Zadania z podstaw elektroniki. Zadanie 1. Wyznaczyć pojemność wypadkową układu (C1=1nF, C2=2nF, C3=3nF):

Transkrypt

1 Zadania z podstaw elektroniki Zadanie 1. Wyznaczyć pojemność wypadkową układu (C1=1nF, C2=2nF, C3=3nF): Układ stanowi szeregowe połączenie pojemności C1 z zastępczą pojemnością równoległego połączenia pojemności C2 i C3. Wzór potrzebny do obliczenia Cw ma postać: Odp.: Pojemność wypadkowa obwodu wynosi 5/6 nf. Zadanie 2. Wyznaczyć ładunki elektryczne w Kulombach (C) oraz napięcia elektryczne na okładkach kondensatorów układu po ich naładowaniu (w stanie ustalonym). Dane: E=10V, C1=1F, C2=2F. Szukane: Q1, Q2, U1, U2. Napięcie na Cw jest równe E. Za wzoru definicyjnego pojemności elektrycznej:

2 Ładunek całkowity Q jest równy sumie ładunków na kondensatorach (Q1+Q2). Ale przy połączeniu szeregowym Q1 = Q2. Gdyby tak nie było musiałoby to wywoływać przepływ prądu z miejsca gdzie jest ładunku więcej do miejsca gdzie jest go mniej. Ponieważ stan jest ustalony, to Q1 = Q2 i na każdym z kondensatorów jest połowa ładunku całkowitego Q. Zadanie 3. Zakładając brak sprzężenia magnetycznego pomiędzy cewkami indukcyjnymi wyznaczyć wypadkową indukcyjność dla przypadków: połączenia szeregowego a) oraz równoległego b). Dla przypadku a): Dla przypadku b):

3 Zadanie 4. Wyznaczyć częstotliwość rezonansową obwodu szeregowego i równoległego. Dane: R=1kohm, L=1nH, C=1nF. W obu przypadkach częstotliwość rezonansowa jest identyczna i obliczana ze wzoru Thomsona (lorda Kelvina), rezystancja nie ma wpływu na tę częstotliwość: Zadanie 5. Wyznaczyć natężenia prądów płynących przez diody krzemowe D1 i D2. Dane: E=10V, R=10 Z racji ww. połączenia, do wyższego potencjału źródła dołączona jest warstwa p diody D1 ona jest w stanie przewodzenia, dioda D2 zablokowana (w stanie wstecznym lub zaporowym). Napięcie na przewodzącej diodzie Si wynosi ok. 0,65V, dioda zablokowana nie przewodzi prądu (czyli od razu wiadomo, że I2 = 0 A). Natężenie prądu przewodzenia diody D1 oblicza się z prawa Ohma według wzoru:

4 Zadanie 6. Czerwona dioda świecąca ma sygnalizować obecność napięcia zasilania U=12V. Dobrać wartość rezystora R, aby prąd płynący przez diodę miał natężenie 20mA. Napięcie na przewodzącej diodzie czerwonej wynosi 2,4V. Dane: U=12V, Ud=2,4V Zgodnie z prawem Ohma (lub II prawem Kirchhoffa): Ze względów praktycznych (nie jest dostępny rezystor o wyliczonej wartości 480 ) należy wybrać popularną większą wartość 510. Spowoduje to nieznaczne zmniejszenie prądu diody, także jasności jej świecenia. Zadanie 7. Obciążenie o rezystancji R2=1k ma być zasilane stabilizowanym napięciem równym 9V. Dobrać rezystor R1, aby prąd diody Zenera wynosił maksymalnie 20mA. Napięcie na obciążeniu równe jest napięciu Zenera Uz. Prąd obciążenia I2 jest równy: Jeśli I1=20mA, a I2=9mA, to zgodnie z I prawem Kirchhoffa: I = I1 + I2 = 29mA. Zgodnie z II prawem Kirchhoffa: 103

5 Najbliższa, większa wartość z głównego szeregu rezystorów wynosi 120. Spowoduje ona nieznaczne zmniejszenie prądu I, nie wpłynie to istotnie na zmianę warunków pracy diody Zenera. Zadanie 8. Tranzystor krzemowy npn o współczynniku wzmocnienia prądowego =100 pracuje w układzie wzmacniacza akustycznego o wspólnym emiterze. Zaprojektować układ wzmacniacza nie przekraczając maksymalnego prądu kolektora równego 20mA. Wartości kondensatorów C1 i C2 nie podlegają aktualnie analizie, separują one tranzystor od innych obwodów oraz wpływają na charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza. Jeśli wzmacniacz ma pracować liniowo (nie wprowadzać zniekształceń), to najlepiej by napięcie CE (kolektor-emiter) było równe połowie napięcia zasilania, czyli tu 6V. Brakujące do 12V napięcie odłoży się na rezystorze R1. Jeśli maksymalny prąd kolektora ma wynieść 20mA, to jego wartość wtedy wyniesie: (w szeregu jest taka wartość) Rezystor R2 polaryzuje bazę, czyli czyni przewodzenie złącza baza-emiter (BE). Ponieważ: Prąd ten płynie przez szeregowo połączony rezystor R2 i złącze krzemowe pn w kierunku przewodzenia. Napięcie na rezystorze R2 jest równe różnicy napięcia zasilania 12V i napięcia na przewodzącym złączu pn równe 0,65V, czyli 11,35V. Wartość rezystora R2 z prawa Ohma: = 56,75k Najbliższa, większa wartość z podstawowego szeregu rezystorów wynosi 62k. Zmniejszy ona nieznacznie prąd bazy i w efekcie kolektora (tranzystor będzie mniej obciążony). Wyżej pokazane obliczenia są przybliżeniem, które wymaga zwykle praktycznej niewielkiej korekty punktu pracy tranzystora.