Gr.A, Zad.1. Gr.A, Zad.2 U CC R C1 R C2. U wy T 1 T 2. U we T 3 T 4 U EE

Transkrypt

1 Niekóre z zadań dają się rozwiązać niemal w pamięci, pamięaj jednak, że warunkiem uzyskania różnej od zera liczby punków za każde zadanie, jes przedsawienie, oprócz samego wyniku, akże rozwiązania, wyjaśniającego jak en wynik orzymano i zawierającego ewenualne wyniki pośrednie. O ile nie podano inaczej, we wszyskich zadaniach należy przyjąć U BEP 0 7V, β DC, β AC. W żadnym zadaniu nie brakuje danych - w razie porzeby proszę przyjąć niezbędne uproszczenia. Za każde zadanie można dosać maksymalnie 2 pk. Gr.A, Zad. C E C We wzmacniaczu pokazanym na rysunku ( C kω, O 2kΩ, E C 0V) ranzysor pracował w punkcie pracy U CE 6V, I C ma. Zmieniono ylko rezysor C, ak aby wzmocnienie napięciowe zwykłe układu wzrosło dwukronie. Jaki jes nowy punk pracy ranzysora? g C T C 2 E g 2 C E O Żeby wzmocnienie napięciowe zwykłe wzrosło dwukronie, musi dwukronie wzrosnąć rezysancja L O C 2 3kΩ. Nowa warość L będzie więc równa 4 3kΩ. Skorzysajmy z zależności: L C O. W akim razie C L O 3 4mS 2mS 4mS, z czego wynika C 4kΩ. Prąd kolekora nie ulega zmianie (jeśli zaniedbamy efek Early ego, o nie zależy on od C, o ile ylko ranzysor jes akywny). W akim razie zmieni się spadek napięcia na rezysancji C. Poprzednio był on równy ma kω V, a eraz będzie równy ma 4kΩ 4V. Spadek napięcia na C wzrośnie więc o 3V i o yle samo spadnie napięcie U CE. Nowa warość U CE będzie więc równa 3V. Osaecznie orzymujemy nowy punk pracy: U CE 3V, I C ma. Gr.A, Zad.2 C C2 We wzmacniaczu różnicowym pokazanym na rysunku ( C C2 2kΩ, 5V, 5V, 4 3kΩ) zmniejszono dwukronie rezysancję. Jak zmieni się wzmocnienie układu ( - dla składowych zmiennych)? Co sałoby się, gdyby zmniejszono dziesięciokronie? T T 2 T 3 T 4 Zmiana rezysancji powoduje zmianę prądu serującego lusrem prądowym. Dwukrone zmniejszenie ej rezysancji spowoduje dwukrony wzros ego prądu, a co za ym idzie dwukrony wzros ranskondukancji ranzysorów i wzmocnienia. Isnieje u jednak pewne niebezpieczeńswo: Gdy rośnie prąd emierów, rosną akże prądy kolekorów obu ranzysorów, w związku z czym maleją napięcia na kolekorach - grozi o nasyceniem ranzysorów pary różnicowej. Musimy zbadać, czy dwukrone zmniejszenie spowoduje nasycenie T i T 2 (ineresuje nas środkowy punk charakerysyki: U B UB2 0V). Począkowy prąd emierów jes równy:

