Exam text content

1/5
= TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

Katja Laine

ELE-2050 Elektroniikan työkurssi
Tentti 24.9.2007

Vastaa vain neljään tehtävään. Voit valita viidestä vaihtoehdosta neljä mieleistäsi.

 

1. Vastaa seuraaviin kysymyksiin

a) Miten toimintalämpötilan nostaminen vaikuttaa bjt-transistorin toimintaan? Miten lämpötilan
vaikutuksia transistorikytkentöihin voitaisiin vähentää? (2p)

b) Mitä eri keinoja on ottaa ympäristönäkökulmat huomioon elektroniikkasuunnittelussa? Mainitse
kaksi eri keinoa ja perustele niiden merkitys. (2p)

c) Vahvistinkytkennän simulointi- ja mittaustulosten välillä on monesti eroavaisuuksia. Mistä nämä
erot voivat johtua? Mainitse vähintään kaksi eri asiaa ja perustele vastauksesi! (2p)

 

Nä n 4: Vin/Vp- JH | Vout/Vp,
2. Olet mitannut kuvan 1 mukaisen jakosuotimen amplitudivastetta tä 122

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ja saanut oheiset mittaustulokset: 1 100 180m
1 500 0,54
1 Ik 0,9
E 1 5k 1
1 10k 15
In ja i Ow 1 25k 2
1 50k 2
1 75k 1,8
1 100k 1)
Kuva 1. Jakosuodin L 150k !
1 200k 0,95
a) Vastaa perustellen, voivatko saamasi mittaustulokset 1 300k 05
pitää paikkansa. Jos tulokset ovat mielestäsi virheellisiä, i OO sys
niin pohdi, mistä virheet voisivat mahdollisesti johtua. (2p) a
1 IM 140m

 

 

 

b) Poistat kuvan 1 kytkennästä kondensaattorin, jolloin pystyt mittaamaan ja laskemaan kelan
impedanssin ja induktanssin arvot taajuuksilla 1 kHz ja 2 kHz. Olet

 

 

 

 

 

 

saanut oheiset mittaus- ja laskutulokset. Vastaa perustellen, miksi 1 kHz 2 kHz
sinun on täytynyt mitata sekä Vp että V1, jotta olet voinut laskea
Z1:n ja L:n. (2p) Vin 1Vp-p 1Vp-p
. . N v, 0,4Vp- 0,7Vp-

c) Vastaa perustellen, voivatko b)-kohdan mittaus- ja ED i
laskutulokset pitää paikkansa. Jos tulokset ovat mielestäsi Va 0,9Vp-p 0,8Vp-p
virheellisiä, niin pohdi, mistä virheet voisivat mahdollisesti johtua.

= (p) n 9,780 19,30

J L 1,6mH 1,5mH

 

 

 

 

 

 
TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO

5 Elektroniikan laitos

Katja Laine

25
3.

Kerro elektronisen laitteen suunnitteluprosessista. Mitä eri vaiheita prosessiin kuuluu, mitä
4

dokumentteja eri vaiheista saadaan ja mitä ongelmia kussakin vaiheessa voi esiintyä? (6p)

a) Olet Elektroniikan työkurssin assistentti ja eräs ryhmä tuo PWM-ohjatulle laskevalle hakkurille
mittaamansa oheiset tulokset sinulle tarkistettaviksi:

 

 

 

 

 

 

 

Vin Vout Ulostuloon kytketty | Kytkintransistorin Kytkintransistorin
kuormavastus Tow-aika Torr-aika
10 V 5.1V 150 10 us 40 js
10 V 5.09 V 100 12 us 28 us
10 V 5.03 V 50 14 js 8 jus
Vastaa peruste!

