av oppgaven. (Data for 741 finnes i læreboka) a) Konstruer og beregn/velg komponentverdier til en opamp-krets som behandler de to signalspenningene u 1 og u 2 slik at resultatet blir u 3 = 2 u1 - u 2 Begrunn alle komponentvalg som ikke er basert på beregninger! b) Hva kalles kretsen vist i fig. 2, og hvordan kan uttrykkes som en funksjon av? c) Hva vil skje med når R = 100kΩ og C = 0,10µF, dersom er 5,00V i en periode på 10ms og U u starter på 0,00V? Enn hvis C = 10nF? d) Hva vil skje med dersom koples til 0V og holdes der, når vi antar at starter på 0V? Begrunn svaret! Oppgave 4 * (10%) Hva er et Butterworthfilter, og hva skiller det fra andre filtertyper? Fig.2 R 100kΩ C 0,10µF +15V V Eksamen 19. desember 96 (eksamen høst 96) Oppgave 1 (20%) a) Hvilken strøm går det kretsen nærmest til høyre, og hvor stor er spenningen i punkt A når diodene har u D -i D - karakteristikk som vist i figuren lengst til høyre, og = 4,7kΩ? b) Bruk kretsen for a) sammen med en NPNtransistor av typen BC547B og en ekstra motstand til å lage en strømkildekrets ("sink") der transistorkollektoren er utgang. Tegn kretsskjema! Hvor stor må motstanden være for at utstrømmen skal bli 10mA? Nevn én god og én dårlig side ved denne spesielle strømkildekretsen! D D V Diodestrøm I D [ma] 50 A Diodespenning U D [Volt] Elnikk1/EksSaml/ Side EO.7 Rolf Ingebrigtsen

8 Oppgave 2 (40%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med β =230 og n = 1,3 i EbersMolllikninga, og se læreboka 2 for andre transistordata du skulle trenge. a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! Gi en kort vurdering av om valget av R B og arbeidspunkt er i samsvar med tommelregler for god design. (NB! Utgått av pensum) Vi tenker oss nå at U BB justeres slik at I KQ = 0,500mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. b) Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand og for middels signalfrekvenser, der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. c) Beregn slik at nedre grensefrekvens blir 20Hz når det ikke er tilkoplet noen lastmotstand! d) For å gi lavere utgangsresistans, kopler vi en source-følger med felteffekttransistoren BSS89 direkte til kollektoren på NPNtransistoren i figuren (rett på, ingen kondensator!). Tegn dette arrangementet! Vil arbeidspunktet til NPNtransistoren forandre seg når FET'en koples til? Begrunn svaret! Velg en E24 verdi for sourcemotstanden slik at strømmen i FET'en blir ca. 10mA. (Hint: Bruk karakteristikken vist i figuren til høyre!) Oppgave 3 (30%) Figuren til høyre viser en opamp krets med to innspenninger u 1 og u 2, og et utspenning u 3. a) Hvilken sammenheng er det mellom innspenningene og u 3 om vi regner opampene som ideelle? b) Ikke-ideelle opamper gir feil blant annet på grunn av disse effektene: 1. Begrenset "Slew Rate" 2. Input (bias) strøm. 3. Input offset spenning. Beskriv kort hva hver av effektene 1-3 over går ut på. Hvordan vil de tre effektene nevnt over, påvirke sprangresponsen (firkant-pulsresponsen) på utgangen til spenningsfølgerkretsen i figuren til høyre, og hvordan vil de påvirke forholdet mellom likespenningsnivået i sammenlignet med? Begrunn svarene! u 1 u 2 Typisk transferkarakteristikk for BSS89 Drain-Source U DS = 10V I D (ma) U BB = 1.00V 1 R B R 5 = R 2 = 20kΩ 51kΩ U GS(V) Gate-Source spenning R 3 = kΩ 1,0 kω R 4 = 741 U CC = 12 V 0 V u u u 3 Elnikk1/EksSaml/ Side EO.8 Rolf Ingebrigtsen

9 c) I utgangen på en opamp sitter det en dobbeltvirkende (push-pull) emitterfølger med darlingtonkoplede transistorer. Hvorfor er det ikke godt nok å bruke en vanlig emitterfølger her? Tegn en NPN darlington kopling! Oppgave 4 * (10%) Hva er et Butterworthfilter, og hvordan kan et 2. ordens lavpass Butterworthfilter lages vha. en opampkopling (det er ikke nødvendig å utføre beregninger her)? Hvilke komponenter i kretsen er det som bestemmer grensefrekvensen? Eksamen 28.februar 97 (utsatt eks høst 96) Oppgave 1 (20%) Figuren viser en strømkildekrets som skal gi ut en konstant (sink) strøm til en last som skal koples til kollektoren til. a) Hvilke egenskaper skal en konstant-strømkilde ha, og hva er det med kretskonstruksjonen og komponentene i figuren til høyre som bidrar til å gi kretsen gode egenskaper som konstant-strømkilde? Hvor stor blir laststrømmen? b) Ved hjelp av to motstander, en zenerdiode, en operasjonforsterker Fig. 1 og en N-kanal MOSFET (enhancementtype) kan man lage en enda bedre konstant-strømkilde. Tegn en slik kilde med tydelig angivelse av hvor lasten koples til, og angi hvilke komponenter som bestemmer strømmen ut til lasten! (Hint: Opampen settes mellom zenerspenningen og gate (styreelektroden) på MOSFET en, og tilbakekoplingen tas fra motstanden som svarer til i fig. 1, tilbake til minus-inngangen på opampen.) Oppgave 2 (40%) Figuren til høyre viser en felles-emitter forsterker med BC547B. Regn med β =250 og n = 1,3 i EbersMolllikninga. (I læreboka 2 finnes det datablad for transistoren.) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! Vi tenker oss nå at U BB justeres slik at I KQ = 0,65mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. U BB = 1.10V b) Regn ut forsterkningen fra basis til kollektor uten lastmotstand tilkoplet. c) Flere tommelregler brukes ved design av transistorforsterkere som dette. Nevn to slike tommelregler, og forklar hva som motiverer hver av dem (altså hva poenget er med hver av reglene, hvilke hensyn de ivaretar). (NB: Utgått av pensum.) d) På utgangen til transistorforsterkere finner vi ofte en direktekoplet emitterfølger, gjerne med en darlingtonkopling. Tegn kretsen i fig. 2 med en slik direktekoplet NPN darlington emitterfølgerkopling på utgangen. Fig. 2 R B 24V D 1 6,2V 39kΩ 11kΩ 1,0 kω Til last BC547B 2,7kΩ 0 V 0V U CC = 15V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.9 Rolf Ingebrigtsen

10 Oppgave 3 (30%) Figur 3 viser en opamp krets med tre inn- spenninger 1, 2, og 3, samt utspenningen. a) Vis at om vi regner med ideell opamp, så er = A A A 3 3 der A 1 = -R f / osv. b) Ikke-ideelle opamper gir flere typer feil på grunn av måtene opamper lages på. Hvilke feil er aktuelle i kretsen i fig. 3 når innspenningene 1, 2 og 3, er likespenninger, og hvordan kan man gå fram i valget av motstander for at disse feilene ikke skal bli unødvendig store? c) I fig. 4 bruker man et potmeter (potensiometer) R v til å justere til null når = 0,000V. Hvor stor må R 3 være når vi ønsker en maksimal justering i på ±100mV? 1 2 R 2 3 R 3 Fig V R 3 Fig. 4 = - R v = 10 kω R f +1V R 2 = 100kΩ 741 Oppgave 4 (10%) I kretsen i fig. 5 er C 1 = 2C 2, og opampen regnes som ideell. Vis at transferfunksjonen fra til er gitt ved uttrykket: 1 =, der 2 u I ( s / ω o ) + 2( s / ω o ) ω o = RC 2 2 Eksamen 18. desember 97 (høst 97) Oppgave 1 (15%) Figuren til høyre viser en likeretterkopling. Effektivverdien til spenningen ut fra transformatoren er 20V. Kondensatoren er på 2200µF. Dioden er av typen 1N4001 (maks. 1A). Vi kopler et voltmeter mellom 0V og. Hvilken spenning vil vi avlese med voltmeteret innstilt på likespenning? Oppgave 2 (35%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med β =250 og n = 1,2 i EbersMolllikninga (se læreboka for eventuelle andre transistordata) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! Elnikk1/EksSaml/ Side EO.10 Rolf Ingebrigtsen R Fig. 5 Fra 220V vekselspenning U BB = 1.00V Fig. 2 R B C 1 R 51kΩ C 2 U EE U CC 1N4001 C A 1 (-15V) 12kΩ 1,0 kω (+15V) I L = 0,5A 0V U CC = 12V 0 V 100nF

