HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Kandidatnr: Eksamensdato: 14.12.2010 Varighet/eksamenstid: Emnekode: 4 timer EDT210T-A Emnenavn: Elektronikk 1 Klasse(r): 2EL Studiepoeng: 7,5 Faglærer(e): Ingrid Kvakland Kontaktperson(adm.)(fylles ut ved behov kun ved kursemner) Hjelpemidler: Oppgavesettet består av: Vedlegg består av: Kalkulator type HP 30S, Citizen SR270 eller Citizen SR270 4 oppgaver over 8 sider 3 sider formler og 1 side med datablad Merknad: Lykke til!
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 2 av 13 Oppgave 1 (30%) Dioder a) Skisser strøm-spennings-karakteristikken til en Silisium-diode. Skisser også strøm-spenningskarakteristikken til en ideell diode og en Silisium-diode som modelleres med en konstant spenningsfalls-modell. b) Gitt zenerdioden 1N4736 med datablad i vedlegg 4. Tegn opp strømspenningskarakteristikken og merk av de viktigste tallverdiene fra databladet på tegningen. c) Tegn opp kretsskjema for en lineær modell for zenerdioden. Finn verdiene på komponentene som inngår i modellen. d) Zenerdioden skal brukes i en shunt-regulator. Dioden er matet fra en spenningsforsyning på 15V via en 200ohms motstand. Tegn opp et koplingsskjema for regulatorkretsen. e) Hva er hensikten med en krets som beskrevet i d)? Definer begrepene linjeregulering og lastregulering.
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 3 av 13 f) Gitt kretsen i figur 1.1. Anta 0,7V over ledende diode. Gitt at inngangssignalet er 1 sin( ωt) [ V ], finn /skisser utgangssignalet. Gitt at inngangssignalet er 5 sin( ωt) [ V ], finn/skisser utgangssignalet. Skisser overføringskarakteristikken v = f ( v ). O I +3V D1 v I 1k v O D2-3V Figur 1.1
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 4 av 13 Oppgave 2 (30%) a) Gitt kretsen i figur 2.1. Anta at operasjonsforsterkeren er ideell. Vis vha. egenskapene til den vo R2 ideelle opampen at for denne kretsen gjelder at = v R I 1 Figur 2.1 b) Gitt kretsen i figur 2.2. Anta at operasjonsforsterkeren er ideell. Finn ii, i1, v1, i2, vo, io og i L. Figur 2.2
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 5 av 13 c) Gitt kretsen i figur 2.3. R 2 =1MΩ og R 1 =10kΩ. Anta at operasjonsforsterkeren er ideell bortsett fra at opampen har maks utgangsspenning lik ±5V, offsetspenning V OS =5mV og input biastrøm I B =500nA. Gitt et sinusformet inngangssignal. Hvor stor amplitude kan inngangssignalet ha før opampen kan gå i metning? Figur 2.3 d) Gitt kretsen i figur 2.4. R 2 =100kΩ og R 1 =1kΩ. Anta at operasjonsforsterkeren er ideell bortsett fra at opampen har maks utgangsspenning lik ±5V og SR=1V/us. Gitt at inngangssignalet er et spenningssprang som går fra 0 til 10mV ved t=0. Skisser inngangssignalet og utgangssignalet. Figur 2.4
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 6 av 13 e) Gitt kretsen i figur 2.5. Anta at operasjonsforsterkerne er ideelle og finn et uttrykk for strømmen i O. f) Figur 2.5 Gitt kretsen i figur 2.6. Anta ideell opamp. MOS-transistoren brukes her i triodeområdet som en spenningsstyrt motstand. Anta at body/bulk er forbundet til source. Figur 2.6 Hvor stor må motstanden i MOS-transistoren være for at integrasjonsfrekvensen /kryssfrekvensen skal bli 10kHz når C=100nF. Finn spenningen som må påtrykkes transistorens gate, v G, for at integrasjonsfrekvensen /kryssfrekvensen skal bli 10kHz når C=100nF. ' W ma For transistoren er gitt: k n 1 2 L = V og V 1 tn = V
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 7 av 13 Oppgave 3(20%) a) Gitt koplingen i figur 3.1 Figur 3.1 Skisser overføringskarakteristikken v CE som funkjon av v BE når 0V v 1V. Merk av karakteristiske størrelser (tallverdier) på aksene. Merk også av transistorens operasjonsområder i overføringskarakteristikken. BE b) I hvilket operasjonsområde (mode) må en bipolar transistor være hvis den skal brukes som forsterkerelement i en lineær forsterker? Hva er betingelsen for at en transistor befinner seg i dette operasjonsområdet?
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 8 av 13 c) Avgjør i hvilket operasjonsområde transistorene er i koplingene i figur 3.2 og 3.3. Anta at β = 300 i begge transistorene. Figur 3.2 Figur 3.3 d) Gitt kretsen i figur 3.4. Hva kan en slik krets kalles? Gitt at V CC =V EE =10V. Bestem motstanden R slik at strømmen I er tilnærmet lik 1mA. Figur 3.4
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 9 av 13 Oppgave 4 (20%) a) Gitt koplingen i figur 4.1. V CC =9V, R 1 =27kΩ, R 2 =15kΩ, R E =1,2kΩ, R C =2,2kΩ, β typ =100 Finn transistorens typiske arbeidspunkt, I C og V CE. Figur 4.1 b) Tegn småsignalskjema for forsterkertrinnet. Anta at transistorens β=100 og finn trinnets inngangsmotstand R in, utgangsmotstand R o og spenningsforsterkning ved åpen utgang, vo A = vo v i RL = c) Tegn opp en modell for forsterkertrinnet. (Spenningsstyrt spenningsforsterker) Gitt at R L =2kΩ og R sig =10kΩ. Finn forsterkningen fra kilde til last, G v v = v o sig
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 10 av 13 VEDLEGG TIL EKSAMEN I ELEKTRONIKK 1 14.DESEMBER 2010 VEDLEGG 1 FOR STC-NETTVERK GJELDER: K LP nettverk : H( s) = s 1 ω DIODER: 0 + 1+ 0 HP nettverk : H( s) = K ω s vd VT D S D S I2 I2 i = I e når i I V2 V1 = VT ln = 2,3V T log I I 1 1 LIKERETTING: V r V p = = frc I L fc BIPOLARE TRANSISTORER: i = I e C S vbe VT
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 11 av 13 VEDLEGG 2 Bipolare transistorer:
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 VEDLEGG 3 NMOS-transistor: Desember 2010 Side 12 av 13
Eksamen i EDT210T A Elektronikk 1 Desember 2010 Side 13 av 13 VEDLEGG 4: