(1) Rezistor, induktor, kondenzátor: lineární/nelineární, parametrický/neparametrický ⇒ čtyři kombinace, jaké, jak je rozpoznáme. Jaká je funkční závislost u(t) na i(t) a obráceně i(t) na u(t) pro všechny tři prvky, jsou-li lineární. R - nesetrvačný, pasivní; C,L - setrvačné, pasivní; zdroje - aktivní (i jako pasivní) C,L,zdroje - mohou být jako spotřebič i jako generátor parametrický - závisí ještě na nějaké parametru s, např. param. R: u(t) = R(s)*i(t) nelineární - základní charakteristika není přímka Rezistor (A-V)
Induktor (Wb-A)
Kapacitor (C-V)
Rezistor 1. nelineární parametrický - plně dán charakteristikou i(t)=i[u(t),s(t)]; di/du diferenciální vodivost, di/ds diferenciální přenos (tranzistor, dioda jako snímač teploty, pozistor(=termistor s kladným koef))
lineární parametrický - i(t) = u(t)*G[s(t)] (vlákno žárovky, fotoodpor, odporový tenzometr, termistor (záporný koef, ne pozistor)) 3. nelineární - i(t) = i[u(t)] (málo! Zenerova dioda s průrazem 5V, běžná dioda) 4. lineární - i(t) = u(t)*G (málo! miniodpory, přesné laboratorní odpory) 2.
Cívka 1.
nelineární parametrická - plně dána charakteristikou Ψ(t)=Ψ[i(t),s(t)]; dΨ/di diferenciální indukčnost, dΨ/ds - diferenciální přenos (elektromagnety, urč. typy bezdotykových snímačů)
2. 3. 4.
lineární parametrická - Ψ(t) = i(t)*L[s(t)] (bezdotykové snímače vzdálenosti a bezdotykové koncové spínače s vf vzduchovou cívkou) nelineární - Ψ(t) = Ψ[i(t)] (mnoho všechny mag. obvody s železem nebo mag. měkkými ferity) lineární - Ψ(t) = i(t)*L (všechny vzduchové cívky)
Kondenzátor 1. nelineární parametrický - plně dán charakteristikou q(t)=q[u(t),s(t)]; dq/du diferenciální kapacita, dq/ds diferenciální přenos (teplotně závislé dielektrické a 2. 3. 4.
feromagnetické materiály; piezoelektrické materiály) lineární parametrický - q(t) = u(t)*C[s(t)] (bezdotykové snímače vzdálenosti a bezdotykové koncové spínače s proměnnou vzáleností mezi elektrodami) nelineární - q(t) = q[u(t)] (parazitní kapacity PN přechodů, varikap) lineární - q(t) = u(t)*C (všechny svitkové a většina keramických kondenzátorů)
(2) Zdroj napětí, zdroj proudu – ideální/neideální, základní vlastnosti. Nakreslete směr napětí a proudu na zdroji v případě, že se chová jako spotřebič, jako zdroj. Nakreslit závislost u na i - ideální, model reálného, reálný. směr u a i stejný když spotřebič, opačný, když zdroj
(3) Nakreslete všechny možné způsoby zapojení parametrického rezistoru jako snímače neelektrické veličiny (napájení zdrojem ss. proudu, zdrojem ss. napětí, součást děliče, součást můstku). Konkrétně předpokládejte např. měření teploty termistorem. U všech zapojení vysvětlete, který elektricky signál je měronosný (napětí nebo proud). a) součást děliče, snímá se U b) napájen proudově, sníma se U c) napájen napěťově, snímá se I d) součást můstku, snímá se U
(4) Lineární přenosový dvojbran: obecný tvar čtyř matic Z, Y, HI, HU. Čtyři nejdůležitější přenosové parametry (pouze vyjmenovat). Umět napsat (bez odvozování) HU transformátoru napětí, HI transformátoru proudu a HI bipolárního tranzistoru (návaznost na otázku č. 9). nejdůležitější parametry: a) Zvst b) Zvýst c) Ku d) KI (přenosová impedance?)
