UNIVERSITETET I OSLO.

Transkript

1 UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk - naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i : FY-IN 204 Eksamensdag : 2 september 1998 (utsatt grunnet streik V-98) Tid for eksamen : l Oppgavesettet er på 5 sider. Vedlegg : Tillatte hjelpemidler : Regnestav, lommekalkulator. Lærebok:.Millman & A.Grable: "Microelectronics". Hefte med tekster til laboratorieøvelser. Clark: Physical and Mathematical Tables. Oliver & Boyd: Science Data Book. Rottmann: Matematisk Formelsamling. Norsk - Engelsk og Engelsk - Norsk ordbok. ontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1. B 1 BA100 BD175 2,5v 5 volt BA100 BC107 B 2 BD176 Høyttaler Figur 1A a) Figur 1A viser en klasse AB audioforsterker. Transistorene BD175 og BD176 er henholdsvis av NPN og PNP type. Begge har samme strømforsterkning β = 150. For å hindre forvrengning er transistorene BD175 og BD176 forspent slik at det går en meget liten strøm igjennom dem uten signal inn. Alle halvledere er av silisium. Vi ønsker en vurdering av de statiske spenningene til kretsen. om først fram til spenningen over og deretter spenningen over. Hva blir spenningsforskjellen mellom basis på de to transistorene (spenningen mellom B 1 og B 2 )? Hva blir spenningen over og hvor stor blir spenningen over høyttaleren? Hva blir kollektor - emitter spenningen (V E ) til transistoren BC107? b) Hva blir spenningene i a) hvis vi kortslutter? Fortsettes side 2.

2 Eksamen FYS-IN Side 2 V cc = 12 volt C 1 B E C 2 V ut V E = V CC /2 V R3 = 1 volt I = 1,5 ma β = 150 V inn C E Figur1B c) Er forsterkeren i figur 1B temperaturstabilisert og i såfall hvilke(n) komponent(er) stabiliserer mot temperaturdrift? Begrunne svaret. Med utgangspunkt i de oppgitte spenninger og strømmer - beregn R1, R2 og R3. d) Dette er en enkel småsignalforsterker. Tegn først opp et komplett ekvivalentskjema for små signaler og deretter et forenklet skjema for midlere frekvenser. Begrunn forenklingene som gjøres. Oppgave 2. Transistorene T 1 og T 2 i Figur 2 er like og har samme strømforsterkning, β = 100. V cc = 12v R 5 V i Figur 2 T 1 T 2 R 4 V o = 2 k 6 = 8 k = 20 k R 4 = 2 k R 5 = 1 k a) Forklar hvorfor bare T 2 leder når V i = 0. Bestem V o. Hvor stor er V CE (T2)? b) Hvor stor må V i bli for at T 1 skal begynne å lede? Hva blir V o nå? c) Vis at T 1 er i metning og T 2 er av (ikke leder) selv om V i senkes til 6 volt. d) Hvilken verdi for V i gjør at T 1 slutter å lede og T 2 begynner å lede igjen? e) Skisser utgangsspenningen V o som funksjon av V i Fortsettes side 3

3 Eksamen FYS-IN Side 3 Oppgave 3 a) Hva er forskjellen på en asynkron og en synkron krets? Nevn et eksempel på en asynkron krets. Tegn opp en tre-trinns rippelteller. Bruk D-flip-flop av master-slave type. Tegn kurveformen til signalet på -utgangen til hvert av trinnene, - i samme skjema som klokkepulsene. Bruk ruteark: lokke b) Telleren i figur 3A har følgende start-tilstand : 0 = 1 = 0 Verifiser at dette er en 3:1 teller og vis tilstanden til 0 og 1 etter hver puls. Clock Figur 3A c) Figur 3B viser det logiske diagrammet til en teller. Skriv opp sannhetstabellen til til 0, 1 og 2 etter hver puls som sendes inn på kretsen. (Utgangstilstand 0, 1 og 2 = 0.) Hva slags teller er dette? Pulses Figur 3B Fortsettes side 4

4 Eksamen FYS-IN Side 4 Oppgave 4 Figur 4a a) Vi skal konstruere en inverterende forsterker som vist på figur 4a. Vi ønsker en forsterkning på 20dB og kretsen må ha en inngangsimpedans på 47 kω. Beregn motstandsverdiene, og. Operasjonsforsterkeren har en slewrate på 2 V/µs. Forsterkeren skal brukes for frekvenser opp til 100 khz. Hva er største signalamplitude som kan tilføres inngangen (v inn ) uten at utgangssignalet forvrenges. b) v s1 v s2 v 0 = 2 kω = 100 kω Figur 4b Figur 4b viser en differensialforsterker (instrumenteringsforsterker). Ved alle beregninger skal operasjonsforsterkeren betraktes som ideell. Finn utgangsspenningen v 0 uttrykt ved inngangssignalene v s1 og v s2. (Hint. Bruk superposisjonsprinsippet) Fortsettes side 5

5 Eksamen FYS-IN Side 5 c) V R Transducer V R = 4 volt = 200 Ω = 100 kω R X Figur 4c Operasjonsforsterkeren brukes som signalforsterker mellom en posisjonstransducer og et viserinstrument slik som vist på figur 4c. Transduceren består av en strekklapp (strain gauge) koplet inn i en Wheatstones motstandsbro. Strekklappen har en resistans R X = + R, og i det aktuelle måleområdet kan R variere fra 0 til 1 Ω. Hvor stort blir variasjonsområdet for utgangsspenningen V 0? (Bruk rimelige approksimasjoner under beregningene)