RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA OSNOVI ELEKTRONIKE

Transcript

1 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: OSNOVI ELEKTRONIKE studijske grupe: EMT, EKM Godina 2014/2015 RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA OSNOVI ELEKTRONIKE 1

2 1. ZADATAK Na slici je prikazano električno kolo koje sadrži jedan strujni i jedan naponski generator. Poznato je: R 1 = R 2 = R 3 = 2 kω; E 1 = 5 V. Odrediti napon na strujnom generator V 21 i struju kroz naponski generator I E1 ukoliko je: a) I 1 =1 ma b) I 1 =0 ma c) I 1 =-1 ma 2. ZADATAK Primenom metoda potencijala čvorova napisati sistem jednačina koji opisuje kolo prikazano na slici. Kako izgleda sistem jednačina koji opisuje kolo ukoliko je nepoznata veličina struja kroz naponski generator v g, J vg. 3 ZADATAK Na slici je prikazano kolo koje sadrži tri strujna generator kontrolisana strujom. Napisati analitički izraz za napon na otporniku R 7, v x. 2

3 JEDNOSMERNI REŽIM U KOLIMA SA BIPOLARNIM TRANZISTORIMA 4. ZADATAK IC = β I B VBE = VB VE = const I E = IB + IC U kolu sa slike upotrebljen je silicijumski NPN tranzistor sa: β= 100; I C0 = 0 A; V BE = 0,6 V; V CES = 0,1 V; V BES = 0,7 V. Poznato je: V CC = 10 V; R C = 3 kω. Odrediti struje tranzistora ako je: a) R 1 =R 2 = 440 kω; b) R 1 =R 2 = 200 kω; 5. ZADATAK: Odrediti R 1 u kolu sa slike, tako da emitorska struja iznosi I E = 2 ma. Poznato je: β=50; V BE = 0,7 V; I C0 = 0 A; R C = 3,3 kω; R 2 = 20 kω; R E = 0,1 kω; V CC = 12 V. Koliki je u tom slučaju napon na kolektoru tranzistora, V C? 3

4 6. ZADATAK U kolu sa slike upotrebljen je silicijumski tranzistor sa β= 50; I C0 = 0 A; V BE = 0,7 V. Poznato je:v CC = 10 V; R C = 2 kω; R B = 100 kω. Odrediti radnu tačku tranzistora: I C i V CE. 7. ZADATAK: Za kolo izvora konstantne struje prikazano na slici odrediti struju I ako je poznato: R 0 =R= 29 kω; V= 15 V i V Z = 10 V. Upotrebljeni tranzistori su identični sa: β= 100; I C0 =0 A i V BE = 0,7 V. 8. ZADATAK Za kolo prikazano na slici odrediti napon V p na otporniku R p. Tranzistori su identični sa β= 100; I C0 = 0 A i V BE = 0,65 V. Poznato je: V CC = 20 V; R E = 1,5 kω; R 1 = R 2 = R 3 = 450 kω; R C = 2 kω; R p = 2 kω.

5 JEDNOSMERNI REŽIM U KOLIMA SA MOSFET TRANZISTORIMA n-kanalni MOSFET p-kanalni MOSFET MOSFET sa indukovanim kanalom MOSFET sa ugrañenim kanalom tranzistor vodi transistor u zasićenju ID = A V 2 ( V V ) ( 1+ λv ) GS ID A t ( V V ) 2 GS 1 A µ C0 2 n=n-kanalni W L t DS p-kanalni V GS > V t V GS < Vt DS VGS Vt VDS VGS Vt 5

6 9. ZADATAK Za temperaturski stabilisani pojačavač sa slike odrediti izlazni napon, V i. Poznato je: V DD = 12 V; R S = 2 kω; R D = 8 kω; R= 2 MΩ; R p = 8 kω. Parametri tranzistora su: A= 0,5 ma/v 2 ; V t = 4 V; λ= ZADATAK U kolu prikazanom na slici upotrebljena su dva N-kanalna MOSFET-a sa ugrañenim kanalom, čiji su parametri: A= 0,32 ma/v 2 ; V t =-2,5 V; λ=0. Odrediti jednosmerne napone u tačkama A i B, ako je poznato: V DD = 20 V; R D = 2,5 kω; R 1 = 1 MΩ. 6