11 Vi tenker oss nå at U BB justeres slik at I KQ = 0,500mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. b) Regn ut forsterkningen A bek = / uten lastmotstand og for middels signalfrekvenser, der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. Det koples til en lastmotstand på 5,1kΩ, men da går forsterkningen ned. Hvorfor gjør den det, og hva blir den nå? c) Kretsen kan enkelt modifiseres for å bøte på at forsterkningen går ned ved belastning (ved å føye til et par ekstra komponenter og flytte på en kondensator). Tegn skjema over hele den modifiserte kretsen, og vis at problemet med redusert forsterkning ved belastning er løst. Oppgave 3 (20%) Figuren til høyre viser en opamp krets beregnet for vekselspenningssignaler. a) Hvor stor er den nedre grensefrekvensen, og hva er ideelt sett forsterkningen ved høyere frekvenser? b) Uten signal inn ligger ikke utspenningen på 0,000V. Hvorfor ikke, og hva kan vi vente oss av denne spenningen med en TL081C-opamp med typiske data? Oppgave 4 (30%) a) Tegn en darlingtontransistor. Når bruker vi darlingtontransistorer i stedet for vanlige b) transistorer? 15V Tegn en differansforsterker med PNPtransistorer. Nevn - én ting som en differansforsterker kan, men som en felles - emitterforsterker ikke kan! c) Hva kalles kretsen til høyre? Forklar hvordan avhenger av, gjerne i en figur! Hva er virkningen av å erstatte motstanden på 4,0kΩ med en på 40kΩ? R i = =220nF 100kΩ + + TL081C + - 1,0MΩ A o R 2-15V 1,0kΩ 4,0kΩ Eksamen 28. januar 98 (utsatt eks. høst 97) Oppgave 1 (25%) I figur 1 til høyre ser vi (lengst til høyre) en kopling med to transistorer, mens den høyre del av figuren viser tre ulike innsignaler for denne koplingen. a) Hvilken frekvens har signalene, og hvilket utslag vil det største signalet gi på et voltmeter innstilt på vekselspenning (AC)? b) Hva kalles koplingen, og hva er poenget med den? Tegn u B og u E i samme figur når u B er 5,0 [Volt] 1) den største spenningen til venstre i figuren. 2) den minste spenningen til venstre i figuren. 2, ,5 Figur 1-5, Tid i ms u B U CC u E U EE R L =1kΩ Elnikk1/EksSaml/ Side EO.11 Rolf Ingebrigtsen

12 c) Hva er det vanlig å gjøre for at utgangssignalet ikke skal bli forvrengt? Oppgave 2 (35%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,4 i EbersMoll-likninga (se læreboka 3 for β, U BE, og eventuelle flere transistordata) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! Vi tenker oss nå at U BB justeres slik at I KQ = 0,800mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. b) Regn ut forsterkningen A vbk = / uten lastmotstand og for middels signalfrekvenser, der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. c) Figur 3 til høyre viser en vanlig variant av kretsen i figur 2. Når basen på koples til, vil kollektorspenningen på synke litt. Hvorfor? Vil den synke med mer enn 0,3V? Begrunn svaret! Oppgave 3 (20%) Figuren til høyre viser en opampkrets beregnet for vekselspenningssignaler. Innspenningen er et sinussignal med varierende amplityde. a) Vi antar at opampen er ideell med utspenning begrenset til ±5V. Tegn, u o og i samme figur når har amplityden 1,0V og frekvensen er 100Hz. U BB = 1,10V b) Hva er "slew-rate"- begrensning i en Figur 4 operasjonsforsterker, og hvordan arter den seg spesielt i en krets som denne ved middels signalfrekvenser og små signalspenninger? Fig. 3 U BB = 1,10V R B Fig. 2 R B 51kΩ kΩ + 15kΩ 1,0 kω A - 15kΩ U CC = 24V D R 1,0 kω U CC = 24V 2 = 4,7kΩ u o 0 V 0 V Oppgave 4 (20%) a) Tegn en ikke-inverterende forsterker med en 741-type operasjonsforsterker, og bestem fornuftige komponentverdier slik at forsterkningen blir lik 10. b) Hvilken øvre grensefrekvens vil forsterkeren i a) ha for så små signaler at vi unngår "slewrate"begrensning? Figur 5: 741 open loop freq. response db k 10k 100k 1M 10M Elnikk1/EksSaml/ Side EO.12 Rolf Ingebrigtsen

13 Eksamen 11. desember 98 (høst 98) U CC Oppgave 1 (15%) I figuren øverst til høyre ser vi en kopling med to silisiumtransistorer, og R L = 100Ω. Vi antar at base-emitterspenningene er 0,7V og -0,7V ved de strømmene som er aktuelle her. a) Hva kalles koplingen, og hva er poenget med den? Hvor stor er kollektorstrømmene i de to transistorene når = 0,17V og når = 1,7V? b) I koplingen nederst til høyre er et sinusformet signal med moderat frekvens. Vi måler til 1,258V med et voltmeter innstilt på DC (likespenning). Hvor stor amplityde har? + R L U EE A 0 - D R Oppgave 2 (35%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll-likninga og earlyspenning på 100V. (Se læreboka for flere transistordata) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! Vi tenker oss nå at R 2 justeres slik at I KQ stiller seg inn på 0,400mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. (Da er R 2 1,2MΩ ). b) Regn ut spenningsforsterkningen (forholdet / ) uten tilkoplet lastmotstand og for middels signalfrekvenser, der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. Hvordan kan man lage en enkel modifikasjon som vil gi større forsterkning ved middels signalfrekvenser, uten å endre arbeidspunktet? c) Figuren til høyre viser en vanlig videreutvikling av kretsen i punkt a). Når koples til, vil kollektorspenningen på synke litt. Hva er den direkte årsaken til dette, og hvilke(n) egenskap(er) i er gunstig for å begrense denne effekten? R 2 1,5MΩ 68kΩ R 2 1,5MΩ 68kΩ 1 1,5kΩ 30kΩ 1,2kΩ 30kΩ U CC = 24V 0 V U CC =24V 2 = 0 V Oppgave 3 (30%) I kretsen til høyre er begge 'ene 5,1kΩ, R B 'ene 50kΩ og vi regner transistorene som to identiske BC547B med β = 300 og u BE = 0,65V. Strømkilden nederst drar konstant 4,00mA. 15V u k2 a) Beregn spenningene i kretsen når det ikke er noe tilkoplet på inngangene. Hva skjer om de to inngangene koples sammen? Begrunn svaret! 1 R B u E 2 R B 4,00mA Elnikk1/EksSaml/ Side EO.13 Rolf Ingebrigtsen

14 b) Transistorene erstattes med to identiske N-kanal MOSFET av typen BSS89, se data til høyre. Hvilke spenninger finner vi nå i kretsen, når vi antar at vi kan se bort fra gatestrømmene i MOSFET'ene? c) Hvilken av de to kretsene, - a) eller b) har størst spenningsforsterkning for små signaler? Begrunn svaret! Oppgave 4 (20%) a) Konstruer en opamp krets som gir utspenningen = 3u 1-2u 2 der u 1 og u 2 er innspenningene til kretsen. b) En ikke-inverterende tilbakekoplet forsterker med en 741-type operasjonsforsterker har forsterkningen lik 10. Hvilken øvre grensefrekvens har forsterkeren for signaler som er så små at vi unngår "slewrate"begrensning? Begrunn svaret ut i fra figuren til høyre! Eksamen 1. februar 99 (utsatt eks. høst 98) Oppgave 1 (20%) I figuren til høyre ser vi en kopling med to BC547B. Vi antar at base-emitterspenningene er 0,70V ved de strømmene som er aktuelle her. a) Hva kalles koplingen, og hva er poenget med den? Omtrent hvor stor er kollektorstrømmene i de to transistorene? b) Vil kretsen virke som den skal dersom kollektoremitterspenningen til blir så stor som 40V? i D [ma] db ,5 741 open loop freq. response u GS [V] k 10k 100k 1M 10M Last 3 R 2 100Ω -12V Oppgave 2 (25%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll-likninga og earlyspenning på 100V. (Se læreboka for flere transistordata) a) Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! Vi tenker oss nå at R 2 justeres slik at I KQ stiller seg inn på 1,00mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. (Da er R 2 450kΩ ). Vi kan regne med at kondensatorimpedansene er lik null ved de aktuelle signalfrekvensene. b) En signalkilde med en utgangsresistans på 47kΩ gir et sinusformet signal med frekvens 200Hz. Når den ikke er koplet til noe, er amplityden til signalspenningen lik 5,0mV. R 2 470kΩ 33kΩ Cu 680Ω U = 20V CC 0 V u ut Elnikk1/EksSaml/ Side EO.14 Rolf Ingebrigtsen

