ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset - 15.02.2010
Teksti on luotu tekstintunnistuksella alkuperäisestä tenttitiedostosta, joten se voi sisältää virheellistä tai puutteellista tietoa. Esimerkiksi matemaattisia merkkejä ei voida esitää oikein. Tekstiä käytetään pääasiassa hakutulosten luomiseen.
Alkuperäinen tenttiMW 1kluv> e W SW la : ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset Tentti 15.02.2010 / Jouko Heikkinen Tenttyjän oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu . (6P) ; 6 2) Miller- kapasitanssi | Terminen malinansat N H (b)/ ) Saturaatioalue (BIT & FET) TX Hallitseva napa i c) Cascode-kytkentä A)/ Emitteriseuraaja (0 L ( - | Piirrä lohkokaavio takaisinkytketystä vahvistimesta (negatiivinen takaisinkytkentä) ja < / merkitse siihen -oleelliset-signaalit> Johda lohkokaavion- avulla suljetun silmukan Le / vahvistuksen lauseke. Mihin muotoon johtamasi lauseke saadaan, kun silmukkavahvistus on - hyvin suuri? Mitä etua tästä saavutetaan? (6p) 3. Osoita, että kuvan 1 kytkennässä virta /, on riippumaton jännitteestä V,, (johda virran 1, lauseke) ja laske virran suurus kun R, =3kO, V« =12V ja V,=10V. Transistorit ovat identtisiä (kaikilla sama V,, ) ja niiden £ >> 1. Minkä tyyppinen kytkentä on kyseessä? (6p) 4. ryitapeiä Pn) V/ (4 Selosta virtapeilin rakenne ja toimintaperiaate. Mihin ja miksi sitä käytetään? KA ) Suunnittele bipolaaritransistoreja sekä +12V ja -12V käyttöjännitelähteitä käyttäen samaa / referenssivirtaa hyödyntävät 1 mA virtalähde ja 5 mA virtanielu. Kaikki transistorit oletetaan identtisiksi (pinta-alojen suhde saa vaihdella välillä 1-5) ja niiden |V3;| = 0,6 V. (6p) 5. Piirrä kuvassa 2 esitetyn differentiaalivahvistimen piensignaalimalli ja määritä sen avulla lausekkeet | yhteismuotoiselle — jännitevahvistukselle — 4,,, =v,,/v,, = (oleta transistorit identtisiksi) sekä eromuotoiselle jännitevahvistukselle A, =v,,/v, (oleta, että v, =-v,, ). Kuinka suuriksi vastukset R,, voi mitoittaa, jotta vahvistimen yhteismuotoisen signaalin vaimennussuhde olisi vähintään 120 dB, olettaen että transistorien O1 ja O> virtavahvistus on 200 ja kollektorivirta toimintapisteessä on 2,6 mA? Oletetaan lisäksi, että biasvirtalähteen Izg ulostulompedanssi on 6M2? (6p) Vcc Vec Vcc « ? 4 A : lk | "Vo S Ver Kuva 1 Kuva 2 YY - > K , Käännä ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset Tentti 26.01.2009 Laskimen käyttö sallittu 1. Selvitä lyhyesti seuraavat käsitteet ja niiden merkitys elektroniikassa. > (6p) a) Hybrid-r -malli d) SOA 7 b) Terminen resistanssi e) FET jänniteohjattuna resistanssina e) Gain-bandwidth product, GB f) Emitteriseuraaja . Differentiaalivahvistimen ominaisuudet ja sovellukset. Mitkä eri tekijät vaikuttavat differentiaalivahvistimen ”hyvyyteen”? (6P) kl + =) Vahvistimen silmukkavahvistus on T(s) = TS s tost 3) (6p) (1 +yli +-)G + G +) 10 10 10 10 a) Piirrä asymptoottinen Bode-diagrammi ja määritä vaihe- ja vahvistusvarat, kun K =10". Onko vahvistin stabiili? b) Selosta kaksi tapaa, joilla epästabiili vahvistin voidaan saada stabiiliksi. Käytä jompaa kumpaa selostamaasi tapaa niin että a-kohdan vahvistimen vaihevaraksi saadaan +22,5*. Laske kuvan 1 kytkennälle jännitteiden V; ja V, sekä virran 1, arvo, kun V,,=+15V, Vs =-15V ja R, =1k0. Molempien transistorien |V,|=3V ja I,,, =6mA. (6p) Piirrä kuvassa 2 näkyvän piirin piensignaalimalli keskitaajuusalueella. Johda lausekkeet jännitevahvistukselle ja sisäänmenoresistanssille parametrien 7; ja £ avulla ilmaistuna. Laske niiden arvo kun R, =1000, R.