EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody II stopnia

Transkrypt

1 EOELEKTA Ogólnopolsk Olimpid Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej ok szkolny 204/205 Zdni dl grupy elektronicznej n zwody stopni Zdnie Dl diody półprzewodnikowej, której przeieg chrkterystyki prądowo-npięciowej jest opisny równniem Schockley oliczyć: rezystncję sttyczną diody, rezystncję dynmiczną r d, wrtości npięci polryzującego diodę *, dl której prąd płynący przez diodę osiągnie wrtość * =0,5*, wiedząc, że diod jest spolryzown npięciem =0,6V, prąd nsyceni złącz st =7,95pA, współczynnik korekcyjny złącz n=, potencjł termodynmiczny złącz T posid wrtość 25,8mV. Odpowiedź: Do oliczeni rezystncji sttycznej nleży oliczyć prąd diody. Prąd diody oliczmy z równni Schockley: 0,6 nt 2 0,0258 st 7,950 e e 0,A ezystncję sttyczną wyznczmy z prw Ohm: 0,6 6 0, ezystncj dynmiczn r d jest odwrotnością konduktncji dynmicznej: 3 T 25,8 0 r d 0,258 2 g 0 7,950 d st Do oliczeni npięci zsiljącego * spełnijącego wrunek, że * =0,5* ponownie wykorzystujemy równnie Schockley. Po przeksztłceniu równni otrzymujemy, że npięcie * wynosi: 2 * 0,5 st 3 0,5 0, 7,950 T ln 25,8 0 ln 0,582V 2 st 7,95 0 Zdnie 2 Dl ukłdu prostownik dwupołówkowego pokznego n rysunku 2, - oliczyć wrtości średnie npięci i prądu, wskzne przez mierniki 2, 2, 22, 2 ; - nrysowć przeiegi czsowe npięć i prądów u 2, u 22, u D, u D2, u 2, i 2, i 22, i 2 ; zkłdjąc, że mierniki ( A =0, V = ) i diody D, D 2 są elementmi idelnymi. Npięcie zsiljące trnsformtor o przekłdni npięciowej = / 2 =0 posid wrtość opisną zleżnością: u =325sin(t)V. zwojenie wtórne trnsformtor posid konfigurcję symetryczną ( 2= 22 = 2 /2). Trnsformtor zsil odiornik o rezystncji =00.

2 ud i2 V2 D u u2 u2 i2 A2 u22 A22 u2 V2 i22 D2 ud2 ys.2. kłd prostownik dwupołówkowego ozwiąznie: Z przekłdni trnsformtor zsiljącego prostownik oliczmy mplitudę npięci u 2mx strony wtórnej: u 2mx u 0 mx ,5V 0 Amplitudy npięć u 2mx orz u 22mx wynoszą: u 2mx u 22mx 0,5 u2mx 0,5 32,5 6,25V Amplitudy prądów i 2mx orz i 22mx wynoszą: i 2mx i 22mx u 2mx 6,25 0,625 A 00 Przez odiornik przepływją prądy i 2mx orz i 22mx. Prąd odiornik i 2 jest sumą geometryczną prądów i 2 orz i 22 przy czym mplitud prądu i 2mx jest identyczn jk prądów i 2mx orz i 22mx. i 2mx i 2mx i 22mx 0,625A Wrtość mksymln npięci n diodzie u Dmx =u D2mx =u 2mx =32,5V. Wrtość średnią przeiegów prądów (orz npięć) oliczmy z zleżności: v T it d t (lu wykorzystując znne zleżności zleżność pomiędzy wrtością średnią T 0 mksymlną przeiegów okresowych sinusoidlnych prostowników dwupołówkowych orz jednopołówkowych).

3 Amperomierz A mierzy wrtość średnią półokresową prądu i 22 któr wynosi: 0,625 22v 22mx 0,057 A i Amperomierz A2 mierzy wrtość średnią pełnookresową prądu i 2, któr wynosi: 2 2 i 2 mx 2 0,625 0,034 A Woltomierz V mierzy wrtość średnią półokresową npięci u D któr wynosi: 32,5 Dv Dmx 0,34 V u Woltomierz V2 mierzy wrtość średnią pełnookresową npięci u 2 któr wynosi: 2 2 6,25 2v 2 mx 0,34 V u Przeiegi czsowe u 2, u 22, u D, u D2, u 2, i 2, i 22, i 2 pokzno n rysunkch.

