Vysoká škola bá ská - Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky
Elektronika 2.
P íklady P1 až P8
Tutor : Student :
Dr. Ing. Gajdošík Libor Hanus Miroslav [HAN276]
Datum : Forma studia:
kv ten / 2005 kombinovaná
P1. Navrhn
te tranzistorový zdroj proudu s uzem nou (plovoucí) zát ží. Výstupní proud Iz = 2 mA , napájecí nap tí Ucc = 10-15V , zat žovací odpor Rz = 0-2 kΩ. Ur ete teplotní koeficient výstupního proudu Iz / ϑ pro navržené zapojení. Schéma zapojení:
TR: KC506 , h21e = 200, Uce min a max = 2 a 45 [V] , Ube = 0,7 [V] Ucc = 15 [V]
R1 ir1
iz = ic
uz
S2
ib
ir2 R2
Rz
ie S1
Ucc
uce
Re
ue
ešení S2 :
S1:
− U CC + RZ I C + U CE + U RE = 0
− U R 2 + U BE + RE I C = 0
− U CC max + RZ max I C + U CE min + U RE = 0
U R 2 = U BE + RE I C
U RE = U CC max − RZ max I C − U CE min
U R 2 = 0,7 + 3000.0,002 = 6,7 [V ]
U RE = 15 − 2000.0,002 − 2 = 9 [V ] z praxevolí menší − U RE = 6 [V ]
U 6 RE = RE = = 3 [kΩ] IC 0,002
(U BE
Návrh tvrdého d li e (nezávisí na odebíraném proudu). I 0,002 I R1 = 10 až 100.I B IB = C = = 10 [µA] h21E 200
zvolím − I R1 = 0,5 [mA]
I R 2 = I R1 − I B = 0,0005 − 0,00001 = 0,49 [mA]
R2 =
U R 2 U BE + U RE 0,7 + 6 = = = 13,6 [kΩ] I R2 I R2 0,00049
R1 =
U CC max − U BE − U RE 15 − 0,7 − 6 = = 16,6 [kΩ] I R1 0,0005
Teplotní koeficient:
∆I C 1 ∆U R 2 ∆U BE 1 U BE = − =− . ∆ϑ R E ∆ϑ ∆ϑ RE ∆ϑ ∆I C = −
= 0,7 [V ])
1 ∆U RE ∆ϑ RE ∆ϑ
P2. Navrhn
te stabilizátor nap tí se Zenerovou diodou.Vstupní nap tí U1= 15-20V , výstupní nap tí U2 = 9V, odebíraný proud I2 = 0-20 mA . Ur ete výstupní dynamický odpor R výst = U2/ I2 a initel nap tové stabilizace Su = U1 / U2. Navrhn te úpravu zapojení pro zvýšení max. hodnoty odebíraného produ na 200mA. ZD: KZ = 260/9,1 , Iz max = 115 [mA] , Iz min = 50 [mA] , Rz = 3 [Ω] , Pz = 1,3 [W] Schéma zapojení: I1
R1
Iz
Ur1
U1
Uz
ešení R1: U 1 min − U Z 0,2.I Z max + I 2 max I Z max =
I2
ZD
≥ R1 ≥
U 1 max − U 2 I Z max + I 2 min
Rz
U2
15 − 9 20 − 9 ≥ R1 ≥ +0 0,2.0,115 + 0,02 0,115
U 1 max − U 2 20 − 9 = = 95 [mA] R1 115
139,5 ≥ R1 ≥ 95,7
I 1 = I Z max
∆U 1 R1 + RZ 115 + 3 ≅ = = 39,3 RZ ∆U 2 3 Diodu nahradím Rz = 3 p i I 2 = 0 [A] a p i I 2 = 20 [mA] ∆U 2 9 − 8,94 Dyn.odpor: Rvýst = = = 3 [Ω] ∆I 2 0,02
initel nap tové stabilizace: SU =
Pro v tší proudový odb r m žeme použít emitorový sledova s vysokým výkonovým zesílením. Nap . KF508A , I c max = 0,5 A , h21e = 200 Schéma zapojení:
Uce
I1 U1
R1 = 115 [Ω] U2 = Uz - Ube = 9 + 0,7 = 9,7 [V]
Ube
Iz Uz
Ib
pokud ZD : KZ260/10 U2
Ib = I / h21e = 0,2/200 = 1 [mA]
R1 = 115Ω
P3.1. Navrhn