=1k0, R,=270k0, R, =1k0, V.=I5V, B=100, V,o=07V ja 1,,=SL14A. Onko kyseessä invertoiva vai ei-invertoiva vahvistinkytkentä? (6p) Voo Veo = oc Ro 1 ” Rg Rc o N v 2R 4 > Vin - Ti 5 Vss = = = Kuva 1 Kuva 2 Käännä ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset K Tentti 25.02.2008 Laskimen käyttö sallittu 1. Selvitä lyhyesti seuraavat käsitteet ja niiden merkitys elektroniikassa. (6p) a) Piensignaalimalli d) Gain-bandwidth product, GB b) Positiivinen takaisinkytkentä e) Saturaatioalue (BJT & FET) c) Differentiaalipari f) Ylimenosärö Käytät suunnittelemassasi kytkennässä transistoria, jolle valmistaja on määrittänyt kuvassa 1 näkyvän käyrän (sallittu tehohäviö kotelon lämpötilan funktiona, power derating curve). Kotelon ja jäähdytyslevyn välinen terminen resistanssi on 1,75 *C/W. Kuinka suuri saisi jäähdytyslevyn ja ympäristön välinen terminen resistanssi olla, jotta transistorin kestämisen varmistamiseksi sen kotelo saataisiin pidettyä lämpötilassa 100 *C tehohäviön ollessa 20 W. Ympäristön lämpötila on 25 *C. Laske myös liitoksen lämpötila näissä olosuhteissa. (6p) Miten transistorien käyttäytyminen muuttuu toimintataajuuden kasvaessa? Mitä rajoituksia taajuuden — kasvattaminen — aiheuttaa — transistorivahvistimien — toimintaan? — Miten suurtaajuuskäyttäytyminen voidaan ottaa transistorikytkentöjen suunnittelussa huomioon? Anna esimerkki vahvistinkytkennästä, jossa epäedulliset suurtaajuusvaikutukset on pyritty minimoimaan. (6p) Kuvan 2 kytkennässä identtisten transistorien O, ja O, virtavahvistus On 200. Mitoita R, niin, että transistorin O, kollektorivirta on 0,5 mA, kun K, =+15V3=R, =2,8kO ja Vai =Vopa = 0,6V. Mitoita R, niin, että V, =7,5V. (6p) Laske kuvan 3 kytkennässä jännitteen V-;, arvo, kun V<=+ISV, 1,0. =2mA, R, =4,4k02, R, =6000, B=100 ja V,,,=0,6V. Piirrä kytkennät piensignaalimalli, määritä ulostuloimpedanssin Z, lauseke parametrien P, r,, R, ja R, avulla ilmaistuna ja laske lausekkeen arvo. (6p) Vee ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset Tentti 29.11.2007 1. Selvitä lyhyesti seuraavat käsitteet ja niiden merkitys elektroniikassa. (6p) a) Virtapeili d) Saturaatioalue (BJT & FET) b) Cascode-kytkentä e) Hallitseva napa c) Terminen resistanssi f) Emitteriseuraaja 2. Differentiaalivahvistimen ominaisuudet ja sovellukset. Mitkä eri tekijät vaikuttavat differentiaalivahvistimen ”hyvyyteen”? (6Pp) 3. Piirrä lohkokaavio takaisinkytketystä vahvistimesta ja merkitse siihen oleelliset signaalit. Johda lohkokaavion avulla suljetun silmukan vahvistuksen lauseke ja tarkastele lausekkeen avulla suljetun silmukan vahvistuksen stabiilisuutta (herkkyyttä vahvistimen parametrien muutoksille) kun kyseessä on a) positiivinen takaisinkytkentä b) negatiivinen takaisinkytkentä (6p) 4. Laske kuvan 1 kytkennälle jännitteiden V, ja V, sekä virran 7, arvo, kun V,, =+15V, V,;=-15V ja R, =1k0. Molempien transistorien lr, |= 2V ja I,jss =8mA. (6p) 5. Piirrä kuvan 2 kytkennälle keskitaajuusalueen = piensignaalimalli. —Piirtämääsi piensignaalimallia käyttäen johda kytkennän jännitevahvistuksen, sisäänmenoimpedanssin ja ulostuloimpedanssin lausekkeet. (6p) Vop A Kuva 1 Kuva 2 ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset Tentti 01.12.2006 n Selvitä lyhyesti seuraavat käsitteet ja niiden merkitys elektroniikassa. (6p) a) Emitteriseuraaja d) B-luokan vahvistin b) Hybrid-n -malli e) Terminen resistanssi c) Lineaarinen