HU transformátoru napětí HU11 : magnetizační "tokotvorný" primární proud HU22 : výstupní indukčnost transformátoru (měřit při zkrat. výstupu) HU12 = HU12 : Ku naprázdno M/L1 (M=vzájemná L); při k→1 (těsný) je to přibližně přenos: N2/N1
HI transformátoru proudu HI22 : magnetizační "tokotvorný" sekundární proud HI11 : vstupní indukčnost transformátoru HI12 = HI12 : KI nakrátko M/L2 (M=vzájemná indukčnost); při k→1 (těsný) je to přibližně přenos: N1/N2
HI bipolárního tranzistoru
(5) Dvanáct základních pravidel pro řešení lineárních obvodů - znát neomylně! a umět je prakticky používat při řešení konkrétních příkladů (vztahy pro transfiguraci hvězda-trojúhelník není nutno znát zpaměti). Pozor na praktickou aplikaci I.KZ a II.KZ v konkrétních obvodech s tranzistory. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
První Kirchhof - suma I je nula Druhý Kirchhof - suma U je nula Ohmův zákon Paralelní kombinace odporů Napěťový přenos děliče Přepočet zdroje napětí a proudu Ideální zdroj napětí - (zkratuje se u Nortona a Thevenina) Ideální zdroj proudu - (odstraní se u Nortona a Thevenina) Theveninova věta - na napěťový zdroj (U = napětí naprázdno na svorkách, R = odpor mezi svorkami) 10. Nortonova věta - na proudový zdroj (I = proud nakrátko na svorkách, G = vodivost mezi svorkami) 11. Superpozice 12. Transfigurace (T→H: Z = součin co vede do uzlu/suma všech; H→T: Z12 = Z1Z2/Z3 + Z1 + Z2
(6) Dolní a horní RC-propust 1. řádu. U obou propustí odvoďte napěťový přenos naprázdno KU(p), KU(ω), |KU(ω)|, φ(ω). Nakreslete v log. souřadnicích |KU(ω)| (včetně asymptot), φ(ω). Nakreslete odezvu na jednotkový skok. Podobně pro jakýkoli mírně složitější RC-dvojbran. mezní kmitočet: 1 / RC; odezvy: RC - rostoucí exp.; CR - klesající exp.
(7) Základní obvodová pravidla pro tranzistor v aktivní oblasti – znát neomylně! a umět je používat v konkrétních situacích, viz např. otázka č. 14. 1. Prahové napětí přechodu BE je (téměř) konstantní - 0,6V při libovolné hodnotě bázového I 2. Tranzistorový zesilovací jev: β = Ic/Ib, h21E = d Ic/d Ib (β = h21E = 100 až 400) 3. Vždy platí Ib + Ic = Ie, Ib je však malý, takže Ic je skoro Ie 4. Uce = Ucb + Ube = Ucb + 0,6V 5. Pro okolní odpory platí samozřejmě Ohmův zákon
(8) Nastavení stejnosměrného pracovního bodu tranzistoru v „libovolné“ situaci nikoli obecně, ale na konkrétních příkladech, viz přednášky a příklady. 1) Volba klidového kolektorového proudu IC (menší proud IC - menší proud, menší zesílení, větší vstupní impedance h11E), většinou volíme 1mA 2) Volba klidového kolektorového napětí UCE (ve střídavě vázaných polovina UCC velký rozkmit; v ss vázaných většinou UBE nebo UCC - UBE), vyšší UCE - mírně vyšší šum, velmi vysoký když se blížíme k průraznému napětí Potom: Střídavě vázaný Výpočet RC a RB:
Stejnosměrně vázaný Proud IC lze volit libovolně, však, UCE bývá často vnuceno navazujícím obvodem. (9) Tranzistor jako linearizovaný dvojbran (návaznost na otázku 4). HI-matice bipolárního tranzistoru. Význam jednotlivých čtyř h-parametrů. Pouze vyjmenujte. HI bipolárního tranzistoru
(10) Zapojení tranzistoru: SE, SE+RE, SC. Znát bez odvození přibližné vztahy pro Zvst, KU,21,Z.