7 11. ZADATAK Odrediti vrednost napona baterije V G, tako da se tranzistor u kolu sa slike nalazi na granici izmeñu omske oblasti i oblasti zasićenja. Poznato je: A= 1 ma/v 2 ; V t = 1 V; λ=0; R D = 500 Ω; R S = 500 Ω; V DD = 6 V. 12. ZADATAK Za kolo prikazano na slici poznato je: V DD = 24 V; V G = 6 V; R D = 4 kω. Parametri tranzistora su: A= 0,5 ma/v 2 ; V t = 4 V i λ= 0,02 V -1. Odrediti: a) Jednosmerni napon na drejnu MOSFET-a; b) Dinamičke parametre tranzistora. 13. ZADATAK U kolu prikazanom na slici upotrebljena su dva n-kanalna MOSFET-a sa indukovanim kanalom, koji su napravljeni od istog materijala. Odnos širina kanala ova dva tranzistora je W 1 /W 2 = 4, dok je napon praga jednak za oba i iznosi V t = 5 V; λ 1 = λ 2 = 0. Odrediti napon V D1, ako je: V DD =20 V; V G =10 V; R G = 1 MΩ. 7

8 14. ZADATAK Odrediti vrednost napona na potrošaču u kolu prikazanom na slici, pod uslovom da je poznato: A 1 = 1 ma/v 2 ; A 2 = 2 ma/v 2 ; V t1 = -3 V; V t2 = 2 V; λ 1 = λ 2 = 0; R S = 1 kω; R p = 6 kω; R= 10 MΩ;V DD = 20 V. Proveriti radne režime oba tranzistora. Zanemariti uticaj potencijalne razlike izmeñu sorsa i podloge (V BS ) na napon praga tranzistora T ZADATAK Za kolo prikazano na slici odrediti promenu kolektorske struje struje ako se temperatura promeni za T = 50K. Vrednosti elemenata su : R 1 = 8,3 kω; R 2 = 6,2 kω; R C = 300 Ω; R E = 150 Ω. Poznato je: β = 50; V CC = 12 V; I CO = 1 na; V BE = 0,7 V; dv BE d β = 2,5mV / K ; = 1% / K, inverzna struja zasićenja kolektorskog spoja se dt dt udvostruči pri povećanju temperature od 10K. 8

9 ANALIZA POJAČAVAČA SA BIPOLARNIM TRANZISTORIMA Element Otpornik Jednosmerni model (DC) Naizmenični model (AC) Opšti slučaj Srednje frekvencije Kondenzator ωc Kalem ωl Jednosmerni naponski generator Jednosmerni strujni generator Naizmenični naponski generator KT V t = = 25 mv q V h T 11E = h 21E = β IB r = π VT IB I g m = C V T 9

10 16. ZADATAK Kolo na slici predstavlja jednostepeni pojačavač sa bipolarnim tranzistorom. Parametri tranzistora su: V BE =0,6 V; h 12E = 0; h 21E =β= 50; h 22E =0 S. Elementi kola su: R p = R C = 3 kω; R g = 1 kω; R 1 = 150 kω; R E = 1 kω; V CC =12 V; C 1 ; C 2. Odrediti: a) ulaznu otpornost pojačvača R u, b) izlaznu otpornost pojačavača R iz, c) strujno pojačanje A s = J p /J g, d) naponsko pojačanje A = v p /v g. 17. ZADATAK Na slici je prikazan pojačavač u spoju sa zajedničkom bazom. Parametri tranzistora su: V BE =0,6 V; h 12E = 0; β=h 21E = 50; h 22E = 0. Elementi kola su R g = 50 Ω; R C = R p = 10 kω; R E = 5,2 kω; V EE =5 V; V CC =12V; C 1 ; C 2. Odrediti: a) ulaznu otpornost pojačvača R ul ; b) izlaznu otpornost tranzistora R iz ; c) strujno pojačanje A s = J p /J g ; d) naponsko pojačanje A = v p /v g. 10

11 18. ZADATAK Na slici je prikazan pojačavač u spoju sa zajedničkim kolektorom. Poznati su parametri tranzistora: V BE =0,6 V; h 12E = 0; β=h 21E = 80; h 22E = 0 S. Elementi kola: R p = R E = 6 kω; R g = 600 Ω; C 1 = C 2 ; R B =415 kω; V CC =12 V. Smatrati da je R B >>R g. Odrediti: a) ulaznu otpornost pojačvača R ul ; b) izlaznu otpornost tranzistora R iz ; c) strujno pojačanje A s = J p /J g ; d) naponsko pojačanje A = v p /v g. 11