te stejnosm rný zesilova s opera ním zesilova em , který má: a) vstupní odpor Rvst = 47[kΩ], výstupní odpor Rvyst = 600[Ω] , nap.zesílení Au = -10 b) vstupní odpor Rvst = 1[MΩ], výstupní odpor Rvyst = 600[Ω] , nap.zesílení Au = 10 Ur ete maximální rozkmit vstupního signálu U VST PP pro napájecí nap tí zesilova e ± 5 [V ] . a) Schéma zapojení : Rvst
idealní invertující zesilova
R2
Rvst = 47 [kΩ] Rvýst = 600 [Ω] Au = -10
Rvýst
+Ucc U1
U2 -Ucc
AU = −
R2 Rvst
R2 = AU Rvst = 10.47 k = 470 [kΩ]
Zesílení pro idealní invertující zesilova :
R2 Rvst
U AU = − 2 = − U1
R2 Rvst A0
1+ 1+
470k 10 47 k =− =− = −9,9 470k 1,0011 1+ 47 k 1+ 10000
Maximální rozkmit vstupního nap tí: U vst =
b) Schéma zapojení:
idealní neinvertující zesilova
+Ucc
U1
-Ucc Rvst
U cc ±5 = = ±0,5 [V max ] − AU − 10
Rvýst R2 R1
Rvst = 1 [MΩ] Rvýst = 600 [Ω] Au = 10 U2
AU = 1 +
R2 R1
9=
R2 R1
zvolím R 2 = 90 [kΩ]
R1 =
R2 90k = = 10 [kΩ] AU − 1 10 − 1
Zesílení pro idealní neinvertující zesilova :
R2 Rvst
U AU = 2 = U1
R2 Rvst A0
1+ 1+
470k 10 47 k = = = 9,9 470k 1,0011 1+ 47 k 1+ 10000
Maximální rozkmit vstupního nap tí: U vst =
P3.2.Stanovte jaký vliv na výstupní nap
U cc ± 5 = = ±0,5 [V max ] AU 10
tí mají paramatry realného opera ního zesilova e:
Jsou to tyto: Ao = 10 000 (udává zesílení p i nízkých kmito tech) R D = 100 000[Ω] , R0 = 200[Ω] (vstupní a výstupní odpor p i 1kHz) U I 0 = 5 [mV] , I I 0 = 50 [nA]
(nap tová a proudová nesymetrie vstup )
I IB = 100 [nA]
(vstupní klidový proud)
Nahradní schéma pro oba p ípady: Rd R2 R0
I1
U2
Vliv klidového proudu. p i U1 = 0 pro INV OZ U 2 ≈ I IB .R2 = 100n.470 M = 47 [mV ] pro NEINV . OZ U 2 ≈ I IB .RD = 100n.100k =10 [mV ]
R0 vzhledem ke své velikosti 200 [Ω] lze zanedbat
Vliv nesymetrie vstup . p i U1 = 0 pro INV OZ U 2 ≈ I I 0 .R2 = 50n.470 M = 23 [mV ] pro NEINV . OZ U 2 ≈ I I 0 . AU = 50n.10 = 50 [mV ]
P4. Navrhn te st ídavý zesilova s OZ a nesymetrickým napájením. U CC = 9 [V ], který má Rvst = 50 [kΩ] ( f =1 [kHz ]), AU = 1000 ( f = 1 [kHz ]), f d = 20 [Hz ], f h = 20 [kHz ]. Jaký musí mít použitý OZ tranzitní kmito et f T . Ur ete dynamický rozsah vstupního nap tí. Schéma zapojení: Ucc
R1 C3
Zvolím: R1 = R2 =15 [k ] R4 = 2 [k ]
R3
R5
U1 R2
C1
U2
R3 = Rvst = 50 [k ]
R4 C2
ešení: R5 AU =
R5 R4
1000 =
R5 2000
R5 = 2 [MΩ]
1 1 1 C2 = = = 4 [ µF ] 2πR4 C 2 2πR4 f d 6,28.2000.20 1 1 C1 ur uje horní frekvenci zesilova e : C1 = = = 4 [ µF ] 2πR2 f h 6,28.15k .20k
C2 ur uje dolní frekvenci zesilova e : f d =
Tranzitní kmito et : f T = AU .R1 = 1000.15k = 15 [MHz ]