15 Denne kilden koples nå til inngangen på forsterkeren i figuren (via ), mens utgangen til forsterkeren koples til en last på 47kΩ (via )? Hvor stor blir amplityden til signalet over lasten ( )? Oppgave 3 (20%) a) Nedenfor er det listet opp noen ord og uttrykk som kan brukes til å beskrive hvordan en krets er bygget opp, hvilke egenskaper den har, og hva den gjør: Aktiv last, felles emitter, schmitt-trigger, klokkefrekvens, darlingtonkopling, "common mode" undertrykkelse, earlyeffekt, metning, kvasilineær, forsterkning, strømkilde, rippel, komplementær, diodekompensering, emitterfølger, forstørret diode, bipolar transistor, "slew rate", hysterese, differansforsterkning, +12V u E2 1,0kΩ grensefrekvens, effektivverdi, avkopling, utgangsresistans, overgangs(crossover) forvregning. u B1 Hvilke 6 av uttrykkene i lista foran er det mest naturlig å bruke om kretsen i figuren til høyre? b) Beregn spenningene i kretsen når det ikke er noe signal koplet til på inngangen, og når vi antar at begge transistorene har β = 300 og u BE = 0,7V regnet uten fortegn. Er det rimelig å anta at de to u BE 'ene blir like i denne kretsen dersom transistorene er identiske? Oppgave 4 (35%) a) I koplingen til høyre er et sinusformet signal med moderat frekvens og effektivverdi på 3,83V. Hva vil vi måle på utgangen ( ) med et voltmeter innstilt på DC (likespenning)? Vi vil at feilen i utsignalet skal være mindre enn 1mV. Foreslå en fornuftig opamptype til denne kretsen fra tabellen i læreboka (s )! b) Konstruer - ved hjelp av inntil 2 opamper - en krets som gir utspenningen = 2u 1 - ½u 2 der u 1 og u 2 er innspenningene til kretsen. c) En ikke-inverterende tilbakekoplet forsterker skal ha forsterkningen lik 10. Hvor stor blir sløyfeforsterkningen ved 10kHz dersom det brukes en 741-type operasjonsforsterker (for eksempel MC741C)? Begrunn svaret ut i fra figuren til høyre! Finn (i læreboka ) en opamptype som gir 10 ganger høyere grensefrekvens (øvre) i denne koplingen enn hva 741-typen gjør! db R B 1,0MΩ + Ao - -12V D C 741 open loop freq. response k 10k 100k 1M 10M Elnikk1/EksSaml/ Side EO.15 Rolf Ingebrigtsen

16 Eksamen 18. desember 2000 (høst) Oppgave 1 (22%) Figuren til høyre viser skjema for en likespenningskilde (alias strømforsyning eller power supply) som leverer 7,5V ut. Den inneholder en nettransformator, Fra lysnettet 220 vekselspenning, 50 Hz Fig 1 brolikeretter med 1A dioder, en glattekondensator C (filter-kondensator) på 4700µF/25V, og en spenningsregulator type LM317. (Data for LM317 trengs ikke i denne oppgaven.) a)6% Effektivverdien av spenningen fra transformatoren med 1,2A last er 12V. Hvilken spenning vil vi ha over kondensatoren når det ikke går laststrøm (bruk overslagsregning)? b)5% Beregn rippelspenningen på kondensatoren med den angitte, konstante laststrømmen på 1,2A (bruk overslagsregning). c)5% Største kontinuerlige strøm for en likeretterdiode av type 1N4001 er 1A. Vil da den angitte laststrømmen på 1,2A representere en overbelastning av diodene? Begrunn svaret! d)6% Hvor stort er effekttapet i regulator-ic'en (selve regulatorkomponenten)? Oppgave 2 (34%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og se ellers læreboka for andre transistordata du måtte trenge. a)12% Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning (bruk overslagsregning)! U BB justeres slik at I KQ = 1,5mA, som skal brukes i resten av oppgaven. b)8% Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. c)8% er så stor at nedre grensefrekvens kun bestemmes av komponentene på inngangen. Bestem denne nedre grensefrekvensen når vi regner med at kildemotstanden er liten i forhold til inngangsmotstanden på kretsen! d)6% Når lastmotstanden på tilkoples, går forsterkningen ned til det halve. Hvordan kan vi ved hjelp av en transistor nr. 2 og enda en motstand modifisere kretsen slik at forsterkningen blir tilnærmet uavhengig av lastmotstander i denne størrelsesorden? Tegn koplingsskjema for den modifiserte kretsen! Oppgave 3 (29%) sikring 4 stk. 1N4001 I koplingene nedenfor og til høyre antar vi at opampen er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±12V, så vil en opamp maksimalt gi ut +10V, mens laveste utspenning vil være -10V. (Utspenninger mellom -10V og +10V.) u 1 u 2 u C U BB = 1,05V C R B 15kΩ 0,68µF R 5 = 50kΩ R 2 = 20kΩ LM Ω 0 V R 3 = i L = 1,2A R 2 U CC = 25V Bryter R L R 4 = u 3 Elnikk1/EksSaml/ Side EO.16 Rolf Ingebrigtsen

17 a)8% Figuren til høyre viser en opamp krets med to inn- spenninger u 1 og u 2, og utspenning u 3. Hvilken sammenheng er det mellom innspenningene og u 3? b)16% Hvilke spenninger vil u 0 og i figuren til høyre være når : 1. = +1,00V? 2. = -0,100V? c)5% En ikke-inverterende tilbakekoplet forsterker har forsterkning lik 10 ved lave frekvenser. Hvor stor blir forsterkerens øvre grensefrekvens for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren! Oppgave 4 (15%) a)5% Tegn en darlingtonkopling med PNP-transistorer! b)10% Tegn en differansforsterker med MOSFET-transistorer (Nkanal)! + - U EE -12V U CC 12V A(f) (Open loop frekvensresponse) db k 10k 100k 1M D R u 0 f [Hz] 10M Eksamen 5. februar 2001 (vår, kont) Oppgave 1 (34%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og se ellers læreboka 2 for andre transistordata du måtte trenge. a)12% Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning (bruk overslagsregning)! U BB justeres slik at I KQ = 0,80mA, som skal brukes i resten av oppgaven. b)8% Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. c)8% er så stor at nedre grensefrekvens med tilkoplet last kun bestemmes av komponentene på utgangen. Bestem denne nedre grensefrekvensen når vi ser bort fra earlyeffekt i transistoren. d)6% Når lastmotstanden tilkoples, går forsterkningen ned. Hvordan kan vi ved hjelp av en MOSFET og enda en motstand modifisere kretsen slik at forsterkningen blir uavhengig av lastmotstander i denne størrelsesorden? Tegn koplingsskjema for den modifiserte kretsen! Oppgave 2 (20%) Figuren til høyre viser skjema for en likespenningskilde (alias strømforsyning eller power supply) som leverer 5,0V ut. Den inneholder en nettransformator, brolikeretter med 1A dioder, en glattekondensator C (filter-kondensator) 220V vekselspenning Elnikk1/EksSaml/ Side EO.17 Rolf Ingebrigtsen U BB = 1,60V sikring R B 33kΩ 4 stk. 1N4001 u C C 15kΩ 7805 U CC = 25V 0,47µF 1,0kΩ 0 V Bryter R L I L = 1,0A = 5,0V 20kΩ

