kierunek: Automatyka i Robotyka Zadania uzupełniające do wykładu i ćwiczeń laboratoryjnych z Elektroniki sem. II

Transkrypt

1 kierunek: Automatyka i Robotyka Zadania uzupełniające do wykładu i ćwiczeń laboratoryjnych z Elektroniki sem. II iody prostownicze i diody Zenera Zadanie Podać schematy zastępcze zlinearyzowane dla diody Zenera o charakterystyce napięciowo-prądowej przedstawionej na rysunku Z I [ma] - [V] Zadanie W układzie przedstawionym na rysunku wyznaczyć zakres wartości R, dla którego napięcie zawiera się w granicach: 8 V V. Charakterystyka napięciowo-prądowa diody Zenera w jest przedstawiona na rysunku. I N [A] R E N ane: E=4 V, R= Ω. I N - I N R - -, [V] N Zadanie 3 W układzie przedstawionym na rysunku obliczyć, dla jakich wartości R napięcie jest większe od 6 V, zaś moc diody Zenera nie przekracza W. Charakterystyka napięciowoprądowa diody Zenera w jest przedstawiona na rysunku. N [V] R E N I N I 7 6 R ane: E= V, R= Ω. I [A] N

2 Zadanie 4 W układzie przedstawionym na rysunku wyznaczyć charakterystykę =f(i ). Charakterystyka napięciowo-prądowa diody Zenera w jest przedstawiona na rysunku. I N [A] R I N I, E N R ane: E= V, R= Ω. 5 5,5 [V] N Zadanie 5 W układzie przedstawionym na rysunku wyznaczyć i narysować charakterystykę =f( ) zakładając, że napięcie może się zmieniać w granicach od 4 V do +4 V, zaś diody i są idealne, tzn. ich charakterystyka napięciowoprądowa jest taka, jak przedstawiono na rysunku. R 3R R 4R V Zadanie 6 W układzie przedstawionym na rysunku wyznaczyć i narysować wypadkową charakterystykę napięciowo-prądową układu =f(i), przy podanej charakterystyce napięciowoprądowej diody Zenera. R I R d -6 I d,7 [V] ane: R =R = Ω.

3 Zadanie 7 W układzie przedstawionym na rysunku wyznaczyć i narysować wypadkową charakterystykę napięciowo-prądową układu =f(i), przy podanej charakterystyce napięciowoprądowej diody. R I R d I d,7 [V] ane: R =R =5 Ω. Zadanie 8 W układzie przedstawionym na rysunku narysować przebieg napięcia u(t) oraz prądu i(t) przy podanym graficznie przebiegu napięcia wejściowego e(t) i podanej charakterystyce napięciowo-prądowej diody Zenera. I d d i(t) e [V] e(t) R=Ω u(t) -8,5 [V] T/ T -T/4 T/4 3T/4 5T/4 - t Zadanie 9 W układzie przedstawionym na rysunku narysować przebieg napięcia u(t) przy podanym graficznie przebiegu napięcia wejściowego e(t) i podanej charakterystyce napięciowoprądowej diod Zenera. I d d i(t) I [A] e [V] e(t) R=,5Ω u(t) -9 [V] T/ T 3T/ t -5

4 Tranzystory, elementy optoelektroniczne, wzmacniacze operacyjne Zadanie W układzie jak na rysunku wyznaczyć prąd kolektora I C oraz napięcie kolektoremiter CE dla tranzystora, przy trzech wartościach rezystancji R : a) R =kω, b) R =5kΩ, c) R =3kΩ, jeżeli wzmocnienie prądowe tranzystora w stanie aktywnym jest równe β=i C /I B =8. Założyć, że napięcie baza-emiter przy dodatniej polaryzacji tego złącza wynosi BE =,7V, natomiast napięcie kolektor-emiter tranzystora, gdy jest on w stanie nasycenia, wynosi CEsat=,V. R kω R I C R C 3Ω CE CC V Zadanie W układzie jak na rysunku wyznaczyć prąd kolektora I C, jeżeli wzmocnienie prądowe tranzystora w stanie aktywnym jest równe β=i C /I B =. Założyć, że napięcie baza-emiter przy dodatniej polaryzacji tego złącza wynosi BE =,7V, natomiast napięcie kolektor-emiter tranzystora, gdy jest on w stanie nasycenia, wynosi CEsat =,V. R kω I C R C 3Ω R 5kΩ R E 5Ω CC 5V Zadanie W układzie jak na rysunku określić, dla jakiego zakresu wartości rezystancji R C, tranzystor jest w stanie aktywnym. Przyjąć, że wzmocnienie prądowe tranzystora w stanie aktywnym jest równe β=i C /I B =6. Założyć, że napięcie baza-emiter przy dodatniej polaryzacji tego złącza wynosi BE =,7V, natomiast dla stanu nasycenia napięcie kolektor-emiter tranzystora jest mniejsze niż CEsat =,4V. I C R 5kΩ R C R 5kΩ R E kω CC V