4 Zdnie 3 N rysunku x pokzno ukłd sterownik diody świecącej LED. Dorć wrtości rezystorów B, tk, y przy npięciu WE =5V nstąpiło zświecenie diody. Złożyć, że =,6V, =30mA, ES =0,2V, BE =0,7V, =5V, =00. LED B B WE ys.3. Sterownik diody LED ozwiąznie: Dl zpewnieni stilnej prcy sterownik tzn. kiedy intensywność świeceni diody nie ędzie zleżł od wrtości wzmocnieni trnzystor, powinien on prcowć w stnie nsyceni po podniu npięci wejściowego WE =5V. W tkim przypdku: ES ezystncj wynosi: ES 5,6 0, ,03 Prąd zy B wyznczmy z zleżności: B WE B BE Ay ył spełniony wrunek prcy w nsyceniu to wrunek n określenie wrtości rezystncji B, któr wynosi: B M. To pozwl określić B WE BE 5 0,7 00 4,3 k 0,03 Zdnie 4 Nrysuj chrkterystykę przejściową ukłdu zudownego z wykorzystniem wzmcnicz opercyjnego, przedstwionego n rysunku 4. Jką pełni on funkcję? W rozwżnich

5 złożyć, że wzmcnicz opercyjny jest ukłdem idelnym orz = 2. Przyjąć, że npięci przewodzeni ou diod D, D 2 posidją wrtość,2v. D 2 D 2 _ we + wy ys.4. kłd ze wzmcniczem opercyjnym ozwiąznie: N rysunku zostł przedstwiony ukłd ogrnicznik. Dl npięć w zkresie od -,2V do,2v diody nie przewodzą, sygnł wejściowy jest przesyłny n wyjście ukłdu ze wzmocnieniem określonym stosunkiem rezystncji 2 i ze znkiem ujemnym, poniewż ukłd jest zudowny n zie wzmcnicz odwrcjącego. Dl npięć poz tym przedziłem w zleżności od znku npięci wejściowego przewodzi określon diod, powodując tym smym ocięcie npięci n poziomie npięci przewodzeni diody (,2V). hrkterystyk przejściow zostł przedstwion n rysunku poniżej wy,2v K = 2 =- -,2V,2V we -,2V

6 Zdnie 5 N rysunku 5 zostły schemtycznie przedstwione liczniki modulo 2, modulo 5 i modulo 8. mod 2 P mod 5 P mod 8 P Q A Q Q B Q A Q Q B Q A ys. 5. Liczniki modulo 2, 5 i 8 Q A QB,, Q wyjści dnych P - wejście sterujące - wejście zerujące Z użyciem dwóch różnych, wyrnych spośród liczników przedstwionych n rys. 5 orz odpowiednich funktorów logicznych zuduj ukłd licznik modulo 8. Zudowny licznik powinien liczyć w kodzie nturlnym BD 842. ozwiąznie: Ay uzyskć licznik mod8, nleży szeregowo połączyć ze soą dw liczniki mod5 orz mod8. Ay zudowny licznik zliczł mod8, njwyższym jego wskzniem musi yć licz 7, wrtość 8 powinn zerowć cły licznik. W tym celu wyjści licznik, które mją stn w chwili wystąpieni 8-teg impulsu wejściowego nleży połączyć z wejścimi rmki NAND. Z kolei wyjście tej rmki nleży dołączyć do wejść zerujących ou liczników. Liczę 8 itowo możn zpisć, jko 000 itwo, stąd wejści rmki NAND nleży podpiąć tk jk zostło to przedstwione n rysunku 5.. Ay zudowny licznik zliczł w kodzie nturlnym BD 842, kolejność połączeni ou liczników wchodzących w skłd licznik mod8 powinn yć tk jk zostło to pokzne n rys. x.. W przypdku odwrotnego połączni ou liczników (impulsy wejściowe podwne n wejście zegrowe licznik mod5) uzyskujemy również licznik mod8, le nie ędzie on zliczł w kodzie nturlnym BD 842.

7 mod 5 Q Q B Q A P mod 8 P Q Q B Q A Q Q E Q D Q Q B Q A ys. 5.. Schemt licznik mod8 zudownego w oprciu o dw liczniki mod5 orz mod8 Zdnie 6 N rysunku 6 przedstwiono genertor n wzmcniczu opercyjnym z mostkiem Wien w dodtniej pętli sprzężeni zwrotnego orz z dwom rezystormi: =,5kΩ i 2 w ujemnej pętli sprzężeni zwrotnego. Wrtości pojemności w ukłdzie wynoszą: =0n, =3,3n. Oliczyć wrtości pozostłych elementów genertor dl częstotliwości jego prcy równej f=2khz. Dne: =,5kΩ, =0n, =3,3n, f=2khz 2 _ + wy ys.6. Schemt nlizownego genertor z mostkiem Wien ozwiąznie: W celu dokonni rozwiązni niniejszego zdni nleży przyjąć stłe wrtości stłych czsowych głęzi równoległej i szeregowej w mostku Wien, czyli:

8 () 2 f Z powyższego wynik, że stosunek pojemności w tych głęzich wynosi: 3,03 (2) N podstwie zleżności () nleży wyznczyć wrtość rezystncji : 2 f 7,96k (3) Z kolei wrtość rezystncji wyznczon w oprciu o równnie (2) wynosi:,03 24, k (4) 3 Wrtość rezystncji 2 możn wyliczyć wykorzystując zleżność: ,06 (5) Stąd wrtość rezystncji 2 wynosi:,06 9,09k (6) 2 6