Zapojení SE Zvst = h11E KU = (h21EZ)/(h11E)
Zapojení SE + RE Zvst = h11E + h21ERE KU = Z/RE
Zapojení SC (emitor. sledovač) Zvst = h11E + h21EZ KU = 1
Z je zátěž na výstupu
Z je zátěž na výstupu
Z je zátěž na výstupu
přibl. vztahy jsou velmi zesílení téměř nezávisí na přibl. vztahy velmi přesně přesné při malém Z (často tranzistoru (!), navíc je velké Zvst a malé Zvýst => splněno) velké Zvst impedanční oddělení (jako sledovač napětí u OZ)
(11) Zdroj konstantního proudu s bipolárním tranzistorem. Proud IE je přibližně proud IC, a ten je konstantní. Klesne li proud IE, sníží se napětí na RE, ale Zenerka udržuje stále své napětí, takže se zvýší proud IB, což více otevře tranzistor a UCE se zmenší. Kritická hodnota je UCE = 0 => UZ max = UCC - Ur + 0,6
(12) Bipolární tranzistor ve spínacím režimu (bez antisaturační diody) - výpočet budicího obvodu sestaveného ze dvou odporů (co je cílem výpočtu?) - viz přednášky, příklady a laboratorní úloha. Tranzistor musí být v režimu saturace (tj. UCE << UBE) - UCE chceme cca 0,1V. Tranzistor musí být jen mírně přebuzen (ne méně než 0,1V), kdyby byl moc přebuzen, dlouho by se vypínal. Je přebuzen => IC i IB je tranzistoru vnucen, je tedy vnuceno i zesílení h21E (volíme 30 u výkonových 10). Jakmile jej odpojíme, dojde k odsátí minoritních nosičů přes RBE, tím se zkrátí vypínací doba. Malý RBE = krátká vypínací doba, ale velký budící proud (kompromis).
Návrh budícího obvodu = určení R1, RBE 1. Podle daného IC zvolíme h21E (10 nebo 30)
2. 3. 4. 5.
IB = IC/h21E Volíme malé RBE - když malé, rychle se vypne, ale bude velký budíci proud celk. budící proud - I1 = IB + IRBE = IB + UBE/RBE určíme R1 = (U0 - UBE)/I1
(13) Nastavení pracovního bodu Zenerovy diody, známe-li proud zátěže a zvolený proud Zenerovy diody (podle jakých kritérií proud diodou volíme?). Zadáno: UZ, I2, U1 1. Volíme IZ: musí být nad kolenem a pod max proudem: IK < IZ < Imax 1mA < IZ < PZmax/UZ 2. I1 = IZ + I2 3. R1 = (U1 - UZ)/I1
(14) Základní vnitřní struktura operačních zesilovačů. Nakreslete nejjednodušší „třítranzistorový“ OZ a vysvětlete jeho funkci. Nastavte v něm všechny ss. prac. body. Jak souvisí největší možný rozkmit výstupního napětí OZ s napájecím napětím? (najdou se totiž studenti, kteří to neví). (neúplné)
(15) Základní pravidla pro pochopení činnosti OZ. Umět je použít při řešení následujících otázek č. 16 až 19.
(16) Invertující zapojení OZ: P, I, D, P+zpětnovazební dolní propust 1.řádu. U všech umět odvodit K(p), K(), K(), . Pro I a D dokázat v časové oblasti, že výstupní napětí je integrálem (derivací) vstupního napětí – rozumět tomu a umět demonstrovat na příkladech konkrétních signálů. - viz. vypracované základní neznalosti (17) Praktické zapojení PI-regulátoru (pouze to jednoduché, s jedním OZ).