12 19. ZADATAK Na slici je prikazan je dvostepeni pojačavač sa bipolarnim tranzistorima. Upotrebljeni tranzistori su identični poznatih parametara: V BE = 0,7 V; β = 100. Poznato je: R 1 = 100 kω; R 2 = 47 kω; R E = 3,9 kω; R C = 6,8 kω; V CC = 15 V; R g = 5 kω; R p = 2 kω; C S. Odrediti: a) Parametre pi modela tranzistora; viz b) Naponsko pojačanje pojačavača A =. v g 12

13 20. ZADATAK Na slici je prikazan dvostepeni pojačavač sa bipolarnim tranzistorima. Upotrebljeni tranzistori su identični, poznatih parametara: β =====50; =V BE == 0,7 V. Poznato je: RC1 R E2 2 kω ; Rp=1 kω ; R1 R3 150 kω ; R2 R4 100 kω ; V CC = 12 V; C S. Smatrati da je: R 1, R 2 >> h 11E kao i da je R 3, R 4 >> R C1. Odrediti: a) Parametre pi modela tranzistora; b) Nepoznate parameter h modela ukoliko je usvojeno h 12 E = 0 i h 22E = 0 S ; v c) Naponsko pojačanje A iz n = ; v d) Izlaznu otpornost R iz. g 21. ZADATAK viz Za kolo pojačavača prikazano na slici odrediti pojačanje napona A =. Parametri vg tranizistora su: V BE =0,6 V; β 1 =50; β 2 =100; h 12E1 = h 12E2 =0; h 21E1 =50; h 21E2 =100; h 22E1 =h 22E2 =0. Poznato je: R B =200 kω; R E =200 Ω; R P =4 kω; V BB =12 V; V CC =24 V; C S. Dokazati da je h 11E1 = 0,5 kω; h 11E2 = 1 kω. 13

14 DOMAĆI ZADATAK Na slici je prikazan jednostepeni pojačavač sa zajedničkim emitorom. Parametri tranzistora su:v BE =0,6 V; h 12E = 0; h 21E =β=100; h 22E =0 S. Poznato je: R g = 2 kω; R 1 = 30 Ω; R 2 = 20 kω; R C =4 kω; R E =4 kω; R p =3 kω; V CC =12 V; C 1 ; C 2 ; C E.Odrediti sledeće osobine pojačavača na srednjim frekvencijama: a) ulaznu otpornost R ul ; b) izlaznu otpornost R iz ; c) strujno pojačanje A s = J p /J u ; d) naponsko pojačanje A= v p /v g. 14

15 ANALIZA POJAČAVAČA SA MOSFET TRANZISTORIMA 1 S = 2 A I D Ri = µ = S Ri λ ID 22. ZADATAK Za kolo pojačavača sa slike odrediti: a) Dinamičke parametre tranzistora: strminu S, izlaznu otpornost R i i koeficijent naponskog pojačanja µ ako je λ = 0,01 V -1 ; b) Naponsko pojačanje A n = v iz / v g ; c) Izlaznu otpornost pojačavača R iz. Poznato je: R S = 1 kω; R D = 6 kω; R 1 = 3 MΩ; R 2 = 1 MΩ; V DD = 12 V; C S. Parametri tranzistora su: A = 1 ma/v 2 i V t = 1 V. 15

16 23. ZADATAK Na slici je prikazan pojačavač u sprezi sa zajedničkim drejnom. Parametri tranzistora su: A = 1 ma/v 2 ; V t = 1 V ; λ = 0,01 V -1. Poznato je: R S = 6 kω; R 1 = 1 MΩ; R 2 = 2 MΩ; V DD = 12 V; C S. Odrediti: a) Naponsko pojačanje A n = v iz / v g ; b) Izlaznu otpornost pojačavača R iz. 24. ZADATAK Na slici je prikazan pojačavač u sprezi sa zajedničkim gejtom. Parametri tranzistora su: A = 1 ma/v 2 ; V t = 1 V; λ = 0,01 V -1. Poznato je: R g = 1 kω; R D = 6 kω; R 1 = 3 MΩ; R 2 = 1 MΩ; V DD = 12 V; C S. Odrediti: a) naponsko pojačanje A n = v iz / v g ; b) izlaznu otpornost pojačavača R iz ; c) ulaznu otpornost pojačavača R ul. 16