2 5V I EE 0 7V 4 3kΩ ma. Po dwukronym zmniejszeniu prąd wzrośnie do 2 ma. W środkowym punkcie prąd en dzieli się równomiernie między oba ranzysory: I C I C2 ma. W akim razie napięcie na kolekorach będzie równe: U C U C2 I C C 5V ma 2kΩ 3V. Tranzysory nie są nasycone, więc wzmacniacz pracuje prawidłowo i wzmocnienie wzrośnie dwukronie. Gdyby zmniejszyć dziesięciokronie, I EE wzrósłby do 0 ma. Wówczas uzyskalibyśmy w środkowym punkcie U C U C2 5V 5mA 2kΩ 5V, co jes oczywiście niemożliwe przy zerowych napięciach na bazach - ranzysory nasycą się i wzmacniacz przesanie działać. Gr.A, Zad.3 C C T T 2 2V 2V 0V Wzmacniacz różnicowy o schemacie pokazanym na rysunku wzmacnia sygnał rójkąny o posaci pokazanej na górnym wykresie. Na wyjściu uzyskano przebieg pokazany na dolnym wykresie. Wiedząc, że C ma warość kω, wyznacz, i. 6V 5V Dla ujemnych napięć na wejściu ranzysor T jes zakany i napięcie na wyjściu jes równe. Wynika z ego, że jes równe 0V. Dla dodanich napięć na wejściu, na granicy srefy przełączania, obserwujemy 6V. Pozwala o wyznaczyć I EE. Ponieważ w ym punkcie cały prąd I EE płynie przez ranzysor T i 0V rezysor C, orzymujemy: I 6V EE kω 4mA. (Uwaga! Przyjmujemy u, że możemy zaniedbać zmianę pradu I EE spowodowana fakem, że U WE U B 0V). Osani fragmen przebiegów - dla napięć znacznie większych od zera pozwala nam wyznaczyć. W ym zakresie nachylenie charakerysyki przejściowej wzmacniacza jes równe C. Z naszych wykresów wynika, że w ym zakresie zmianie o 2V (znów przyjmujemy, że srefa przełaczania jes bardzo waska) odpowiada zmiana o V. W akim razie C 2, co przy C kω oznacza 2kΩ. Mając I EE i wyznaczamy U BEP I EE 0 7V 2kΩ 4mA 8 7V. Gr.A, Zad.4 Jaką charakerysykę częsoliwościową będzie miał układ pokazany na rysunku? Czy będzie on działał prawidłowo? Jeśli nie o dlaczego? Proszę poprawić układ i naszkicować asympoyczne charakerysyki częsoliwościowe przed i po poprawce. C Zbadajmy jaką ransmiancję miałby badany układ, gdyby działał poprawnie. Jeśli dwójniki worzące obwód sprzężenia zwronego oznaczymy Z i Z 2, ak jak na poniższym rysunku, o wzmocnienie układu będzie równe: k u f Z Z 2. Zbadajmy zależność impedancji Z 2 od częsoliwości. Dla małych częsoliwości dominuje impedancja pojemności: Z jωc. Dla dużych częsoliwości ( f 2πC ) dominuje impedancja rezysora: Z 2. W całym zakresie częsoliwości impedancja Z będzie równa. Podsawiając e warości do wzoru na wzmocnienie orzymamy dla f 2πC : k u f 2π jωc, a dla f 2πC : k u f 2. Osaecznie orzymujemy przebieg k u f f pokazany linią ciągłą na wykresie: (Jeśli uwzględnimy skończone pasmo wzmacniacza operacyjnego, o możemy

3 spodziew ać się dodakowego załamania charakerysyki - linia kropkowana) k u We Z 2 Wy db/dek. Z 2 f 2πC00 2πC Niesey układ aki nie będzie działał ponieważ nie ma w nim ujemnego sprzężenia zwronego dla składowej sałej. Możemy o osiągnąć, dołączając rezysor równolegle do pojemności C (oznaczmy go 2. Spowoduje o oczywiście, ograniczenie wzrosu impedancji Z 2 dla małych częsoliwości i załamanie charakerysyki poniżej częsoliwości 2π 2! C. Zakładamy, że nachylony odcinek charakerysyki powinien mieć pewną rozsądną długość (na przykład dwie dekady), oznacza o, że: 2π 2! C 00 2πC, skąd wynika: 2 00, czyli Osaecznie układ po poprawkach będzie miał asympoyczną charakerysykę częsoliwościową zaznaczoną na powyższym wykresie linią przerywaną Gr.B, Zad. g C E C C T C 2 We wzmacniaczu ranzysorowym WE, pokazanym na rysunku ( C kω, O 2kΩ, C C E ) o dolnej częsoliwości granicznej decydowała pojemność C 2. Zmieniono ylko rezysor C, ak aby wzmocnienie wzrosło,5-kronie. Jak rzeba zmienić C 2, aby dolna częsoliwość graniczna pozosała aka sama.? E g 2 C E O Żeby wzmocnienie napięciowe zwykłe wzrosło,5-kronie, yle samo razy musi wzrosnąć rezysancja L O C 2 3kΩ. Nowa warość L będzie więc równa kω. Skorzysajmy z zależności: L C O. W akim razie C L O ms 2mS 2mS, z czego wynika C 2kΩ. Nie mamy danych pozwalających sprawdzić, czy po akiej zmianie ranzysor nie nasyci się, zakładamy więc, że nie. O dolnej częsoliwości granicznej decyduje sała czasowa pojemności C 2 τ C2 C 2 " C O#. Pierwona warość ej sałej była równa τ C2 C 2 3kΩ. Nowa warość ej sałej jes równa: τ C2 C 2 4kΩ. Ponieważ sałe e mają być równe, orzymujemy: C 2 4kΩ C 2 3kΩ, co jes równoważne równości: C 2 C Nowa warość C 2 powinna być więc równa rzem czwarym sarej warości.

