Elektronika 1. PZH
2014. 11. 07.
Név: Megoldás
Neptun:
1.
2.
3.
Σ
20
20
70
110
1. Ellenütemű végfokozatok: 1.1. Rajzolja le a komplementer tranzisztorokkal felépített „A” osztályú ellenütemű végfokozatot! (5pont)
1.2. Mitől, hogyan függ az „A” osztályú végfokozat optimális munkaponti árama! (5pont) Optimális munkaponti áram: maximális szimmetrikus kivezérelhetőség: UCE+ = UCEazaz: U t − U m = I C0 2R r
⇒
I C0 opt =
Ut − Um 2R f
1.3. Rajzolja le a komplementer tranzisztorokkal felépített „B” osztályú ellenütemű végfokozatot és határozza meg a munkaponti áramot! (5pont) Az áramkör ugyan az mint „A” osztály esetén (lásd 1.1), a munkaponti áram: IC0 = 0 1.4. „B” osztályú végfok esetén, rajzolja fel egy tranzisztor iC(t) áram, uCE(t) feszültség és Ptr(t) teljesítmény-idő függvényeit két periódus hosszan, ha a kimeneten a maximális kivezérelhetőséghez tartozó szinuszos feszültség van! (5pont) ic
i (t) az egyik félperiódusban iC (t) = f 0 a másik félperiódusban
t uCE
uCE(t) = Ut -Rf if(t)
Ut
P(t) = uCE(t) iC(t)
Um
t
P
t
iC1
iC1 -1/ R
Icma Ut
Um
2.
uCE1
t
Az alábbi áramkörben a műveleti erősítő ideális, az ellenállások mind 10 kohm-osak. R2 R1 -
∞
R3
Rg
Rt
+
Uki
Rki
Ube Rbe
2.1
Mely ellenállásoktól, hogyan függ a feszültség erősítés? Uki / Ube = ? (5pont)
2.2
A műveleti erősítőbe áram nem folyik, R3-on is nulla a feszültség (végtelen erősítés), tehát Rg-n sem folyik áram, tehát U+ = U- = Ube. U ki R2 = 1+ U be R1 Rbe = ? (5pont) Tetszőleges Ube esetén Ibe = 0,
2.3
2.4
→
Rbe = ∞
Mi az erősítő kimenő ellenállásának definícója? Rki = ? (5pont) u Rki = ki Ha Ube = 0, akkor tetszőleges Iki esetén is Uki =0 → i ki u be = 0
Rki = 0
Mennyi a kimenő ellenállás (Rki = ? ), ha a műveleti erősítő nem végtelen erősítésű, hanem A=10? (5pont) Az erősítéstől fügetlenül
Rki = 0
3.
Az áramkör paraméterei:
T1,T2: n-csatornás növekményes MOS FET
u −U P i D = I D 00 GS UP
+Ut
ID01
ID02
2
, ID00 = 4 mA, UP = +4 V
R1
R3
Rbe
.
Munkaponti áramok: ID01 = ID02 = 1mA
C1 , C 2 , C 3 → ∞ Ut = +20 V,
.
.
ube R2
T2
T1
C1
R2 = 30 kΩ , R4 = 6 kΩ , R5 = R6 =10 kΩ ,
.
R6
R4
.
Rki C3
uki
R5 C2
Kérdések: 3.1.) Milyen a T1 és T2 tranzisztor alapkapcsolásának típusa?
T1: FS
( 5pont )
T2: FD
3.2.) T1 munkaponti árama mely ellenállásoktól függ?
( 5pont )
ID01 az R1 , R2 , R4 – től függ 3.3.) Mekkorára válasszuk R1 – et, hogy ID01 = 1mA legyen ?
( 5pont )
U S 01 = I D 01 R4 = 1 ∗ 6 = 6 V 2
U −U P −4 U = 4 GS 01 I D 01 = I D 00 GS 01 = 1 → U GS 01 = 6 V UP 4 R2 U G 01 = U t = U GS 01 + U S 01 = 12 V → R1 + R2 2
U 8 20 R1 = R2 t − 1 = 30 − 1 = 301 + − 1 = 20 kΩ 12 12 U G 01 3.4.) Rajzolja fel a növekményess tranzisztorok transzfer és kimeneti karakterisztikáját, feltüntetve az elzáródási tartomány határát és annak egyenletét! (5 pont)
iD
iD ID00
u i D = I D 00 DS UP
2
Ix
Elzáródásos tart.
uGD < UP M
ID0
UP uGS > UP
2UP uGS
u −U P i D = I D 00 GS UP
UDS0
2
UGS0
uDS
3.5.) Rajzolja fel a T1 transzfer karakterisztikájában a munkaegyenest!