5 Zadanie 3 W układzie jak na rysunku określić, dla jakiego zakresu wartości rezystancji R E, tranzystor jest w stanie aktywnym. Przyjąć, że wzmocnienie prądowe tranzystora w stanie aktywnym jest równe β=i C /I B =5. Założyć, że napięcie baza-emiter przy dodatniej polaryzacji tego złącza wynosi BE =,7V, natomiast dla stanu nasycenia napięcie kolektor-emiter tranzystora jest mniejsze niż CEsat =,4V. R 5kΩ R C 5Ω R 5kΩ R E CC V Zadanie 4 W układzie jak na rysunku zastosowano diodę LE, która daje wyraźne światło przy prądzie 5 ma, natomiast maksymalny dopuszczalny prąd wynosi ma. Spadek napięcia na diodzie przy prądzie o wartości mieszczącej się w tym przedziale wynosi ok.,6 V. Określić zakresu wartości rezystancji R oraz R, dla których dioda będzie generowała wyraźnie widoczne impulsy świetlne. Przyjąć, że wzmocnienie prądowe tranzystora w stanie aktywnym jest równe β=i C /I B =8. Założyć, że napięcie baza-emiter przy dodatniej polaryzacji tego złącza wynosi BE =,7V, natomiast dla stanu nasycenia napięcie kolektor-emiter tranzystora jest mniejsze niż CEsat =,4V. R u [V] CC 5V,4 u R 3 t [s] Zadanie 5 W układzie jak na rysunku wyznaczyć stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego.

6 Zadanie 6 W układzie jak na rysunku wyznaczyć stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego. R 3 R 4 R 7 R 8 R R6 R R 5 Zadanie 7 W układzie jak na rysunku wyznaczyć stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego w funkcji parametru x=ωrc. Zadanie 8 W układzie jak na rysunku wyznaczyć stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego w funkcji parametru x=ωrc.

7 Rozwiązania i odpowiedzi Zadanie Rozwiązanie: Podana charakterystyka diody Zenera składa się z trzech odcinków: A, B i C. la każdego z nich można sformułować równanie, wyrażające zależność napięcia od prądu: I [ma] 5 B A [V] C A: =, B: =, C: = +5, gdzie oraz oznaczają odpowiednio napięcie i prąd diody Zenera, strzałkowane tak jak przedstawiono na rysunku w treści zadania. Z równań tych wynikają następujące schematy zastępcze zlinearyzowane: A: B: C: Z Ω 5 Ω V gdzie rezystancja występująca w schemacie zastępczym zlinearyzowanym jest równa rezystancji dynamicznej diody Zenera na danym odcinku jej charakterystyki, a wartość napięcia źródłowego jest równa współrzędnej napięciowej punktu przecięcia odcinka charakterystyki diody (lub prostej, będącej jego przedłużeniem) z osią napięcia. Zadanie Rozwiązanie: Narzucony w zadaniu zakres napięcia obejmuje dwa odcinki charakterystyki diody Zenera. la napięć z zakresu 8 V V rezystancja dynamiczna diody jest nieskończenie wielka dioda nie przewodzi, stąd otrzymujemy schemat: Ω 4 V R z którego wyznaczamy wartość napięcia, która zgodnie z warunkami zadania musi być nie mniejsza niż 8 V: 4 R = 8 V + R

8 co po rozwiązaniu nierówności daje warunek dla R : R 5 Ω. la napięć z zakresu V V rezystancja dynamiczna diody jest równa Ω, charakterystyka przecina oś napięć w punkcie o współrzędnej V, więc uwzględniając schemat zastępczy zlinearyzowany diody otrzymujemy obwód: Ω Ω 4 V V R Korzystamy z twierdzenia Thevenina, tzn. wycinając R z obwodu, obliczamy parametry E T i R T zastępczego źródła napięciowego. Po obliczeniach uzyskujemy E T =,333 V, R T =6,667 Ω. W utworzonym w ten sposób schemacie zastępczym: 6,667 Ω,333 V R wyznaczamy wartość napięcia, która zgodnie z warunkami zadania musi być nie większa niż V:,333 R = V 6,667 + R co po rozwiązaniu nierówności daje warunek dla R : R 6 Ω. 5 Ω R 6 Ω. Zadanie 3 3 Ω R 46,5 Ω. Zadanie 4 = I dla < 5 V, = 5,74 4,76 I dla > 5 V. Zadanie 5 [V] = 5,75 dla 4 V V, = 5,833 dla V < V, =,333 dla V < 4 V ,67-3,33 4 [V]

9 Zadanie 6 [V] = 6 + I dla V, = I dla V <,4 V, =,7+ I dla >,4 V. -,6,4,7 I [A] - Zadanie 7 [V] = I dla,4 V, =,7+5 I dla >,4 V.,4,4 I [A] Zadanie 8 Wykres przedstawiono na rysunku; przebiegi prądu i napięcia są identyczne, różnią się tylko skalą. u [V] 9,5 e [V] i [A],95 -T/4 3T/4 T/4 T/ T 5T/4 - - e u,i -, t Zadanie 9 Wykres przedstawiono na rysunku. e [V] u [V] e u,5 T/ T 3T/ t -5

10 Zadanie a) I C =, CE =V; b) I C =6mA, CE =,V; c) I C =3,7mA, CE =,V. Zadanie I C =4,mA. Zadanie R C <,3kΩ. Zadanie 3 R E >,3kΩ. Zadanie 4 5 Ω < R < 6 Ω, 6,8 kω < R < 7, kω, Zadanie 5 R R + R R + R R R R =. 3 Zadanie 6 R6 ( R R3 RR4 )( R R ( R + R )( R 7 3 R + R + R ) ) 7 =. Zadanie 7 B A + x = x Zadanie 8 + x =. x + 4 x