Dynamický rozsah : U vstD =
Vypo tené hodnoty :
U CC 9 = = 9 [mV max ] AU 1000
R1,R2 = 15 [kΩ] R3 = 50 [kΩ] R4 = 2 [kΩ] R5 = 2 [MΩ] f t = 15 [MHz] C1,C2 = 4 [ F]
P5. Navrhn
te aktivní filtr s OZ typu dolní propust, jejíž amplitudová frekven ní charakteristika leží v toleran ním poli: ω 0 = 5 [kHz ], ω1 = 50 [kHz ], Amax = −3 [dB ], Amin = −38 [dB ] α
typ filtru Bessel Butterworth ebyšev
1,732 1,414 0,767
A min
log
10
10 3,8 10 0,3 = log 3162,7 = 1,75 50k 2 log 10 2 log 5k
A max
10
ád dolní propusti typu Butteworth: n ≥
10
2 log
log
10
ω1 ω0
Schéma zapojení DP 2. ádu: C1 R1
U1
Zvolil jsem : R1=R2=1 [kΩ]
R2
C2
U2
pro Butterworth:
C1 =
α 1,414 = ≅ 44 [nF ] 2πω0 R 6,28.5k .1k
Vypo tené hodnoty :
R1 = 1 [kΩ] R2 = 1 [kΩ] C1 = 44 [nF] C2 = 4.4 [nF]
C2 =
α 1,414 = ≅ 4,4 [nF ] 2πω1 R 6,28.50k .1k
P6. Navrhn te RC oscilátor s Wienovým lánkem , který generuje harmonický signál o frekvenci f = 2 [kHz] a amplitud Um = 5 [V]. Oscila ní podmínka: musí neinvertující zesilova zesilovat minimáln t ikrát (A = 3) a zavedena kladná zp tná vazba. Schéma zapojení: R1
C1
Zvolím : R3 = 50 [kΩ] R4 = R3/A = 16,6 [kΩ] C1,2 = 1 [nF]
C2
R3
R2
U2
R4
f =
1 2πRC
R1, 2 =
1 1 = = 79,6 [kΩ] 2πfC 6,28.2k .1n
Oscila ní podmínka :
Vypo tené hodnoty :
R3 R4
R1 C 2 + R2 C1
50k 16,6k
R1,2 = 80 [kΩ] R3 = 50 [kΩ] R4 = 16 [kΩ]] C1,2 = 1 [nF]
79,6k 1 + 79,6k 1
3
2
P7. Navrhn te RC multivibrátor s OZ , který generuje periodický signál o f = 4kHz a rozkmit nap tí na kondenzátoru je Ucpp = 10V. Schéma zapojení: R
C Ucpp
f =
C=
U
R1
U CPP = ±U CC ± U CC =
R2
R1 R1 + R2
R1 = 15 [kΩ], R2 = 30 [kΩ]
zvolím
U CPP 10 = = 30[V ] R1 15k R1 + R2 15k + 30k 1
zlolím − R = 60 [kΩ]
2R 2 RC. ln(1 + 1 ) R2 1 2R f 2 R. ln(1 + 1 ) R2
Vypo tené hodnoty :
=
1 2.15k 4k .2.60k 1 + 30k
R1 = 15 [kΩ] R2 = 30 [kΩ] R = 60 [kΩ]] C = 1 [nF]
= 1[nF ]
P8. Navrhn
te zdroj s dvojcestným usm rnova em a výstupním nap tím U2ss = 9 [V] na zát ži Rz = 18 [Ω] , zvln ní p = 5%. Ur ete požadované parametry vstupního st ídavého nap tí.
Schéma zapojení: I
Iz U1
C
Uz
Rz
U1
IZ =
U SS 9 = = 0,5 [ A] RZ 18
K = 300
C=
K .I Z 300.0,5 = = 3333,3 [µF ] p.U SS 5 0 0 .9
U C = U SS + Max. nap tí na C:
zvolím C = 3300 [µF ]
1 ∆U 2
1 U C = 9 + 0,32 = 9,16 [V ] 2
∆U =
2 p 2 5 . .U SS = . .9 = 0,32[V ] 2 100 2 100
Max. nap tí na diod : U F = 0,7 [V ]
U RRM
U 1 max + U SS = (U SS + ∆U + U F ) + U SS = (9 + 0,32 + 0,7 ) + 9 = 19,02[V ]
Max. proud na diod : I FAV ≅
I Z 0,5 = = 0,25 [A] 2 2
Efektivní hodnota sekundárního nap tí : U 1 =
U 1 max 2
=
10 = 7,07[V ] 1,414