(5 pont)
iD1
u −U P i D = I D 00 GS UP
2 mA 1 mA
ID01
2
UG01= uGS1 + iD1 R4 UG01 UP
3.6.) Mekkorára válasszuk R3 – at, hogy ID02 = 1mA legyen ? 2
uGS
12 V
UGS01
( 5pont )
U −UP −4 U = 4 GS 02 I D 02 = I D 00 GS 02 = 1 → U GS 02 = 6 V UP 4 U t = I D 01 R3 + U GS 02 + I D 02 R5
R3 =
2
U t − U GS 02 − I D 02 R5 20 − 6 − 10 = = 4 kΩ I D 01 1
3.7.) Mekkora a T2 tranzisztor záróirányú kivezérelhetősége ( U ki− )? iD2
Re = R5
=10 kΩ Váltóá. munka ell.áll.:
M
ID0
Rv = R5 × R6 = 5 kΩ
+ U DS 2
2
− U ki− = U DS 2 = I D 02 Rv = 1 ∗ 5 = 5 V
UDSh
3.8.) Mekkora a T2 tranzisztor nyitóirányú kivezérelhetősége ( U ki+ )?
U t = U DS 02 + I D 02 R5 →
iD 2
- 1 Rv
IDh
Egyenáramú munka ell.áll. :
( 5pont )
Az elzáródási tart. határa:
UDS02
− U DS 2
( 5pont )
u DS 2 − U DS 02 = − Rv (i D 2 − I D 02 ) iD 2
u = I D 00 DS 2 UP
2
2
Numerikusan: Ezekből:
- 1 Re
U DS 02 = U t − I D 02 R5 = 20 − 10 = 10 V
A váltóáramú munkaegyenes egyenlete:
u DS 2 − 10 = −5i D 2 + 5
2 5u DS 2 + 4u DS 2 − 60 = 0
és
u DS = U DSh =
+ U ki+ = U DS 2 = U DS 02 − U DSh = 10 − 3.08 = 6.91 V
iD 2
2 u DS u DS 2 2 = 4 = 4 4
− 4 + 1216 = 3.09 V 10
u = I D 00 DS 2 UP
Ut
uDS2
2
3.9.) Mekkora T2 disszipációja, ha a kimeneten U ki = 1 V amplitúdójú szinuszjel van?
u ki (t ) = U ki sin ωt
(5 pont)
A váltóáramú egyenes egyenlete: Másrészt :
u ds (t ) = u DS (t ) − U DS 0 = − Rv [i D (t ) − I D 0 ]
u ds (t ) = −u ki (t ) = −U ki sin ωt u
(t ) = U
− U sin ωt
i D (t ) = I D 0 +
U ki sin ωt Rv
DS DS 0 ki Ezekből: A tranzisztoron disszipált teljesítmény a pillanatnyi teljesítmény időátlaga:
Pd = p (t ) = u DS (t )i D (t ) = [10 − sin ωt ][1 + 0.2 sin ωt ] = 10 − 0.2 sin 2 ωt + sin ωt = = 10 −
0 .2 + 0 = 9.9 mW 2
3.10.) Mekkora T2 disszipációja, ha a kimeneten U ki = 1 V amplitúdójú négyszögjel van?
A váltóáramú egyenes egyenlete: u (t ) = −u ki (t ) Másrészt : ds
u ds (t ) = u DS (t ) − U DS 0 = − Rv [i D (t ) − I D 0 ]
i D (t ) = I D 0 +
(5 pont)
1 u ki (t ) Rv
u DS (t ) = U DS 0 − u ki (t ) Ezekből: A tranzisztoron disszipált teljesítmény a pillanatnyi teljesítmény időátlaga:
Pd = p (t ) = u DS (t )i D (t ) = [10 − u ki (t )][1 + 0.2u ki (t )] = 10 − 0.2u ki2 (t ) + u ki (t ) = = 10 − 0.2 + 0 = 9.8 mW 3.11.) Rajzolja le az áramkör váltóáramú, kisjelű helyettesítő képét ( C1 , C 2 , C 3 → ∞ ) ! Adja meg az elemértékeket! ha R1= 20 kΩ és R3 = 4 kΩ ( 5 pont ) id1
Rbe
20 ∗ 30 = 12 kΩ 50 I D0 S1 = S 2 = 2 = 1 mS U GS 0 − U P R12 = R1 × R2 =
3.12.) uki/ube =? , ha S1 = S2 = 1 mS
id2
1/S2 id2
id1 1/S1
ub R12
R3
és R3 = 4 kΩ
Rki
R5
uki
( 5 pont )
u ki R5 × R6 5 20 = (− S1 R3 ) = −1 ∗ 4 =− = −3.33 u be R5 × R6 + 1 / S 2 5 +1 6 3.13.) Rbe =? , ha R1= 20 kΩ, R2 = 4 kΩ és S1=S2= 1 mS
Rbe = R12 = R1 × R2 = 3.14.) Rki =? , ha
S1 = S2 = 1 mS
( 5 pont )
20 ∗ 4 = 3.33 kΩ 24
10 ∗ 1 Rki = R5 × (1 / S 2 ) = = 0.91 kΩ 11
( 5 pont )
R6
