Exam text content

 

ELE-2201 Analogiatekniikka
Tentti 15.05.2012 / Jouko Heikkinen
Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta

J

Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Mikäli väite on mielestäsi oikein, perustele
lyhyesti miksi näin on. Mikäli väite on mielestäsi väärin, korjaa väite oikeaksi ja perustele
tekemäsi korjaus lyhyesti. Oikeasta vastauksesta perusteluineen saa yhden pisteen, väärästä
vastauksesta menettää yhden pisteen. Myös vastaamatta jääneestä kohdasta menettää yhden
pisteen. Tehtävästä ei kuitenkaan kokonaisuudessaan voi saada miinuspisteitä
(minimipistemäärä on 0). (12p)
a) Siirtofunktiossa esiintyvä nolla aiheuttaa navan jälkeisillä taajuuksilla amplitudivasteen
kasvun 20 dB/dekadi.
b) PSRR kertoo kuinka paljon operaatiovahvistimen käyttöjännitteissä esiintyvistä häiriöistä
näkyy operaatiovahvistimen tulossa.

c) Negatiivinen takaisinkytkentä kasvattaa jännitetuloisen vahvistimen tuloimpedanssia.

d) Reaalisen operaatiovahvistimen = äärellinen Slew-rate eli lähtöjännitteen suurin
mahdollinen muutosnopeus aiheutuu vahvistimen lähtöasteen äärellisestä biasvirrasta.

e) Ensimmäisen asteen suodatin voidaan määritellä kahden parametrin, rajataajuuden w, ja
hyvyysluvun O avulla.

f) Open collector -tyyppisen komparaattorin lähdöstä puuttuu ylöspäin ohjaava transistori,
joten kytkentään tarvitaan ulkoinen ylösvetotransistori.

g) Virtatakaisinkytketyn vahvistimen kaistanleveys on lähes riippumaton vahvistuksesta.

h) Komparaattorikytkentöjä — analysoitaessa — voidaan — olettaa, että komparaattorin
tuloterminaalien välinen jännite-ero on nolla.

i) Operaatiovahvistimen kohina mallinnetaan keskenään korreloimattomilla kahdella
jännitekohinalähteellä ja yhdellä virtakohinalähteellä.

j) Takaisinkytketty suora kaskadikytkentä on sellaisenaan stabiili, koska kumpikin
peräkkäin — kytketyistä — vahvistimista — tuottaa — napapisteen —avoimen — silmukan
siirtofunktioonsa.

k) Yhteismuotoisten häiriöiden minimoimisen kannalta invertoiva kytkentä on parempi kuin
ei-invertoiva kytkentä.

1 Astabiili multivibraattori voidaan rakentaa invertoivasta Schmitt-triggerikytkennästä
tekemällä takaisinkytkentä lähdöstä tuloon vastuksen ja kondensaattorin avulla.

Suunnittele ja mitoita seuraavat kytkennät käyttäen enintään yhtä operaatiovahvistinta.
Kytkentöjen tulee olla realistisia. Käytä miljoonalaatikosta löytyviä komponentteja. (3p)

a) v, =-2v,,-5v,2
b) v, = 41,, missä 4=3V/mA

e) v, =15v,

3. Takaisinkytketty — vahvistin (4=10) on suunniteltu käyttäen operaatiovahvistinta

OPA134PA, — jonka — datalehdestä — löytyvät — kaksi — kuvaajaa = ohessa. Lisäksi
takaisinkytkemättömän vahvistimen lähtöimpedanssi taajuudella 10kHz on 100. (3P)

a) Selvitä ROC-menetelmän avulla vahvistimen vaihevara, kaistanleveys,
silmukkavahvistus taajuudella 100 Hz sekä lähtöimpedanssi taajuudella 10 kHz.

b) Takaisinkytketyn vahvistimen positiivisessa käyttöjännitteessä on amplitudiltaan 100 mV
ja taajuudeltaan 100 Hz oleva rippeli. Minkä suuruisena tämä näkyy lähdössä?

Käännä

 
 

ELE-2201 Analogiatekniikka
Tentti 15.05.2012 / Jouko Heikkinen
Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta

4. Suunnittele kytkentä, joka kytkee valaisimen päälle pimeinä iltoina. Valaisimen lampussa on
merkintä 12 V/25W . Valotehon mittaukseen on käytettävissä valovastus, jonka resistanssi
on päivänvalossa noin 50002 ja pimeässä noin 1,5M%2. Kytkentäkohdan tulee olla
säädettävissä valovastuksen resistanssiarvojen 100k2-200kO välillä. Kytkennän tulee
toimia yksipuoleisella 12 V jännitteellä. Komponenttiarvot voit valita vapaasti (perustele
kuitenkin tekemäsi valinnat). (6p)

5. Mittaussignaalin kaistanleveyttä rajoitetaan aktiivisella toisen asteen alipäästösuotimella,
jonka vahvistus päästökaistalla on 6 dB ja rajataajuus 10 kHz. Suotimen päästökaistalla
sijaitsevan sinimuotoisen hyötysignaalin amplitudi vaihtelee välillä 10 mV — 50 mV. ((6p)
a) Olettaen, että kytkennän kohina aiheutuu kokonaan aktiivikomponentin jännitekohinasta,

kuinka suuri suotimen toteutuksessa käytetyn operaatiovahvistimen jännitekohinatiheys
saa korkeintaan olla, jotta suotimen lähtösignaalin SNR on vähintään 80 dB?

b) Suunnittele ja mitoita kyseinen suodin käyttäen Sallen-Key -lohkoa ja samansuuruisia
komponentteja, eli R, = R, =R ja C, =C, =C. Lähde liikkeelle alla annetuista yhtälöistä
ja käytä miljoonalaatikosta löytyviä komponentteja. Kuinka suuri on suunnittelemasi
suotimen O-arvo?

 

Miljoona- |33 pF/390 pF/1,5 nF/2,2 nF/6,8 nF/8,2 nF/10 nF/12 nF/15 nF/68 nF/120 nF
| laatikko: |1k0/1,33 k2/1,58 k0/2 k0/3 k9/4,02 k0/10 kO/20 k0/47,5 kC/100 kO

 

 

 

 

 

NEB | 1,57f 111f 1,05f% 1,03f 1,02%

 

V, K 0;
H(s)=- pisseä Oj
(o) v, RCR,C,s*+[1-K)RC, + RC, + R,C,[s+1 idä Moj
0

 

T

1 1
H k =
= JRCR,C, Z (1-K)/RC,/R,C, + [R C,/R,C, + |R,C,/RC,

oLp =

K

 

 

 

 

 

 

 

POWER SUPPLY AND COMMON-MODE REJECTION
OPEN-LOOP GAIN/PHASE vs FREOUENCY vs FREOUENCY

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Phase Shift (*)
PSR, CMR (dB)

—135

 

 

 

Voltage Gain (dB)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01 1. —410 100 1k —10k 100 AM 10M 10 100 1k 10k 100k 1M
Freguency (Hz) Freguency (Hz)