PI - regulátor: Z0 je C sériově s R0, Z1 je R Má integrační a proporcionální část:
Upoč. = napětí na které je nabit kondenzátor (počáteční podmínka integrace) Ku = -Z0/Z1 = -(R0/R + 1/jωRC)
(18) Neinvertující zapojení OZ: pouze P a sledovač. Odvodit K(p), K(). vstupy nejsou na virtuální zemi, ale na potenciálu u1 když U1 → Ucc, pak se bortí pracovní bod (u invert. neomezeno) 3. Ku nemůže klesnout pod 1, takže útlum toho co nechceme je nedostatečný 4. obtížná realizace čistých matematických operací 1. 2.
Odvození: vstupní proudy nulové => Ivst+ = 0 => Zvst = ∞ a také Ivst- = 0 => zpětnovazební dělič je nezatížený: (protože vnitřní zesílení obrovské, zpětná vazba udržuje Δu = 0 a oba vstupy jsou u1 od země) Ku = U0/U1 = 1 + Z0/Z1 (proto nemůže být Ku menší než 1) Zvýst = 0 (kvůli zpětné vazbě) • • •
Parazitní kapacity ovlivňují - od určité f začne derivovat. Nelze řešit nejmenšími odpory, protože na nich závisí toto f. Velké odpory zase proudově zatěžují výstup. Toto chování lze kompenzovat kondenzátory. Dolní propust lepší na vstupu než ve zpětné vazbě (kmitání kvůli zpoždění) Když dolní propusť vstupní i zpětnovazební, pak kritické tlumení v f mez. pokles -6dB, pak -40dB. Musí R1 = R2 na vstupu a R1C/2 = R0C0
Zapojení P (proporcionální člen): Z0 je R0, Z1 je R1 Speciální případ - sledovač: Ku = 1; R0 = 0, R1 = ∞ (impedanční oddělení)
(19) Diferenční zapojení OZ: pouze základní proporcionální diferenční zesilovač. K čemu je v praxi dobrý? Je dobrý k realizaci čístých matematických operací U0 = (U1 - U2) Z2/Z1
(20) Komparátory bez hystereze: základní zapojení a zapojení se sčítacími odpory – obě zapojení porovnat, jejich výhody a nevýhody. (neúplné)
Komparátor porovnává který ze signálů je větší a podle toho je na výstupu +U0max (U1 je větší) nebo -U0max (U2 je větší)
(21) Komparátory s hysterezí - pouze princip, bez matematického odvození. (neúplné) Nepřepínají se hned na hranici, ale až co překročí o UH jeho hodnotu. Tím se eliminuje šum.
(22) Logické obvody kombinační a sekvenční - obecně, princip. Podle čeho poznáme, zda se jedná o kombinační či sekvenční obvod? Uveďte konkrétní příklady kombinačních obvodů i sekvenčních obvodů AKO, MKO, BKO. Kombinační • Nemají zpětnou vazbu • Nemají vstup pro časovou informaci Mají m stavů, 2m možností vstupu, max. 22^m výstupů. Stav výstupů není závislý na čase. Sekvenční • Mají jedno z toho co nemají komb. Typy sekvenčních: • Astabilní klopný (AKO) - definují pevnou délku periody (oscilátor) • Monostabilní klopný (MKO) - definují pevnou délku kyvu (generátor impulsu) • Bistabilní klopný (BKO) - má ss kladnou vazbu, takže má dva stabilní stavy (log. 1 nebo log. 0 - bitová paměť)
R = reset = nastaví 0; S = set = nastaví 1
(23) Axiomy Booleovy algebry. Pozor na pátý axiom o distributivitě - je nezvyklý!
(24) De Morganova pravidla.
(25) Úplná disjunktivní a úplná konjunktivní normální forma. Umět používat při řešení konkrétních praktických příkladů. hledání funkce f(A,B)=Q, zadáno pravdivostní tabulkou (A=0 B=0 pak Q=1; ...) úplná disjunktivní forma beru to, kde je Q=1, zapíšu to za sebe se znaménky + (+ je OR, * je AND) - kde 0 - negace např: f(A,B) = A*B + ... úplná konjunktivní forma beru to, kde je Q=0, zapíšu to za sebe se znaménky * (+ je OR, * je AND) - kde 1 - negace např: f(A,B) = (A+B) * ...
