UNIVERSITETET I OSLO.

Transkript

1 UNIVERSITETET I OSO. Det matematsk - naturvtenskapelge fakultet. Eksamen : FY-IN 204 Eksamensdag : 13 jun 2001 Td for eksamen : l Oppgavesettet er på 5 sder. Vedlegg Tllatte hjelpemdler : ogartmepapr : ommekalkulator. ærebok:.mllman & A.Grable: "Mcroelectroncs". lark: Physcal and Mathematcal Tables. Rottmann: Matematsk Formelsamlng. Norsk - Engelsk og Engelsk - Norsk ordbok. ontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1. Fgur 1a Fgur 1a vser en FET og en BT koplet som ommon source (emtter) forsterkere. Begge transstorene trekker 1 ma. V ser bort fra alle detaljer mht. forspennng (basng) og konsentrerer oss om forsterknngen. FET transstoren har en transconduktans g m = 2mS ved 1mA strøm. a) Hvor stor er g m for BT-transstoren og hvor stor er spennngsforsterknngen tl dsse to forsterkerne? b) Nevn noen fordeler og ulemper for en FET-forsterker forhold tl en BT forsterker. Fortsettes sde 2

2 Eksamen FY-IN 204 våren 2001 Sde 2 Oppgave 1 forts. I 1 I I B1 I 2 T 2 Fgur 1b c) Fgur 1b vser to transstorer en Darlngton-koplng. Tegn opp småsgnal ekvvalentskjema for denne koplngen og vs at strømforsterknngen β D β 1 β 2 Oppgave 2 Sgnal gen. A v g R g R Fgur 2a a) V bruker en emtterfølger som vst fgur 2a. Tegn opp et ekvvalentskjema for denne v kretsen og fnn et uttrykk for nngangsmotstanden tl emtterfølgeren. r = =? b b) Fnn så et uttrykk for sgnalspennngen v R som lgger over R V v n R 1 R 2 R E Fgur 2b R R 1 = R 2 = 10kΩ R E = 500Ω R = 200Ω V = 10 volt Fgur 2b vser en komplett emtterfølger. c) Tegn opp småsgnal ekvvalentskjema for mdlere frekvenser. Bergrunn de forenklnger som gjøres. Hvlke speselle egenskaper har en emtterfølger. Nevn eksempler på anvendelse. Fortsettes sde 3

3 Eksamen FY-IN 204 våren 2001 Sde 3 Oppgave 2 forts d) Tegn opp den statske lastlnjen et dagram som vser V E (volt) / I (ma). I arbedspunktet for transstoren fnner v at V E = 6,2 volt. Merk av arbedspunktet på lastlnjen og beregn kollektorstrømmen dette punktet. Tegn nn samme fgur den dynamsk last-lnjen for kretsen. e) Beregn spennngsforsterknngen A v når v antar r b = 0 ohm, r π = 300 ohm og β = 80. f) Hvor stor er nngangsmotstanden tl emtterfølgeren? g) Beregn strømforsterknngen R og s er nngangsstrømmen fra sgnalklden A = tl kretsen når betegner strømmen lastmotstanden s V 1 R 1 R c 2 R v out V = 10v β T1 = 100 Velg I E = 1mA v n R 2 R E Fgur 2 c h) V skal konstruere en forsterker som vst Fgur 2c. Ta som utgangspunkt at V E = 0.1 V Tegn opp D-lastlnjen (arbedslnjen) tl transstoren og legg arbedspunktet slk at det lgger mdt på lastlnjen. Tegn så nn den dynamske lastlnjen for kretsen. (Da v kke kjenner R blr den dynamske lastlnjen bare en markerng som vser forskjellen forhold tl Dlastlnje). Beskrv kort hva som må tl for at en slk transstorforsterker går metnng (saturaton). Hvor lav kan spennngen V E bl en slk stuasjon? ) Fnn R E, R, R 1 og R 2. Argumenter for de valg du gjør når R 1 og R 2 beregnes. j) Beregn A-motstanden r π og transkonduktansen m g. Fortsettes sde 4

4 Eksamen FY-IN 204 våren 2001 Sde 4 Oppgave 3 Inn Fgur 3a T 0 =1 k k 2 k a) Hva er forskjellen mellom en synkron og en asynkron teller? Fgur 3a vser en synkron teller (delekrets) med 3 -flp-flop av master-slave-type. Tegn styresgnalene, 2 og 2 samt utgangssgnalene 0, 1, og 2 som funksjon av tden, når nngangssgnalet er en kontnuerlg rekke av postve rektangulære pulser. Hvor stort neddelngsforhold gr kretsen? (etter hvor mange pulser repeterer forløpet seg?) Teller/logkk S 0v Pulstog nn +v R V ut Fgur 3b Fgur 3b vser en starcase generator. Etter hver 7-ende postve klokkepuls sendes en reset-puls nn på bryterelementet S, - som kortslutter kondensatoren. b) Vs hvordan spennngen ut fra ntegratoren (V ut ) varerer med pulstoget på nngangen. Tegn forløpet for 8 pulser. Bruk ruteark. c) Tegn opp et skjema som vser detalj hvordan teller/logkk -boksen kan realseres ved hjelp av D-flp-floper og NAND-porter med to nnganger.(two nput NAND) Tegn opp utgangssgnalet fra hver av flp-flopene. Fortsettes sde 5

5 Eksamen FY-IN 204 våren 2001 Sde 5 Oppgave 4 800kΩ R F 4kΩ Rg = 4kΩ 200nF R S A MXX Sgn.gen V out Fgur 4a a) Fgur 4a vser en sgnalgenerator tlkoplet en operasjonsforsterker (Op.amp.) va en koplngskondensator på 200nF. Sgnalgeneratoren har en ekvvalent ndremotstand Rg = 4kΩ. Op.Ampen (MXXX) har et «Gan Bandwth Produkt» på 1 Mhz. og en råforsterknng A 0D = Tegn frekvensresponsen tl sgnalet ut fra forsterkeren når generatoren varerer (sweeper) frekvensen fra 1Hz tl 1Mhz. Beregn og/eller resonner deg frem tl knekkpunktene (-3dB) for frekvensresponsen. Bruk logartmepapr tl tegnngen. Hva blr båndbredden tl systemet? b) Operasjonsforsterkeren har en slewrate på s = 0,2 volt/µs. Hva blr største sgnalampltude (Vp) kretsen kan levere uten forvrengnng med 180 grader faseskft (Resoner deg frem tl svaret) c) Generatoren leverer et sgnal med frekvens 1kHz. Hvor stort blr sgnalet punkt A (nverterende nngang) hvs sgnalet på utgangen har en ampltude på 1volt.?