 

 

 

 

len, voitko hyväksyä nämä mittaustulokset, vai pitääkö ryhmän mitata joku kohta
uudelleen? Vihje: mieti asiaa siten, että ovatko tulokset tyypillisiä kyseiselle hakkurille. (3p)
b) Suunnittele kytkentä, joi

 

la saat reguloitua 12V:n jännite 18V:n sisääntulosta, kun käytössäsi on
sivulla 4 olevan datasivun zenerdiodit sekä E-12 -sarjan vastukset 180, 220 ja 270 £. Järjestelmän

kuormaan syöttämä jännite tulisi olla kuormituksesta riippumaton mahdollisimman laajalla alueella.

Millä kuormavastuksen arvoilla suunnittelemasi regulaattori toimii? (3p)
5.

a) Kuvassa 2 on eräs operaatiovahvistinkytkei

 

ja kuvassa 3 sen lähtöjännitteen simulointitulos.
Sisäänmenojännite on sinimuotoista. Miksi lähtöjännite on vääristynyt? Mainitse kaksi syytä, ja
perustele vastauksesi käyttäen apuna sivulla 5 olevaa datalehteä. (4p)

A +15v

  

+15v
A

USA

VOFF = OV

v1
VAMPL =315m! 0)
FREG = 2150H2

 

o

 

sa

12k

 

 

 

 

-15V
=

Kuva 2. Operaatiovahvistinkytkentä
2

sivu 1/4
TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO

Elektroniikan laitos

ELE-2050 Elektroniikan työkurssi

Tentti 15.5.2007

Vastaa neljään tehtävään. Voit valita viidestä vaihtoehdosta neljä mieleistäsi.

1.

v v 80Hz |22 0,86
in | owt 100 Hz | 41 0,8
120Hz |30 0,7

b)

 

Olet suunnitellut kuvan 1 mukaisen jakosuodattimen
bassokaiutinta varten. L=10mH, C=220pF. Kelan f Vou/Vin | Vou/Vin

resistanssi on 1,20. Viereisessä taulukossa on ilman 6 ohmin
suodattimen mitattu amplitudivaste ilman kuormaa sekä kuormaa | kuormalla

10 Hz 1,0 0,85
60 kuorman kanssa. s 2
20 Hz 1,05 0,85

40Hz |1,15 0,86
L 60Hz |14 0,87

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C 150 Hz | 1,05 0,5
T 200 Hz |0,4 0,3
+ 300Hz [0,15 013
Kuva 1. Jakosuodatin 500 Hz |0,05 0,05

 

Voivatko mittaustulokset pitää paikkansa? Perustele. Jos tulokset ovat mielestäsi
virheellisiä, selitä mistä virheet voisivat johtua. (4p)
Kannattaisiko suodattimesta tehdä aktiivinen? Perustele. (2p)

Määritä kuvan 2 transistorivahvistimen RC ja RE niin, että Ic = -2,09mA ja VCCo
Vce =-10,7V. Miten muuttaisit R1:n ja R2:n arvoja? Miksi? (3p)

RC
VCC =-18V
R1 = 470k0)
R2 = 100k0
B = 120.
RE

"0

Kuva 2. Transistorivahvistin

Kerro mitä hyötyä ja haittaa vaimentavan mittapään käytöstä on oskilloskooppimittauksissa.
Miten passiivisesti toteutettu vaimentava mittapää eroaa rakenteellisesti tavallisesta
vaimentamattomasta mittapäästä? (3p)
sivu 2/4
TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

3. Kuvassa 3 on hakkurikytkentä. Katkoviivalla merkityn alueen sisällä olevat toiminnalliset
lohkot sijaitsevat ohjainpiiri LM78S40:n kotelon sisällä.