18 på 4700µF/25V, og en spenningsregulator type (Data for 7805 trengs ikke i denne oppgaven.) a)6% Effektivverdien av spenningen fra transformatoren er 12V, og uavhengig av strømmen til lasten. Hvilken spenning vil vi ha over kondensatoren når laststrømmen er så liten at vi kan se bort fra rippel på kondensatoren C (bruk overslagsregning)? b)8% Beregn rippelspenningen på kondensatoren med den angitte laststrømmen på 1,0A (bruk overslagsregning), og lag en målsatt skisse som viser u C (t) som funksjon av tida. d)6% Hvor stort er effekttapet i regulator-ic'en (selve regulatorkomponenten)? Oppgave 3 (32%) R I denne oppgaven antar vi at opampen er ideell, bortsett fra at med 3 = 6,8kΩ forsyningsspenninger på ±12V, er utspenningen begrenset til området -10V til +10V. a)6% Finn utspenningen u 3 som funksjon av innspenningene u 1 og u 2 i figuren øverst til høyre! b)16% Beregn u 0 og i figuren til høyre når : 1. = +0,500V? 2. = -5,00V? c)5% En ikke-inverterende tilbakekoplet forsterker har forsterkning lik 20 ved lave frekvenser. Hvor stor blir forsterkerens øvre grensefrekvens for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren og/eller ved regning! d)5% Hvorfor er det nødvendig å understreke at signalene må være små i punkt c) foran? Oppgave 4 (14%) Differensforsterkeren til høyre skal brukes til målinger av små spenningsforskjeller. Vi antar først at transistorene er identiske og har typiske egenskaper som BC547B. a)8% Beregn arbeidspunktspenninger og strømmer for kollektorene når 1 = 2 = 0V. b)6% Hvor stor blir den differensielle utspenningen med et differensielt innsignal på 1mV? u 1 u 3 = u U EE -12V R 2 = 20kΩ U CC 12V D 1 u 0 R 2 D 2 A(f) (Open loop frekvensresponse) db f [Hz] k 10k 100k 1M 10M k BC547B U CC =+12V U EE = -9V 10k BC547B R B 20k 0V R B 20k I EE 1,00mA Eksamen 11. desember 2001 (høst) Oppgave 1 (41%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og strømforsterkning på 300. Elnikk1/EksSaml/ Side EO.18 Rolf Ingebrigtsen

19 a)12% Beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning (bruk overslagsregning)! U BB justeres slik at I KQ = 1,00mA, som skal brukes i resten av oppgaven. b)6% Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. (Se bort fra earlyeffekt.) c)6% er så stor at nedre grensefrekvens kun bestemmes av komponentene på inngangen. Bestem denne nedre grensefrekvensen når vi kopler til en signalkilde med kildemotstand R s = 600 Ω. d)7% Når lastmotstanden på 2,0 kω tilkoples, går forsterkningen kraftig ned. Hvorfor? Og hvor stor blir den da? e)10% Vi kan sette inn en darlingtonkopling i denne kretsen på en slik måte at forsterkningen blir uavhengig av lastmotstander i kω-området. Tegn koplingsskjema for en slik modifisert krets! Oppgave 2 (20%) I disse koplingene antar vi at opampen er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±12V, så vil en opamp maksimalt gi ut +10V, mens laveste utspenning vil være -10V. (Utspenninger mellom -10V og +10V.) a)8% Figuren til høyre viser en opamp krets. Spenningene u 1 og u 2 kommer inn på kretsen, og utspenning er u 3. Hvilken sammenheng er det mellom innspenningene og u 3? b)6% En ikke-inverterende tilbakekoplet forsterker har forsterkning lik 5 ved lave frekvenser. Hvor stor blir forsterkerens øvre grensefrekvens for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren øverst til høyre på neste side? Begrunn svaret ut i fra denne figuren eller på annen måte! c)6% Problemet med innspenningsubalanse i opamper kan takles ved hjelp av kretsen i figuren til høyre. Et potmeter (potensiometer) R v brukes til å justere til null når holdes på 0,0000V. Hvor stor må R 3 være for at vi skal få en maksimal justering i på ±100mV (når R v står i ytterstillingene)? U BB = 1,15V R B 15kΩ 0,68µF u 1 u 2 R 4 = 20kΩ db =50kΩ R 3 = 10k Ω R 2 = R 5 = k 10k 100k 1M 10M -1V R 3 = U CC = 25V 15kΩ Bryter 470Ω R v = U EE = 0 V +1V u 3 R 2 = 100kΩ U CC R L 2,0kΩ Oppgave 3 (23%) a)5% Hvor stor vil u E i figuren til høyre være når u B = +0,100V? b)8% Vi lar u B = -1,00V i figuren til høyre. Omtrent hvor stor blir strømmen i R L, og hvor går denne strømmen ellers i kretsen? u B u E R L =1kΩ Elnikk1/EksSaml/ Side EO.19 Rolf Ingebrigtsen U EE

20 c)10% Vis hvordan en slik krets best kan brukes sammen med en opamp for å gi større laststrøm i en ikke-inverterende kopling med forsterkning lik 11! (Bruk motstander i området 1kΩ - 100kΩ!) Oppgave 4 (16%) a)7% Tegn en strømkildekrets som skal "sinke" ca. 2,0mA. Beregn den mest kritiske motstandsverdien! b)9% Tegn og beregn en 1. ordens høypassfilterkrets der en opamp skal brukes for å gi forsterkning på 2 i passbåndet. Nedre grensefrekvens skal være 100Hz. Bruk kondensatorverdien 100nF! Eksamen 14. februar 2002 (vår, kont) Oppgave 1 (38%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og β = 300. I hele denne oppgaven ser vi bort fra earlyeffekt i transistoren. a)10% Bruk overslagsregning og beregn arbeidspunktet for kollektorstrøm og kollektorspenning! U BB justeres slik at I KQ = 2,0mA, som skal brukes i resten av oppgaven. U BB = 1.70V b)6% Regn ut forsterkningen / for middels signalfrekvenser der kondensator-impedansene er tilnærmet lik null. c)6% er så stor at nedre grensefrekvens med tilkoplet last bare bestemmes av komponentene på utgangen. Bestem denne nedre grensefrekvensen d)10% I praksis lages ikke en krets som denne med en motstand R B og en egen, fast spenning U BB. I stedet setter vi en motstand fra transistorbasen og ned til 0V, og en annen motstand R 2 fra transistorbasen og opp til U CC. Hvilke verdier må disse motstandene ha dersom resten av kretsen skal ha samme egenskaper som i figuren foran? e)6% Hva skjer med arbeidsverdiene for kollektorstrømmen I KQ og base emitterspenningen U BEQ når temperaturen øker? R B 15kΩ U CC = 35V 0,47µF 510Ω 0 V R L 20kΩ Oppgave 2 (12%) Figuren til høyre viser skjema for en likespenningskilde (alias strømforsyning eller power supply) som leverer 5,0V ut. Den inneholder en nettransformator, brolikeretter med 1A dioder, en 220V, 50Hz sikring 4 stk. 1N4001 glattekondensator C, og en spenningsregulator type (Data for komponentene trengs ikke i denne oppgaven.) a)6% Hvor stor må kondensatoren være for at rippelspenningen ikke skal bli mer enn 0,5V med den angitte laststrømmen på 1,0A (bruk overslagsregning)? b)6% Hvorfor går det ikke an å lage en slik krets uten at det blir rippelspenning på kondensatoren? trafo u C C 7805 I L = 1,0A U UT = 5,0V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.20 Rolf Ingebrigtsen