17 25. ZADATAK U kolima koja su prikazana na slikama a i b poznati su elementi za polarizaciju: V G1 =1,5 V; V DD =12 V; R=9 kω. Parametri tranzistora su: A 1 = 4 ma/v 2 ; A 2 = A 3 = 0,25 ma/v 2 ; V t1 =1 V; V t2 = V t3 =-1 V; λ 1 = λ 2 = λ 3 = 0,01 V -1. Odrediti: a) Naponsko pojačanje i izlaznu otpornost kola sa slike a; b) Naponsko pojačanje i izlaznu otpornost kola sa slike b. 26. ZADATAK a) b) Na slici je prikazano kolo kaskodnog pojačavača. Poznato je: I 0 =500 µa; V DD =12 V. Parametri tranzistora su: A 1 = A 2 = 110 µa/v 2 ; V t1 = V t2 =0,7 V; λ 1 = λ 2 =0,05 V -1. Odrediti: a) Jednosmerne napone polarizacije V G1 i V G2 tako da tranzistor M 1 bude na granici izmeñu omske oblasti i oblasti zasićenja; b) Naponsko pojačanje c) Izlaznu otpornost R iz. v iz A n = ; vg 17

18 DIFRENCIJALNI POJAČAVAČ 27. ZADATAK Na slici a je prikazan diferencijalni pojačavač sa nesimetričnim izlazom. Parametri tranzistora su: V BE =0,7 V; h 12E = 0; h 21E =β=70; h 22E1 =h 22E1 =h 22E4 = 0 S; h 22E3 = 10 µs. Elementi kola su: R C = 5 kω; R E = 2,5 kω; V CC =12 V; V EE =5 V. Odrediti: a) Dinamički parametar h 11E za diferencijalni par tranzistora u šemi sa slike a, T 1 i T 2 ; b) Faktor potiskivanja difrencijalnog pojačavača sa slike a; c) Vrednost otpornika R 3 tako da struja izvora konstantne struje sa slike b, I 0, bude jednaka struji kroz otpornik R E u kolu sa slike a. Nakon toga zameniti R E sa kolom izvora konstantne struje sa slike b i naći faktor potiskivanja u tako izmenjenom diferencijalnom pojačavaču. a) b) 18

19 28. ZADATAK Za kolo diferencijalnog pojačavača sa slike odrediti: a) dinamičke parametre svih tranzistora u kolu; b) faktor potiskivanja. Poznato je: = 12 V; A = 1 ma/v V DD = 5 V; 2 ; V SS V BIAS = -3 V -1 V t = 0,7 V; λ 1 = λ 2 = 0 V ;. Parametri tranzistora su λ3 = 0,05 V -1 R = R = 5 kω D1 D2. OPERACIONI POJAČAVAČ 19

20 g Realni OP Idealni OP R ul ~ MΩ R ~ 50 Ω iz 0 A 0 ~ 10 5 f ~ 10 Hz Invertujući pojačavač Neinvertujući pojačavač 20

21 29. ZADATAK Za realizaciju diferencijalnog pojačavača upotrebom jednog pojačavača koristi se šema prikazana na slici. Odrediti uslove koje moraju zadovoljiti elementi ovog kola da bi izlazni napon bio srazmeran razlici ulaznih napona. Upotrebljeni operacioni pojačavač je idealan. 30. ZADATAK (Za kolo aktivnog filtra sa slike odrediti prenosnu funkciju H s )= (v (v iz g s )s ). 21

22 31. ZADATAK Za kolo instrumentacionog pojačavača sa slike odrediti pojačanje definisano kao viz A=. Poznato je: R 2 = R3 = R 4 = R 5 = R 6 = R 7 = 10kΩ ; R = 0,2kΩ vg1 - v 1. g2 Upotrebljeni operacioni pojačavači su idealni. NEGATIVNA POVRATNA SPREGA 32. ZADATAK Na slici je prikazano kolo sa negativnom povratnom spregom. Poznato je: R 1 = 1 kω; R 2 = 100 kω. Operacioni pojačavač u kolu sa slike ima diferencijalno pojačanje A d =10 5, ulaznu otpornost R ul =100 kω, izlaznu otpornost R iz =500 Ω. Odrediti: a) kružno pojačanje pojačavača AB; b) naponsko pojačanje pojačanja; viz A =u funkciji od kružnog v c) ulaznu otpornost pojačavača, R ul i izlaznu otpornost pojačavača R iz. g 22