4 Gr.B, Zad.2 C C2 We wzmacniaczu różnicowym, pokazanym na rysunku ( 5V, C C2 kω, 2kΩ, 5V) zmieniono napięcie zasilające na -0V. Jak zmieni się wzmocnienie układu ( - dla składowych zmiennych)?. Co sałoby się, gdyby obniżyć do -30V? T T 2 Zmiana napięcia powoduje zmianę prądu emierów, a przez o proporcjonalną zmianę wzmocnienia. Pierwona warość prądu emierów jes równa: I U BEP 4$ 3V EE 2kΩ 2kΩ 2 5mA Po zmianie napięcia na -0V, nowa warość I EE będzie równa: U BEP 9$ 3V I EE 2kΩ 2kΩ 4 65mA. Wzmocnienie wzrośnie więc I EE I EE % 2 6 razy, o ile ranzysory się nie nasycą. Zbadajmy, jakie będą napięcia U C dla 0V. Prądy kolekorów są wówczas równe: I C IC2 4 65mA mA, więc napięcia na kolekorach będą równe: U C U C2 I C C 5V 2 325mA kω 2 675V, Gdyby obniżono do -30V, prąd emiera wzrósłby do warości I & U BEP 29$ 3V EE 2kΩ 2kΩ 4 65mA. Prądy kolekorów dla 0V będą wówczas równe 7,325V, a napięcia na kolekorach (przy założeniu akywności ranzysorów) byłyby równe: U C U C2 I C C 5V 7 325mA kω 2 325V, co czywiście jes niemożliwe - ranzysory nasycą się i wzmacniacz nie będzie działał prawidłowo. Gr.B, Zad.3 Jaką charakerysykę częsoliwościową będzie miał układ pokazany na rysunku? Czy będzie on działał prawidłowo? Jeśli nie o dlaczego? Proszę poprawić układ i naszkicować asympoyczne charakerysyki częsoliwościowe przed i po poprawce. 0C C Zbadajmy jaką ransmiancję miałby badany układ, gdyby działał poprawnie. Jeśli dwójniki worzące obwód sprzężenia zwronego oznaczymy Z i Z 2, ak jak na poniższym rysunku, o wzmocnienie układu będzie równe: k u f Z Z 2. Zbadajmy zależność impedancji Z od częsoliwości. Dla małych częsoliwości dominuje impedancja pojemności: Z % jω0c. Dla dużych częsoliwości ( f 2π0C ) dominuje impedancja rezysora: Z %. W całym zakresie częsoliwości impedancja Z 2 będzie równa jωc. Podsawiając e warości do wzoru na wzmocnienie orzymamy dla f ' 2π0C : k u f 0C C, a dla f 2π0C : k u f jωc. Osaecznie orzymujemy przebieg k u f " f # pokazany linią ciągłą na wykresie: ( ( k u We Z 2 Wy 20 db/dek. -20 db/dek. Z f 2π0C00 2π0C

5 Niesey ) układ aki nie będzie działał ponieważ do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego nie będzie dopływał prąd sały. Konieczne jes akże zapewnienie sprzężenia zwronego dla składowej sałej. Możemy o osiągnąć, dołączając rezysor równolegle do pojemności C (oznaczmy go. Spowoduje o oczywiście, ograniczenie wzrosu impedancji Z dla małych częsoliwości i załamanie charakerysyki poniżej częsoliwości 2π C. Zakładamy, że poziomy odcinek charakerysyki powinien mieć pewną rozsądną długość (na przykład dwie dekady), oznacza o, że: 2π C 00 2π0C, skąd wynika: 000. Osaecznie układ po poprawkach będzie miał asympoyczną charakerysykę częsoliwościową zaznaczoną na powyższym wykresie linią przerywaną Gr.B, Zad. 4 50mV * 2V V 0+ 45V 0+ 05V 0V * 0+ 5V µs + 75µs Wzmacniacz o schemacie pokazanym na rysunku wzmacniał sygnał pokazany na lewym wykresie. Przebieg wyjściowy pokazany jes na prawym wykresie. Wiedząc że wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego pracującego z owarą pęlą sprzężenia zwronego jes równe V/V, wyznacz pasmo wzmacniacza operacyjnego (nie układu wzmacniacza, ale samego wzmacniacza operacyjnego bez sprzężenia zwronego) i warość S. Uwaga! Przebiegi zosały wykreślone bez zachowania skali, posłuż się warościami liczbowymi podanymi na wykresach Bezpośrednio z wykresów daje się odczyać czas narasania odpowiedzi na mały skok napięcia: τ n 75µs. Pozwala on wyznaczyć górną częsoliwość graniczną wzmacniacza ze sprzężeniem zwronym: f g f 0 35 τ n 200 khz. Częsoliwość a jes yle razy większa od częsoliwości granicznej samego wzmacniacza operacyjnego, ile razy wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwronym jes mniejsze od wzmocnienia samego wzmacniacza operacyjnego. Wzmocnienie naszego układu jes równe: k u f 9 0V V. Osaecznie orzymamy więc: k f g f u f 0 g f k u 200kHz Hz. Dla wyznaczenia S wykorzysujemy odpowiedź układu na duży skok napięcia. Napięcie wyjściowe wzmacniacza zmienia się u z maksymalną możliwą prędkością, odpowiadającą warości S. W związku z ym możemy wyznaczyć S bezpośrednio z wykresu, jes ona równa 0 5V µs.