21 Oppgave 3 (16%) I figuren til høyre ser vi en kopling med to BC547B. Begge transistorene er aktive (leder). Vi regner β = 300 for begge, og u 1 = - 2,5V. Bruk overslagsregning. a)8% Finn kollektorstrømmen i når kollektoren er koplet til 0V! Gjør det noen forskjell om kollektorspenningen er 10V? b)8% Hvor stor er kollektorstrømmen i? Oppgave 4 (34%) I denne oppgaven antar vi at operasjonsforsterkeren (opamp en) er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±12V (ikke tegnet inn i figuren), er utspenningen begrenset til området -10V til +10V. a)6% Finn utspenningen u 3 som funksjon av innspenningene u 1 og u 2 i figuren til høyre! b)10% Vi setter inn en diode i kretsen foran, og da ser den ut som til høyre. Vi lar u 1 = 1,00V og u 2 = 0,00V. 1. Hvor stor blir u 3? 2. Omtrent hvor stor blir u 4 (se figuren)? c)6% Hvor stor blir øvre grensefrekvens til forsterkeren i a) for små signaler, når opamp en som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren og/eller ved regning! d)12% Lasten som skal koples til krets a), er på 10Ω. Men når vi kopler den inn, slutter kretsen å virke. Hva er problemet? Hvordan kan det best løses slik at vi får en krets som tåler å bli koplet til denne lasten? Tegn figur!! Eksamen 4. desember 2002 Oppgave 1 (35%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med en BC547B type transistor. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og se ellers vedlegg 1 for andre transistordata du måtte trenge. a)14% Beregn ved hjelp av overslagsregning de omtrentlige arbeidsverdiene for kollektorstrømmen og kollektorspenningen i denne kretsen! b)7% Vi tenker oss så at U BB justeres slik at I KQ = 1,40mA. Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand og for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. c)7% Når vi kopler til en lastmotstand til denne kretsen, blir forsterkningen mindre. Men ved hjelp av noen få ekstra komponenter kan vi modifisere kretsen slik at forsterkningen blir tilnærmet uavhengig av lastmotstander i kω-området. Tegn koplingsskjema for en slik modifisert krets! (Det kreves ingen beregninger her!) u 1 u 2 100kΩ u 1 u 2 Last = R 2 = 91kΩ R 2 100Ω -12V R 2 = 91kΩ u 3 u 1 u 3 = u 4 A(f) (Open loop frekvensresponse) db f [Hz] k 10k 100k 1M 10M U BB = 1,45V R B 15kΩ 0,68µF U CC = 40V 15kΩ 470Ω U EE = 0 V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.21 Rolf Ingebrigtsen

22 d)7% Dersom vi trenger å øke U CC til 60V, så bør vi ikke bruke transistortypen BC547B. Hvorfor ikke? U CC =+12V Oppgave 2 (43%) Begge transistorene i kretsen til høyre er av typen BC547B, og vi går ut i fra at de er nøyaktig like (identiske). Beregningene i a) og b) skal gjøres ut i fra typiske data, se vedlegg 1. Regn med n = 1,1 i EbersMoll likninga, og se bort fra earlyeffekt i transistorene. 0V a)24% Vi lar = 0V. Hvor store blir: 1. Kollektorstrømmene til de to transistorene? I EE 0,50mA 2. Kollektor-spenningen til? U EE = -12V 3. Emitterspenningene til de to transistorene? b)7% Hvor stor blir forsterkningen for små signaler fra basen på (inngangen) og til kollektoren på (utgangen)? c)12% I figuren foran er det vist en symbolsk strømkilde som lager I EE = 0,50 ma. Hvordan kan denne strømkilden realiseres i praksis? Lag ny figur der du har byttet ut den symbolske strømkilden med en virkelig strømkildekrets. Bruk overslagsberegning til å bestemme verdien på den motstanden som har mest å si for at strømmen skal bli som før (I EE = 0,50 ma). Oppgave 3 (22%) Når vi har bruk for å forsterke differansen mellom to spenninger, så kan vi bruke kretsen til høyre. Forsyningsspenningene til operasjonsforsterkeren db (opampen) er U CC = 15V og U EE = -15V. (De er ikke tegnet inn 120 i figuren.) 100 Vi antar at opampen er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±15V, så vil den maksimalt kunne gi ut +14V, mens laveste utspenning vil være -14V. (Utspenningsområdet er altså mellom -14V og +14V.) a)7% Hvilken verdi får dersom u 1 = 6,30V og u 2 = 5,00V? b)7% Hvor stor blir den øvre grensefrekvensen for kretsen i punkt a) foran for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren eller på annen måte! (Hint: finn verdien for tilbakekoplingen B!) c)8% Du skal nå sette inn en annen verdi for R 4 i kretsen i punkt a), slik at : = (3/2)u 1-2u 2 (De andre motstandene skal ha samme verdier som før.) Hvor stor må R 4 være da? u 2 u 1 R 3 10k Ω R 2 20kΩ R 4 20kΩ k 10k 100k 1M 10M Frekvens i Hz Elnikk1/EksSaml/ Side EO.22 Rolf Ingebrigtsen

23 Eksamen 11. februar 2003 (vår, kont) Oppgave 1 (24%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med en BC547B type transistor. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og bruk β (= h FE ) = 300. U BB er justert slik at U KQ = 15,0 V a)10% Beregn strømmene i transistoren. b)7% Finn ved hjelp av overslagsregning den omtrentlige verdien for U BB. c)7% Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand og for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. Oppgave 2 (14%) Likespenningskilden (også kalt strømforsyning eller power supply) i figuren under inneholder en nettransformator, 4 stk. 1A dioder, en kondensator C på 4700µF/40V, og en 5V spenningsregulator type Effektivverdien av spenningen fra transformatoren med 1,4A laststrøm er 11,8 V. Fra lysnettet 220 vekselspenning, 50 Hz Fig 1 sikring 4 stk. 1N4001 a)7% Beregn (omtrentlig) rippelspenningen på kondensatoren med den angitte laststrømmen på 1,4 A. b)7% Hvor stort blir effekttapet i regulatorkretsen? Oppgave 3 (41%) Figuren til høyre viser en opampkrets beregnet for vekselspenningssignaler. Vi antar at opampen er ideell, men med utspenning begrenset til ±3,0 V. R u = 10 kω, R i = 100 kω og = 0,33 µf. a)7% Hva gjør denne kretsen, hva er poenget med å bruke den? b)20% Innspenningen nå er et sinussignal med amplityden 1,0V og frekvensen er 1,0 khz (som er i passbåndet). Tegn, og u o inn i samme koordinatsystem i tidsintervallet 0 0,0020 s. c)14% Hvor stor er øvre og nedre grensefrekvens for denne kretsen med de angitte komponentverdiene, når frekvensresponsen til opampen uten tilbakekopling er som vist i figuren til høyre? u C C db U BB R B 15kΩ 0,68µF 7805 R i U CC = 30V 15kΩ 1,0kΩ i L = 1,4 A u - + A _ U EE = 0 V D R u k 10k 100k 1M 10M Frekvens i Hz u o Elnikk1/EksSaml/ Side EO.23 Rolf Ingebrigtsen

24 Oppgave 4 (21%) Figuren til høyre viser et utsnitt av en forsterkerkrets for høretelefoner. 2 = 2,0 kω og R L = 200 Ω. Alle halvledere er laget av silisium. Vi justerer u B1 slik at = 1,0 V. Du skal bruke overslagsregning og beregne omtrentlig verdi til disse størrelsene: a)7% u B1, basespenningen inn på! b)7% i K2, kollektorstrømmen i! c)7% i K4, kollektorstrømmen i T 4! Eksamen 18. desember 2003 Oppgave 1 (32%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med en BC547B type transistor. Bruk eventuelt n = 1,2 i EbersMoll likninga og se ellers vedlegg 1 for andre transistordata du måtte trenge. U BB er justert slik at U EQ = 0,60 V. = = 0. a)7% Beregn emitterstrømmen i denne kretsen! b)7% Den omtrentlige verdien for U BB er en av disse verdiene: -0,7V; 0,7V; 1,3V; 5,0V eller 15V. Velg det beste alternativet og begrunn svaret kort uten å bruke formler! c)7% Hvor stor må være for at arbeidsspenningen U KQ i kollektornoden skal være 14,0 V? d)11% velges så stor at det er som bestemmer nedre grensefrekvens f n. Hvor stor blir f n dersom signalkilden er en mikrofon med kildemotstand på 47kΩ? u B1 T 4 2 U BB =?? R B 29kΩ 0,068µF T 3 U CC = +12 V R L U CC = 30V?? 1,0kΩ U EE = -12 V U EE = 0 V Oppgave 2 (33%) Alle tre transistorene i kretsen til høyre er av typen BC547B, og vi går ut i fra at de er nøyaktig like (identiske). Beregningene i a) og b) skal gjøres ut i fra typiske data, se vedlegg 1. Se bort fra earlyeffekt i transistorene. Innsignalet er lik null, = 0,0000V. a)5% Hva kalles transistorkombinasjonen T 3, og hvorfor brukes den? b)21%det viser seg at arbeidsstrømmen I EQ3 i T 3 s emitter blir 23 ma. Bruk overslagsregning til å finne: 1. Emitterspenningen til T Basestrømmen til. 3. Kollektor-spenningen til. R i 12kΩ 82kΩ 1 62kΩ 0 V R 2 = 390kΩ T 3 U CC = 15V 3 680Ω U EE = -12 V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.24 Rolf Ingebrigtsen

