UNIVERSITETET I OSLO.

Transkript

1 UNIVESITETET I OSLO. Det matematisk - naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i : FYS204 Eksamensdag : 11 juni Tid for eksamen : Kl Oppgavesettet er på 5 sider. Vedlegg : 4 stk. logaritmepapir Tillatte hjelpemidler : egnestav, lommekalkulator. Lærebok: J.Millman & A.Grable: "Microelectronics". Hefte med tekster til laboratorieøvelser. Clark: Physical and Mathematical Tables. Oliver & Boyd: Science Data Book. ottmann: Matematische Formelsammlung. Norsk - Engelsk og Engelsk - Norsk ordbok. Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1. 1nF HP 50nF BP Vsin LP 1nF Vsin 0.05nF Figur 1a Figur 1b a) Figur 1a viser et høypasfilter HP, og et lavpasfilter LP. Beregn grensefrekvensen og tegn frekvensresponsen for de to filtrene i samme diagram (100Hz - 100Mhz, 6 dekader). Bruk logaritmepapiret som følger oppgavesettet. b) Figur 1b viser et båndpasfilter. Beregn grensefrekvensene og tegn et Bodeplot (frekvens og faseforløp) for filteret. (Bruk logaritmepapiret som følger oppgavesettet) Eksamen FYS Side 2

2 4k 800k g 100nF LM324 Sign.gen V out Figur 1c c) Figur 1c viser en signalgenerator tilkoplet en operasjonsforsterker (Op.amp.) via en koplingskondensator på 100nF. Signalgeneratoren har en ekvivalent indremotstand g = 4k. Op.Ampen (LM324) har et «Gain Bandwith Produkt» på 1 Mhz. Tegn frekvensresponsen til signalet ut fra Op.Ampen når generatoren varierer (sweeper) frekvensen fra 1Hz til 1Mhz. Beregn og/eller resonner deg frem til knekkpunktene (-3dB) for frekvensresponsen. Bruk logaritmepapir til tegningen. d) Figur 1d viser et Wienbro båndpassfilter. Skisser frekvensresponsen til filteret når 2 og når = 29. = 10kΩ, C = 10nF, i = 47kΩ 2 = 1 2 i V B V in V A V out Figur 1d Eksamen FYS Side 3

3 Oppgave 2. a) Gi en kort fysikalsk forklaring på virkningsmekanismer i en zenerdiode. Hvorfor bruker vi ofte betegnelsen referanse-zener på zenerdioder med spenning V z =5.6 volt? +20 volt S T 1 L V ut V Z Figur 2a b) Hvis transistoren i figur 2a har en strømforsterkning β = 80, V z = 10 volt, L =15Ω og S =680Ω. Hva blir spenningen over lastmotstanden L og hvor stor blir strømmen gjennom L? Hvor stor blir strømmen gjennom S og strømmen gjennom zenerdioden? Q 3 2N volt V ut = 10volt 2k 360 Ω A 2N3904 V z = 5.6volt Q 1 Q Ω 2N Ω L =5 Ω Figur 2b c) Figur 2b viser en serieregulator som tåler laststrømmer på flere ampere. Transistorene Q 3 og Q 2 er koplet som et Darlington par. Spenningen ut over lastmotstanden V ut = 10 volt, L = 5Ω, 2N3055 har en β = 50 og 2N3904 har en β = 100. Beregn først spenningen i punktet A. Beregn deretter basis-strømmen til Q 2 og til slutt strømmen igjennom zenerdioden.

4 Eksamen FYS Side 4 Oppgave 3. a) 741C er en operasjonsforsterker med slewrate 0.5 v/µs. Hva blir høyeste frekvens forsterkeren kan levere hvis signalet ut skal ha en peakverdi på 10 volt? b) Hva blir største uforvrengte signal-amplitude (peakverdi) ut fra 741C hvis frekvensen er 500 khz? S B f V inn + i A V ut _ Figur 3a c) Figur 3a viser en operasjonsforsterker koplet som en inverter. Kom frem til et generelt Vut uttrykk for forsterkningen Avf = når den interne forsterkningen (open loop gain) til V forsterkeren = A og vi regner utgangsimpedansen = 0 Ω inn d) Hva blir spenningen i punktet B på figur 3a hvis V inn = 1mV, S = 2KΩ f = 100KΩ i = Ω og A = ?

5 Eksamen FYS Side 5 Oppgave 4. 2 D2 D1 C1 1 - Inn C2 D3 D B + 7 A D4 Ut V1 6 Figur 4a V1 = - 3 volt 1 = 100 kohm 5 = 30 kohm C1 = 10 nf 2 = 5 kohm 6 = 20 kohm C2 = 500 pf 3 = 20 kohm 7 = 1 kohm 4 = 5 kohm 8 = 10 kohm Figur 4a viser skjema for en monostabil multivibrator. Zener-diodene begrenser spenningen i punktet A til pluss eller minus 5 volt. Ved beregningene betraktes operasjonsforsterkeren som ideel. Spenningsfallet over diodene D1, D2, D3 og D4 settes til 0,7 volt i lederetningen, og det antas at diodene ikke har noen lekkstrøm i sperreretningen. a) Hvor stor er spenningene i punktene A, B, og D når kretsen er i sin stabile tilstand? b) Kretsen trigges av en kortvarig rektangulær puls på inngangen (kortere varighet enn den metastabile tilstanden for multivibratoren). Hvilken polaritet må inngangspulsen ha, og hvor høy må den være for at kretsen skal reagere? Forklar kort hva som skjer i kretsen under og etter triggingen. c) Skisser tidsforløpet av spenningene i punktene A, B, D og utgangen av kretsen. Beregn varigheten og størrelsen av utgangspulsen. Hva er hensikten med dioden D2 og motstanden 2?