alue (BJT & FET) f) Millerin teoreema Mitä tarkoitetaan systeemin stabiilisuudella? Milloin vahvistin on stabiili? Millä menetelmillä epästabiili vahvistin voidaan saada stabiiliksi? (6p) Kuvan 1 kytkennässä saturaatioalueella toimivan transistorin parametrit ovat: V, =-3V ja Ipss =18mA. Laske R; kun Vj, =+20V, R;=100kO ja 7,,=4mA. Oleta toimintapisteen olevan saturaatioalueella. Mikä on vastuksen R, suurin arvo, kun toimintapisteen täytyy pysyä saturaatioalueella? (6p) niin, että transistorin O, kollektorivirta on 0,5 mA, kun Ve =+10V, R, =24k& ja Vary = Var = 0.6V . Mitoita R, niin, että V, =5V.(6p) Kuvan 2 kytkennässä identtisten transistorien O, ja O, virtavahvistus on 250. Mitoita R, Laske kuvan 3 kytkennässä jännitteen Vpp arvo, kun Ve =+10V, 1,0 =4mA, R, =4,4k02, R, =6000, B=100 ja V,p, =0,6V. Piirrä kytkennän piensignaalimalli, määritä ulostuloimpedanssin Z, lauseke parametrien £. 7. R, ja R, avulla ilmaistuna ja laske lausekkeen arvo. (6p) IN < 8 AW > Am b. O >? K G) s [| D 5 I|—-M— I|-—w v & n R Kuva 1 Kuva 2 ELE-2100 Puolijohdekomponenttien sovellukset . Tentti 28.11.2005 15 Selvitä lyhyesti seuraavat käsitteet ja niiden merkitys elektroniikassa. a) Ylimenosärö d) Positiivinen takaisinkytkentä b) Cascode-kytkentä e) Saturaatioalue (BJT & FET) c) CMRR f) Millerin teoreema Takaisinkytkentätyypit ja niiden ominaisuudet (vaikutus vahvistimen sisäänmeno- impedanssiin, ulostuloimpedanssiin ja vahvistukseen). Virtapeili. a) Selosta virtapeilin rakenne ja toimintaperiaate. Mihin ja miksi sitä käytetään? b) Suunnittele bipolaaritransistoreja käyttäen samaa referenssivirtaa hyödyntävät 1 mA virtalähde ja 5 mA virtanielu, kun käyttöjännitteinä ovat +15V ja -15V. Transistorit oletetaan identtisiksi (pinta-alojen suhde saa vaihdella välillä 1-5) ja niiden [Pax] =0.6V ja B>>1. Käytät suunnittelemassasi kytkennässä transistoria, jolle valmistaja on määrittänyt kuvassa 1 näkyvän käyrän (sallittu tehohäviö kotelon lämpötilan funktiona, power derating curve). Kotelon ja jäähdytyslevyn välinen terminen resistanssi on 1?C/W ja jäähdytyslevyn ja ympäristön välinen terminen resistanssi on 4*C/W. Ympäristön lämpötilan ollessa 25*C mittaat jäähdytyslevyn lämpötilaksi 105*C. Laske transistorin tehohäviö, kotelon lämpötila ja liitoksen lämpötila. Kestääkö transistori näissä olosuhteissa? Perustele vastauksesi. Kuvan 2 kytkennässä V,, =+15V, R, =5000, R, =10k0, R, =5kG2, R, =1.2kO ja R, =2.4k0. Transistorin f =100 ja V,, =0.7V. a) Määritä toimintapisteen virta 1, ja vastuksen R, arvo kun Vg =6.67V. b) Piirrä piensignaalimalli keskitaajuusalueella. Mikä kytkentä on kyseessä? Johda lausekkeet jännitevahvistukselle ( 4, =v, /v,, ), sisäänmenoimpedanssille (Z, = v, fi, ) ja ulostuloimpedanssille (Z, = v, /i, ) ja laske niiden arvo. e) Kirjoita ulostulon v,(f) lauseke kun v, (1) =10sin(200071)mV. Oletetaan, että signaalin taajuus on vahvistimen keskitaajuusalueella.
Tämä sivusto käyttää evästeitä, mukaanlukien kolmansien puolten evästeitä, vain sivuston toiminnan kannalta välttämättömiin tarkoituksiin, kuten asetusten tallentamiseen käyttäjän laitteelle, käyttäjäistuntojen ylläpitoon ja palvelujen toiminnan mahdollistamiseen. Sivusto kerää käyttäjästä myös muuta tietoa, kuten käyttäjän IP-osoitteen ja selaimen tyypin. Tätä tietoa käytetään sivuston toiminnan ja tietoturvallisuuden varmistamiseen. Kerättyä tietoa voi päätyä myös kolmansien osapuolten käsiteltäväksi sivuston palvelujen tavanomaisen toiminnan seurauksena.