25 c)7% Ved å erstatte 1 med en strømkilde, kan kretsens egenskaper forbedres. Lag nytt kretsskjema der du viser hvordan denne strømkilden kan realiseres i praksis. (Du skal altså tegne samme kretsen, bare med den forskjellen at skal være byttet ut med en virkelig strømkildekrets! Ingen beregninger skal gjøres!! Oppgave 3 (35%) Forsyningsspenningene til operasjonsforsterkeren (opampen) i figuren til høyre er U CC = 15V og U EE = -15V. (De er ikke tegnet inn i figuren.) Vi antar at opampen er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±15V, så vil den maksimalt kunne gi ut +14V, mens laveste utspenning vil være -14V. (Utspenningsområdet er altså mellom -14V og +14V.) Nøyaktigheten til motstandene er ± 1%. a)14%hvilken verdi får dersom : 1) u 1 = 1,300V og u 2 = 0,000V? 2) u 1 = 0,000V og u 2 = 2,400V? b)7% Hvor stor blir den øvre grensefrekvensen for kretsen i punkt a) foran for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren eller på annen måte! (Hint: finn verdien for tilbakekoplingen B!) c)14%kretsen i a) endres ved at R 2 fjernes og en diode settes inn som vist til høyre. Hvilken verdi får nå dersom u 1 = 5,000V og: 1) u 2 = 0,000V? 2) u 2 = 8,400V? u 2 u 2 u 1 db ,0kΩ R 2 30,0kΩ k 10k 100k 1M 10M Frekvens i Hz 10,0kΩ u 1 Eksamen 25. februar 2004 (kont H03) Oppgave 1 (23%) U CC = 40V Figuren til høyre viser en krets som gir konstant strøm i selv om U CC og 1 settes til andre verdier enn vist i figuren. Hovedstrømmen i (= I KQ2 = I EQ2 ) skal være 1,0 ma, og basestrømmen i er så liten at du kan se bort i fra den. Bruk overslagsregning når du løser oppgavene nedenfor. La eventuelt n = 1,2 i EbersMoll likninga og β = 300 for begge transistorene. a)7% Hvor stor må 2 være for at I KQ2 skal være 1,0 ma? b)7% Hvor stor er arbeidsspenningen U KQ2 i kollektornoden til? c)9% Finn kollektorstrømmen i. BC547B 1 1,0MΩ 2 24k Ω BC547B 2 =?? U EE = 0V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.25 Rolf Ingebrigtsen

26 Oppgave 2 (24%) Ved å sette inn R 3, C 3, og C nn i kretsen fra oppgave 1, får vi en forsterker for vekselspenninger, se figuren til høyre. Strømmene i og vil være som i oppgave 1. Vi regner med at kondensatorene har så store verdier at impedansene i dem er null ved de aktuelle signalfrekvensene. La eventuelt n = 1,2 i EbersMoll likninga og β = 300 for begge transistorene. Lastmotstanden er R L = 100 kω. a)7% Hva er det som gjør denne kretsen til en felles emitterforsterker? b)10% Hvor stort er utsignalet dersom innsignalet = 5,0 mv (amplityde), når lastmotstanden R L = 100kΩ? (Hint: Strømmen i vil ikke påvirkes av signalene i kretsen.) c)7% og C 3 velges så store at det er som bestemmer nedre grensefrekvens f n. Hvor stor blir f n dersom = 0,10 µf? Oppgave 3 (28%) Forsyningsspenningene til operasjonsforsterkeren (opampen) i figuren til høyre er U CC = 15V og U EE = -15V. (De er ikke tegnet inn i figuren.) Vi antar først at opampen er ideell, bortsett fra at med u 1 forsyningsspenninger på ±15V, så vil den maksimalt kunne gi ut +14V, mens laveste utspenning vil være -14V. (Utspenningsområdet er altså mellom -14V og +14V.) Nøyaktigheten til motstandene er ± 1%. a)21% Hvilken verdi får dersom : 1) u 1 = 0,300V og u 2 = 0,000V? 2) u 1 = 1,000V og u 2 = 1,000V? 3) u 1 = 0,000V og u 2 = 1,000V? b)7% Hvor stor blir den øvre grensefrekvensen for kretsen i punkt a) foran for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren eller på annen måte! Oppgave 4 (25%) Vi skal se på to kretser som som brukes for å begrense størrelsen på utspenningen dersom innspenningen blir stor. U UT,max er en fast spenning. a)7% Forklar helt kort (20-40 ord) hvordan krets A til høyre virker. db BC547B 1 1,0MΩ R 3 =1,0MΩ u 2 C 3 100kΩ U CC = 40V R 2 2,0MΩ 2 24kΩ 2 1,0kΩ BC547B U EE = 0V k 10k 100k 1M 10M Frekvens i Hz R ca. 30 kω R L U UT,max Krets A Elnikk1/EksSaml/ Side EO.26 Rolf Ingebrigtsen

27 b)9% For å rette på noen av ulempene med krets A, brukes av og til krets B til høyre. Forklar kort virkemåten til denne kretsen! c)9% Pek på to av ulempene ved krets A som ikke er til stede i krets B. Og nevn én ulempe ved krets B som er knyttet til bruk av opamper! R ca. 30kΩ Krets B U UT,max Eksamen 18. desember 2004 Oppgave 1 (39%) Figuren til høyre viser en forsterker med to BC547B transistorer. Bruk eventuelt n = 1,2 i EbersMoll likninga og β 1 = 250 β 2 = 300. er justert slik at U EQ2 = 12,0 V. = = 0. Overslagsberegninger blir godtatt. a)7% Hvilke grunnkoplinger ser vi eksempler på i kretsen som er vist til høyre? Begrunn svaret kort!! b)15% Beregn I KQ2, U KQ1 og I KQ1 (arbeidspunktstrømmen i, kollektorspenningen til og arbeidspunktstrømmen i ). c)7%dersom økes, så vil strømmene i og endres. På hvilken måte? Begrunn svaret med maksimum 30 ord. d)10% Spenningene og er små vekselspenningssignaler. Beregn ( / )! R 2 1,5MΩ 1 1,2kΩ 30kΩ U CC =24V 2 = 4,7 kω 0 V Oppgave 2 (21%) Kretsen til høyre viser en helt enkel strømforsyning som er beregnet for en operasjonsforsterkerkrets. Transformatorens sekundærvikling gir 11,2 V effektivverdi. Kondensatorene er merket 1000 µf /25V. a)7% Bruk maksimum 50 ord til å forklare hvordan kretsen virker. b)7% Hvor store vil U CC og U EE omtrent være når laststrømmen er så liten at vi kan se bort fra rippelspenninger? c)7% Rippelspenningene bør ikke overskride 0,20 V. Hvor stor kan laststrømmen maksimalt være da? Oppgave 3 (14%) Figuren til høyre viser hvordan en opamp (operasjonsforsterker) og en transistor kan brukes for å lage en nøyaktig og variabel strømkilde. a)7% Vil det gå strøm i transistoren dersom er mindre enn 0,6 V? Gi en kort begrunnelse! b)7% Med = 1,00V ønsker vi en strøm I L på 200mA. Hvilken motstandsverdi må vi bruke da? Fra 220V vekselspenning Sekundærvikling + - D 1 Strøm fra last I L R C 1 D 2 C 2 U CC U EE 0V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.27 Rolf Ingebrigtsen