 

Kuva 3. Hakkurikytkentä

a) Tunnista kuvan 3 hakkurin tyyppi (Step-up / Step-down). (1p)
) Selosta ohjainpiirin LM78$40 sisäinen toiminta yleisellä tasolla. Voit käyttää apuna alla
olevaa S-R -kiikun totuustaulua. (2p)

 

S
o
0
1
1

c) Kerro lyhyesti lineaariregulaattorien, hakkuriregulaattorien ja varauspumppujen eduista ja
haitoista. (3p)
A TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

sivu 3/4

4. Kerro elektronisen laitteen suunnitteluprosessista. Mitä eri vaiheita prosessiin kuuluu, mitä
dokumentteja eri vaiheista saadaan ja mitä ongelmia kussakin vaiheessa voi esiintyä? (6p)

a) Kuinka suuri sisäänmenosignaalin
amplitudi voi olla, ettei ulostulo ala

 

leikkautumaan kuvan 4
kytkennässä? Kytkennässä käytetyn OU
operaatiovahvistimen datalehdestä — vn ;
on osa kuvassa 6. (2p) 4 GZ
-15V
b) Millä taajuudella slew rate alkaa
rajoittaa ulostuloa a-kohdan
tilanteessa? (2p) nk
5 :

+15V

|

NE5532

Mout

0

Kuva 4. Operaatiovahvistinkytkentä

c) Kuvan 5 kytkentään syötetään 50Hz 2Vp-p sisäänmenosignaalia. Piirrä kytkennän ulostulo-
ja sisäänmenojännitteet samaan kuvaan oikean suuruisina ja ajallisesti kohdakkain. (2p)

47k 82

(0

 

 

 

 

 

 

Kuva 5. Operaatiovahvistinkytkentä.

— M —120nr
-— TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

NE5532
Dual Operational Amplifier

Features

* Intemal Freguency Compensation

» Slew Rate: 8V//s

* Input Noise Voltage: 8nV/ HZ (0 = 30Hz)
+ Full Power Bandwidth: 140KHz

Electrical Characteristics
(VCo=15V, VEE=- 15V, TA = 25*C)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Parameter Symbol Conditions Min. | Typ. | Max, Unit
Input Offset Voltage Vo 5 - | 05 | 40 mV
Input Offset Current 0 - - 10 | 150 nA
Input Bias Current IBIAS = - 200 | 800 nA
Supply Current 1cc = = W 60 | 16 mA
Input Voltage Range VIR) - +12 | 413 - v
Common Mode Rejection Range | CMRR | TA=25%€ 70 100 - dB
Power Supply Rejection Ratio | PSRR | TA=25<€ 80 | 100 BB
Output Voltage Swing VOIP-P) | RL2 6000 +12 | 413 - v
Input Resistance Ri TA=25%€ 30 | 300 - Ka
Short Circuit Current Isc - 38 = mA
Overshoot Os R =6000, Ci =100pF - 10 20 %
Voltage Gain Gy f= 10KHz 2 22 - VIMY
Gain Bandwidth Product GBW | CL =100pF, Ri = 6000 8 10 = MHz
Slew Rate SR RL =1K, CL =100pF, Ri =6002| 6 8.0 - Viis
Input Noise Voltage en a = UE - H nVI JAZ

 

 

 

 

 

 

Kuva 6. Osa NE5532:n datalehdestä.

sivu 4/4
= TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

Mika Oinonen

ELE-2050 Elektroniikan työkurssi

 

Tentti 23.5.2006

Vastaa vain neljään tehtävään. Voit valita viidestä vaihtoehdosta neljä mieleistäsi.

 

1. Vastaa seuraaviin kysymyksiin

a) Miten toimintalämpötilan nostaminen vaikuttaa bjt-transistorin toimintaan? Miten lämpötilan
vaikutuksia transistorikytkentöihin voitaisiin vähentää? (2p)

b) Mitä eri keinoja on ottaa ympäristönäkökulmat huomioon elektroniikkasuunnittelussa? Mainitse
kaksi eri keinoa ja perustele niiden merkitys. (2p)

c) Vahvistinkytkennän simulointi- ja mittaustulosten välillä on monesti eroavaisuuksia. Mistä
nämä erot voivat johtua? Mainitse vähintään kaksi eri asiaa ja perustele vastauksesi! (2p)