23 33. ZADATAK Na slici je prikazano kolo sa negativnom povratnom spregom. Poznato je: R 1 = R 2 = R 3 = 5 kω; R 4 = 100 Ω. Operacioni pojačavač u kolu sa slike ima diferencijalno pojačanje A d = Smatrati da je ulazna otpornost operacionog pojačavača beskonačna, kao i da je ulazna otpornost jednaka nuli R ul =0. Odrediti: a) kružno pojačanje pojačavača AB; b) naponsko pojačanje pojačavača v iz A=u funkciji od kružnog pojačanja. vg FREKVENCIJSKA ANALIZA 34. ZADATAK Nacrtati asimptotsku aproksimaciju amplitudske i faznu karakteristiku kompleksne funkcije Pri čemu je A ( s) = A 0 s 1 + ω p 1 s ωz1 s 1+ ω p 2 s + ω 2 2 p3 A 5 0 = 10 ; ω z 1 = ωp1 = 100 rad s ; ω p 3 = 10 4 rad s. 23

24 35. ZADATAK Za kolo pojačavača prikazano na slici odrediti naponsko pojačanje, graničnu frekvenciju i nacrtati asimptotsku aproksimaciju amplitudske karakteristike na: a) niskim frekvencijama; b) visokim frekvencijama. Poznato je: R D = R P =8 kω; R S =500 Ω; C S =0,1 µf. Parametri tranzistora su: A=1,5 ma/v 2 ; V t =-1 V; λ=0; C GS = 2 pf; kapacitivnosti C DS i C GD zanemariti. 24

25 OSCILATORI 36. ZADATAK Za Hartlijev oscilator sa slike odrediti frekvenciju oscilovanja i potrebnu vrednost parametra h 21E da bi se održale oscilacije u kolu. Poznato je: L 1 = 300 µh; L 2 = 5 µh; C = 470 pf. Smatrati da je: C S ; C E ; R B1 ; R B2 ; Poznati su parametri tranzistora: h 11E = 1 kω; h 12E = 0 i h 22E = 0 S. 37. ZADATAK Na slici je prikazano je kolo oscilatora prostoperiodičnih oscilacija. Odrediti učestanost oscilovanja ako je R1 = R 2 = R 3 = R 4 = 10 kω; C1 = C2 = 1,6 µ F. Smatrati da su operacioni pojačavači idealni. 25

26 38. ZADATAK Za kolo oscilatora čija je šema data na slici odrediti frekvenciju oscilovanja i potrebnu vrednost strmina tranzistora da bi se održale oscilacije u kolu ako je poznato: R 1 =250 Ω; R 2 =1kΩ; R=1 kω; C=1,4 nf; C S ; R G1 ; R G2 ; R G3 ; R G4. Tranzistori su polarisani na takav način da imaju jednake vrednosti strmina S 1 =S 2. Smatrati da su unutrašnje otpornosti tranzistora beskonačne, R i. 39. ZADATAK Za Vinov oscilator sa slike odrediti uslov i frekvenciju oscilovanja. Elementi kola su: R = R1 = 10 kω; C = 1,6 nf. Operacioni pojačavač je idealan. 26

27 STABILIZATOR NAPONA 40. ZADATAK Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti: a) Izlazni napon V OS ; b) Faktor stabilizacije; c) Izlaznu otpornost R iz. Poznato je: R = 200 Ω ; R P = 50 Ω ; V O = 10 V. Parametri diode su: V Z = 6,8 V ; r Z = 10 Ω. Parametri tranzistora su: V BE = 0,7V ; h 11E = 1kΩ ; h 12E = 0 ; h 21E = β = 100 ; h E = 27

28 POJAČAVAČ SNAGE 41. ZADATAK Na slici je prikazan pojačavač snage koji radi u klasi A. Poznato je: V CC = 10 V; R E = 0,1 kω; R p = 1 kω; R 1 = 9 kω; R 2 = 1 kω; V BE = 0,7 V; h 11E = 1 kω; h 12E = 0; h 21E = β = 100; h 22E = 0 S; C. Odrediti vrednost otpornosti otpornika R C tako da se na izlazu pojačavača dobije maksimalni neizobličeni simetrični napon. Za tako nañeno R C odrediti maksimalnu korisnu snagu na potrošaču. 28