28 Oppgave 4 (26%) Utspenningen i kretsen til høyre bestemmes av innspenningene u 1 og u 2 slik: = A 1 u 1 - A 2 u 2 der A 1 og A 2 er konstanter. (Forsyningsspenningene til operasjonsforsterkeren (opampen) i figuren er ikke tegnet inn.) u 1 u 2 R 2 a)10% Vis at når = R 2 = 100kΩ, så vil A 1 = 2 A 2 Hvor store er A 1 og A 2 da? b)8% Hvor store blir A 1 og A 2 dersom R 2 = 0 (kortslutning) mens = 100kΩ? Og hvordan går det videre med A 1 og A 2 dersom nå fjernes helt fra kretsen slik at det ikke lenger er forbindelse fra u 2 og inn til opampen? c)8% Kretsen i figuren foran modifiseres på denne måten: erstattes av en diode med lederetning inn mot opampen, R 2 beholdes, u 1 koples til 0 V (jord). Nå er utspenningen bestemt bare av innspenningen u 2 : = F(u 2 ) der F nå vil være en ulineær funksjon. Hvilken type funksjon er F når vi antar at dioden er ideell? Begrunn svaret! Eksamen 28. februar 2006 (kont H05) Oppgave 1 (36%) Figuren til høyre viser en felles-emitterkrets. Hovedstrømmen i (= I KQ1 = I EQ1 ) er 1,0 ma. Begge diodene er Si-dioder. Bruk overslagsregning når du løser oppgavene nedenfor. La eventuelt n = 1,3 i EbersMoll likninga og β = 300. a)8% Hvor stor er? b)7% Hvor stor er arbeidsspenningen U KQ1 i kollektornoden til? c)9% Finn forsterkningen / for små signaler, når R L = 20 kω, og vi regner med at kondensatorene har så store verdier at impedansene i dem er null ved de aktuelle signalfrekvensene. D 1 D 2 R 2 20kΩ U CC = 40V 20k Ω BC547B U EE = 0V R L d)5% er så stor at det er som bestemmer nedre grensefrekvens f n. Hvilken verdi må ha for at f n = 100Hz? e)7% Denne forsterkeren blir plassert i et rom der temperaturen øker. Vil strømmen i øke eller minke? Husk å begrunne svaret! Oppgave 2 (24%) Forsyningsspenningene til operasjonsforsterkeren (opampen) i figuren til høyre er U CC = 15V og U EE = -15V. (De er ikke tegnet inn i figuren.) u 1 u 2 u 3 100kΩ R 3 100kΩ R 4 100kΩ R 2 9 Elnikk1/EksSaml/ Side EO.28 Rolf Ingebrigtsen

29 Vi antar først at opampen er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±15V, så vil den maksimalt kunne gi ut +14V, mens laveste utspenning vil være -14V. (Utspenningsområdet er altså mellom -14V og +14V.) Nøyaktigheten til motstandene er ± 1%. a)10% Hvilken verdi får dersom : u 1 = 0,500V og u 2 = 0,000V og u 3 = 0,200V? b)7% Hvor stor blir den øvre grensefrekvensen for kretsen i punkt a) foran for små signaler når operasjonsforsterkeren som brukes har frekvensrespons (A(f)-kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren eller på annen måte! c)7% Når kretsen koples til lasten, så viser det seg at strømmen fra opampen ikke er stor nok. Hvordan kan kretsen modifiseres for å bøte på dette? Tegn figur! Oppgave 3 (12%) Innsignalet til kretsen i figuren til høyre er symmetriske firkantpulser med pulshøyde 5,0 V og repetisjonsfrekvens 1,00 khz. R = 10 kω og C = 10 nf, mens dioden D er en Si-diode. Finn ut hvordan utsignalet ser ut, og skissér og som funksjon av tida (helst i samme koordinatsystem)! NB! Det skal være tegnet inn enheter på koordinataksene! Oppgave 4 (28%) I kretsen til høyre er alle transistorene identiske Si-typer med β = 350. Vi har: i K1 = i K2 = 2,0 ma, 4 = 110 kω og 5 = 2,0 kω. Motstandene har slike verdier at det går strøm i alle transistorene, og = 2,2 V. Alle beregninger gjøres som overslagsregning. a)12% Hvor store er spenningene og u B3? b)7% Hvilke verdier har motstanden 3? c)7% Hvor stor er kollektorstrømmen i T 4? Eksamen 8. desember 2005 Oppgave 1 (28%) Figuren til høyre viser en forsterker med to silisiumtransistorer. Bruk eventuelt n = 1,3 i EbersMoll likninga og β 1 = β 2 = 300. = = 0. Strømkilden (den lille sirkelen med pila nedover) i figuren gir en konstant strøm I BB som er justert slik at U KQ1 = 11,0 V. Bruk overslagsberegninger. a)13% Beregn I KQ2 og I KQ1 (arbeidsstrømmene i og ). b)8% Hvilken verdi har I BB? c)7% I denne koplingen kan gjerne være av typen BC547B, men ikke. Hvorfor ikke? (Hint: Hvilke begrensninger har en transistor?) 0V db k 10k 100k 1M 10M Frekvens i Hz U CC =+12V T 3 U EE = -12V C R T 4 D T 5 5 Elnikk1/EksSaml/ Side EO.29 Rolf Ingebrigtsen

30 Oppgave 2 (28%) Kretsen til høyre viser en forsterkerkrets med 2 forsterkertrinn etter hverandre, i alt med 3 Si-transistorer. og i det første trinnet er identiske. = 0. β = 300 for alle tre transistorene. Regn med n = 1,2 i EbersMoll-likninga. Motstanden 3 er valgt slik at når innspenningen = 0, så er også utspenningen =0. a)8% Finn strømmene i alle tre transistorene. b)8% Hvilken verdi må motstanden 3 ha? c)12% Hvor stor er forsterkningen for små signaler fra inngang (basen til ) til forsterkerens utgang på kollektor til T 3? Oppgave 3 (34%) Utspenningen til koplingen i figuren til høyre bestemmes av innspenningene u 1 og u 2, og av = og R 2 = 20kΩ. Forsyningsspenningene på +15V og -15V til operasjonsforsterkeren (opampen) i figuren er ikke tegnet inn. Opampen er en TL081 se data i vedlegg 1. a)10% Beregn den ukjente spenningen: 1. u 1 = 0V u 2 = 2,85 V =? 2. u 1 =? u 2 = 10,00V = 4,00V b)8% Kretsen skal koples til en last som krever strømmer på ca. 100mA. Da må den modifiseres noe. Vis i en figur hvordan det kan gjøres. c)7% Hva blir øvre grensefrekvens for denne koplingen? d)7% Hvor stor vil feilen typisk bli på grunn av innspenningsubalansen (V io )? Oppgave 4 (10%) Vi lar u 2 = -1,00V i kretsen til høyre, og sender en sinusspenning med amplityde 3,00V inn på u 1. Tegn u 1, u 2 og i en figur! Eksamen 27. februar 2006 (kont H05) Oppgave 1 (32%) Figuren til høyre viser en forsterker med to silisiumtransistorer. Bruk eventuelt n = 1,3 i EbersMoll likninga og β 1 = β 2 = 300. = = 0. Den faste spenningen U EE som er koplet til 1 (se figuren til høyre), er justert slik at kollektorstrømmen I KQ2 i er 5,00 ma. a)12% Beregn U EQ2 og I KQ1 (arbeidsspenningen på emitteren til og -strømmen i ). b)12% Regn ut forsterkningen / når vi kan regne som et lite signal, og frekvensen er slik at vi kan se bort fra impedansen i kondensatorene? c)8% Regn ut verdien til U EE (den faste spenningen)? 0V I EE 4,0mA u 1 51kΩ 2 1,0kΩ u 2 20kΩ U CC =+15V R 2 U EE u 1 u 2 R 1 750Ω 3 3 1,0kΩ T 3 D U EE = -15V U CC = 40V 2 3,9kΩ 0V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.30 Rolf Ingebrigtsen

31 Oppgave 2 (21%) Kretsen til høyre viser en forsterkerkrets med 2 forsterkertrinn etter hverandre, med i alt 3 Si-transistorer. og i det første trinnet er identiske. = 0. β = 300 for alle tre transistorene. Regn eventuelt med n = 1,2 i EbersMoll-likninga. Motstanden 3 er valgt slik at når innspenningen = 0, så er også utspenningen =0. a)8% Beregn kollektorstrømmene i og. (Hint: Emitterspenningene..) b)13% Beregn I KQ3 og 3! Oppgave 3 (31%) Innsignalene til koplingen i figuren til høyre, er spenningen og og strømmen i F. Sistnevnte kommer fra ei fotocelle. Den fungerer som en lysavhengig, ideell strømkilde, og har disse egenskapene: Strøm i mørket: i F,min = 10nA Strøm i fullt lys: i F,max = 3,5µA = og R 2 = 20kΩ. Forsyningsspenningene på +15V og -15V til operasjonsforsterkeren (opampen) i figuren er ikke tegnet inn i figuren. Opampen er en TL081, data er å finne i vedlegg 1. a)15% Beregn utspenningen når: 1) det er helt mørkt, og = -4,50V 2) det er fullt lys på fotocella, og = 0 V b)16% Kretsen skal brukes til lysmåling, men den er ikke tilstrekkelig følsom for lys. Dessuten blir utspenningen negativ. Vi trenger en positiv utspenning, som er 10V i fullt lys, og det kan ordnes ved å gjøre et par enkle forandringer i kretsen. Hvilke forandringer er det? Utfør eventuelle beregninger, og tegn ny figur med de nødvendige forandringene på plass. Husk begrunnelse! 0V 1 1,5kΩ E 7,5kΩ U CC =+15V 3 100Ω U CC i F Fotocelle R 2 3 T 3 U EE = -15V Oppgave 4 (16%) Forsyningsspenningene på +15V og -15V til operasjonsforsterkeren (type TL081) i figuren er ikke tegnet inn. Se data i vedlegg 1. Nøyaktigheten til motstandene er ±2%. u 1 = 0V. Beregn forsterkningen fra u 2 til for koplingen til høyre, og finn øvre grensefrekvens for forsterkningen! u 1 u 2 R 2 100kΩ R 4 R 3 1,1kΩ Elnikk1/EksSaml/ Side EO.31 Rolf Ingebrigtsen