2. Olet mitannut kuvan 1 mukaisen kytkennän amplitudivastetta ja saanut
oheisen taulukon mukaiset mittaustulokset. Vin = 200mVp.p.

in out

f

a) Vastaa perustellen, voivatko saamasi = mittaustulokset pitää
paikkansa. Jos tulokset ovat mielestäsi virheellisiä, pohdi mistä
virheet voisivat mahdollisesti johtua. (3p)

b) Onko sinun mahdollista laskea kondensaattorin C kapasitanssi, jos
tiedät kelan L induktanssin, vastuksen R resistanssin, sekä jännitteiden
Vin jä Von amplitudit? Perustele vastauksesi ja mainitse mahdolliset
oletukset. (3p)

Kuva 1. Mitattu kytkentä

 

 

 

 

 
 

TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

Mika Oinonen

3.

a) Mitä kuvan 2 kytkentä tekee? (vinkki: mieti lohkot erikseen, ja oleta että viimeinen lohko ei
kuormita merkittävästi edellisiä.) Mihin R9:n ja sisääntulojännitteen V IN muuttaminen vaikuttaa
ja miten? Miten kävisi jos vastuksen R9 pystyisi säätämään liian suureen arvoon?

R3

02

     
   
  

aan222f"

 

 

 

 

 

 

Kuva 2.Operaatiovahvistinkytkentä

 

b) Mitä kuvan 3 kytkentä tekee? Miksi kytkentä tuottaa vain pienitaajuuksisia signaalej
Kerro mitä eroa kahdella eri ulostulolla on ja miksi diodit on kytketty kuvan esittämällä tavalla.

 

 

-————v out iow impedance
R4

DV OUT clamped

R3

 

10f

 

 

 

 

1M ==

Kuva 3. Operaatiovahvistinkytkentä

 

 
3/5

TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

Mika Oinonen

4. Kuvassa 4 on hakkurikytkentä. Katkoviivalla merkityn alueen sisällä olevat toiminnalliset lohkot
sijaitsevat ohjainpiiri LM785S40:n kotelon sisällä.

0330 300 uH

   

 
  

R
250kN

Kuva 4. Hakkurikytkentä
a) Tunnista kuvan 4 hakkurin tyyppi (Step-up / Step-down). (1p)

b) Selosta ohjainpiirin LM78S40 sisäinen toiminta yleisellä tasolla. Voit käyttää apuna alla olevaa
S-R -kiikun totuustaulua. (2p)

 

c) Kerro lyhyesti lineaariregulaattorien, hakkuriregulaattorien ja varauspumppujen eduista ja
haitoista. (3p)
a TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
Elektroniikan laitos

Mika Oinonen

5. Kuvassa 5. on TDA7010T-radiopiiri, joka vastaanottaa FM-radiolähetyksiä taajuudella 1,5MHz-
110MHz ja muuntaa lähetykset audiotaajuuksille. Kuvassa 6 on radiokanavan viritysosa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    
       
  

 

 

oEMODULATOR

 

 

 

 

TOA7010T

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wure | 4 | 5
fYYVYN
= ]
1
K Op
H L
vw li
tsasvi Tms + cv Os
Kuva 5. TDA7010T Kuva 6. Radiokanavan viritysosa

a) Mihin ilmiöön perustuu radion taajuuksien viritys? (1p)

b) Virityspiiri voidaan korvata kuvan 7 mukaisella kytkennällä. Miten kyseinen piiri toimii?
(vihje: Mikä on vastusten RI ja R2 tehtävä? Entä kelan L2?) (2p)

c) Mitoita komponentit C ja vastusten RI ja R2 arvot siten, että FM-radion taajuudet välillä
88MHz-108MHz saadaan kuulumaan. Käytä apuna kuvassa 8 olevaa BBY40:n datalehden
osaa. L1=82nH. (3p)

v,

  

v

T
[
] -
|.

 

MN

Kuva 7. Korvaava virityspiiri