32 Eksamen 1. desember 2006 Oppgave 1 (31%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med en BC547B type transistor. Regn med n = 1,3 i EbersMoll likninga og strømforsterkningsfaktor β = 300. a)14% Beregn ved hjelp av overslagsregning de omtrentlige arbeidsverdiene for kollektorstrømmen og kollektorspenningen i denne kretsen! b)7% Vi tenker oss så at U BB justeres slik at I KQ = 1,40mA. Regn ut forsterkningen / uten lastmotstand og for middels signalfrekvenser der kondensatorimpedansene er tilnærmet lik null. c)10% Når vi kopler til en lastmotstand til utgangen på denne kretsen, blir forsterkningen mindre. Hvorfor? Ved hjelp av 2 ekstra komponenter kan vi modifisere kretsen slik at forsterkningen blir tilnærmet uavhengig av lastmotstander i kω-området. Tegn koplingsskjema for en slik modifisert krets! (Det kreves ingen beregninger her!) Oppgave 2 (14%) Likespenningskilden (også kalt strømforsyning eller power supply) i figuren under inneholder en nettransformator, 4 stk. 1A dioder, en kondensator C på 4700µF/25V, og en spenningsregulator type 7805 med utspenning på 5V. Effektivverdien av spenningen fra transformatoren med 1,4A laststrøm er 11,8 V. Fra lysnettet 220 vekselspenning, 50 Hz Fig 1 a)7% Beregn (omtrentlig) rippelspenningen på kondensatoren med den angitte laststrømmen på 1,4 A. b)7% Hvor stort blir effekttapet i spenningsregulatoren? Oppgave 3 (23%) Figuren til høyre viser et utsnitt av en forsterkerkrets for høretelefoner. 2 = 2,0 kω og R L = 200 Ω. Alle halvledere er laget av silisium. Vi justerer u B1 slik at = 1,0 V. Du skal bruke overslagsregning og beregne omtrentlig verdi til disse størrelsene: a)7% u B1, basespenningen inn på! b)8% i K2, kollektorstrømmen i! sikring 4 stk. 1N4001 c)8% i K3 og i K4, kollektorstrømmene i T 3 og T 4! u C C U BB = 1,45V R B 15kΩ 0,68µF 7805 U CC = 40V 15kΩ 470Ω i L = 1,4 A 2 u B1 T 4 T 3 U EE = 0 V U CC = +12 V R L U EE = -12 V Elnikk1/EksSaml/ Side EO.32 Rolf Ingebrigtsen

33 Oppgave 4 (32%) I denne oppgaven antar vi at operasjonsforsterkeren (opamp en) er ideell, bortsett fra at med forsyningsspenninger på ±12V (ikke tegnet inn i figuren), er utspenningen begrenset til området R 2 = 91kΩ -10V til +10V. a)13% Beregn utspenningen u 3 dersom vi lar u 1 = 1,00V og 1. u 2 = 0,00V! 2. u 2 = 1,50V! b)13% Vi setter inn en diode i kretsen foran, og da ser den ut som til høyre. 3. Vi lar fremdeles u 1 = 1,00V og u 2 = 1,50V. Hvor stor blir u 3, og omtrent hvor stor blir u 4 (se i figuren)? 4. Vi lar fremdeles u 1 = 1,00V, men nå lar vi u 2 = 0,00V. Hvor stor blir u 3 nå, og omtrent hvor stor blir u 4? c)6% Hvor stor blir øvre grensefrekvens til forsterkeren i a) for små signaler, når opamp en som brukes har frekvensrespons (A(f)- kurve) som vist i figuren til høyre? Begrunn svaret ut i fra denne figuren og/eller ved regning! Eksamen 27. februar 2007 (kont H06) Oppgave 1 (26%) Figuren til høyre viser en felles emitter-forsterker med BC547B. Regn med n = 1,3 i EbersMoll-likninga og strømforsterkningsfaktor β = 300. a)14% Beregn kollektorstrøm og kollektorspenning! Vi tenker oss nå at R 2 justeres slik at I KQ stiller seg inn på 1,30mA, en verdi som skal brukes for I KQ i resten av oppgaven. (Da er R 2 450kΩ ). Vi kan regne med at kondensatorimpedansene er lik null ved de aktuelle signalfrekvensene. b)12% En signalkilde med en kilderesistans på 47kΩ gir et sinusformet signal med frekvens 200Hz. Når den ikke er koplet til noe, er amplityden til signalspenningen lik 5,0mV. Denne kilden koples nå til inngangen på forsterkeren i figuren (via ), mens utgangen til forsterkeren koples til en last på 47kΩ (via )? Hvor stor blir amplityden til signalet over lasten ( )? (Hint: Forsterkeren i figuren belaster kilden, og lastmotstanden belaster forsterken) Oppgave 2 (22%) I figuren til høyre ser vi en kopling med to BC547B. Vi antar at baseemitterspenningene er 0,70V ved de strømmene som er aktuelle her. a)14% Omtrent hvor stor er kollektorstrømmene i de to transistorene? b)8% Hva kalles koplingen, og hva er poenget med den? Oppgave 3 (20%) a)6% Nedenfor er det listet opp noen ord og uttrykk som kan brukes til å beskrive hvordan en krets er bygget opp, hvilke egenskaper den har, og hva den gjør: Elnikk1/EksSaml/ Side EO.33 Rolf Ingebrigtsen u 1 u 2 u 2 = R 2 = 91kΩ u 3 u 1 u 3 = u 4 A(f) (Open loop frekvensresponse) db f [Hz] k 10k 100k 1M 10M R 2 470kΩ 33kΩ Cu 680Ω U = 20V CC 0 V Last u ut R 2 100Ω -12V

34 Aktiv last, NPNtransistor, felles emitter, schmitt-trigger, addisjonskrets, darlingtonkopling, "common mode" undertrykkelse, earlyeffekt, metning, kvasilineær, forsterkning, +12V strømkilde, rippel, komplementær, emitterfølger, PNPtransistor, pulsbreddemodulasjon, bipolar transistor, "slew rate", hysterese, differansforsterkning, grensefrekvens, effektivverdi, avkopling, utgangsresistans, overgangs(crossover) forvregning. u B1 Nevn 6 av uttrykkene i lista foran som det er relevant å bruke om kretsen i figuren til høyre! b)14% Beregn emitterspenningen til i kretsen når det ikke er noe signal koplet til på inngangen, og når vi antar at begge transistorene har β = 300 og u BE = 0,7V (regnet uten fortegn). Er det rimelig å anta at de to u BE 'ene blir like i denne kretsen dersom transistorene er identiske? Begrunn svaret! Oppgave 4 (32%) a)10% I koplingen til høyre er et sinusformet signal med moderat frekvens og effektivverdi på 6,3V. Hva vil vi måle på utgangen ( ) med et voltmeter innstilt på DC (likespenning)? b)10% Konstruer - ved hjelp av inntil 2 opamper - en krets som gir utspenningen R B 1,0MΩ + Ao - u E2 D C 1,0kΩ -12V = 2u 1 - ½u 2 der u 1 og u 2 er innspenningene til kretsen. c)12 En ikke-inverterende, tilbakekoplet forsterker med opamp-typen 741 har spenningsforsterkning 50 ved lave frekvenser. Hvilken forsterkning har den ved 1) 1 khz? 2) 100kHz? Begrunn svarene! db open loop freq. response k 10k 100k 1M 10M Elnikk1/EksSaml/ Side EO.34 Rolf Ingebrigtsen