1 Passiva komponenter

Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
1
Passiva komponenter
1.1
Vilken resistans och tolerans har en resistor märkt:
a) röd, violett, gul, guld
b) blå, grå, blå, silver
c) brun, svart, svart, guld
d) orange, vit, brun, röd, mellanrum, brun
e) grön, blå, guld, guld
1.2
Två resistorer är märkta 220 ohm 0,5 W respektive 330 ohm 0,25 W. vilken är den största spänning
som kan anslutas till:
a) den första resistorn
b) den andra resistorn
c) de båda resistorerna parallellkopplade
d) de båda resistorerna seriekopplade
2 Systemegenskaper
2.1
3
3.1
Förstärkaren i figuren är µ0 = 50, Rin= 400 ohm, Rut= 1 kohm och RL=3 kohm. Beräkna för denna
koppling a) spänningsförstärkning i dB b) strömförstärkning i dB c) effektförstärkning i dB.
Operationsförstärkaren
Uut
. Operationsförstärkaren är ideal.
Uin
Härled en formel för beräkning av förstärkningen
R2
R1
Uin
Uut
1
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
3.2
a) Angiv två faktorer som utmärker en ideal operationsförstärkare.
b) Härled formeln för förstärkningen hos steget. Operationsförstärkaren är ideal.
R1
Uin
Uut
R2
3.3
En operationsförstärkare kan användas för att åstadkomma matematiska funktioner. Rita en koppling
med operationsförstärkare som summerar två spänningar.
3.4
Kopplingen visar principen för en digital till analogomvandlare. Hur stor är den analoga utspänningen
om omkopplarna, som representerar den digitala insignalen, står i det läge som figuren visar.
10 V
1 kohm
2 kohm
4 kohm
4 kohm
Uut
3.5
Termistorn ändrar sin resistans med temperaturen. När det är noll grader är resistansen i termistorn 100
kΩ och när det är 100 grader är resistansen 10 kΩ. Dimensionera R1 och R2 så att när det är 100 grader
skall utspänningen vara 1 V och när det är noll grader skall utspänningen vara 10 V. Uin är konstant
och -10V. Operationsförstärkaren är ideal.
R2
Termistor
R1
Uin
Uut
2
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
4
4.1
Dioder
Figuren visar hur en lysdiod kopplas in till en spänningskälla. Lysdioden har
framspänningsfallet 1,6 V.
Vilken resistans skall resistorn ha för att lysdioden skall få strömmen 10 mA?
R
5V
4.2
Zenerdioden har zenerspänningen 12 V, resistansen R är 100 ohm och Uin är 16 V. Hur stor blir
strömmen genom zenerdioden om Iut = 12 mA från stabilisatorn?
R
Uin
4.3
Iut
BZX85 C12
Uut
Zenerdioden har zenerspänningen 6 V. Beräkna:
a) strömmen genom resistorn 200 ohm.
b) strömmen genom resistorn 100 ohm.
c) strömmen genom zenerdioden.
100 Ω
20 V
200 Ω
3
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
4.4
Vilket är det största värdet som resistorn kan ha om man skall kunna ta ut 40 mA från stabilisatorn och
det minst måste gå 5 mA genom zenerdioden? Uin är 20 V och zenerspänningen är 12 V.
R
Uin
4.5
Iut
BZX85 C12
Vilket är det största värdet som resistorn kan ha om man skall kunna ta ut 40 mA från stabilisatorn och
det minst måste gå 5 mA genom zenerdioden? Uin är 20 V och zenerspänningen är 12 V.
R
Uin
4.6
Uut
Iut
BZX85 C12
Uut
Vilken är den största ström som kan tas ut på utgången om effektivvärdet av inspänningen Uin är 12 V
och zenerdioden har zenerspänningen 8 V?
100 ohm
1000 µF
Uin
4
Uut
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
4.7
Figuren visar en likriktare med stabilisering. Inspänningen är en växelspänning med effektivvärdet
14 V. Zenerdioden har zenerspänningen 8 V.
Hur stor är
a) likspänningen över kondensatorn?
b) likspänningen på utgången?
100 ohm
1000 µF
Uin
5
Bipolartransistorn
5.1
Dimensionera Rb så att UCE blir 5 V då hFE är 200.
Rb
Uut
1 kΩ
12 V
5.2
Beräkna strömmarna genom resistorerna både då brytaren är öppen och när den är sluten.
E= 12 V RC = 1 kohm Rb = 10 kohm hFE = 200 UF lysdiod = 2 V
Rc
Rb
Röd lysdiod
E
BC548B
5
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
5.3
Bestäm Rb så att transistorn nätt och jämt bottnar om RC är 100 ohm.
UBE= 0,7 V strömförstärkningsfaktorn = 150
Rb
Rc
15 V
5.4
Bestäm RB och RC så att man får arbetspunkten UCE = 6 V och IC = 20 mA.
UBE= 0,7 V strömförstärkningsfaktorn = 150
Rb
Rc
15 V
6
6.1
Fälteffekttransistorn
a) Angiv en utförlig benänming på denna transistor.
b) Angiv benens benämning.
c) Angiv för och nackdelar med denna transistor jämfört med bipolartransistorn.
d) Beskriv kort hur transistorn fungerar.
6
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
6.2
Hur stor är strömmen genom transistorn då
a) brytaren är öppen?
b) brytaren är sluten?
E= 12 V IDSS = 10 mA
UP = - 4 V
Rb = 470 ohm. Uin = -5 V
E
Rb
BF245B
Uut
Uin
6.3
10 Mohm
Hur stort skall effektivvärdet av Uin vara för att strömmen genom transistorn skall bli noll någon gång
under en period av inspänningen. Uin är en sinussignal.
1 kohm
12 V
BF245B
Uin
Typkurva för BF245 B, ID (mA) som funktion av UGS ( V )
ID mA
10
9
8
7
6
ID mA
5
4
3
2
1
0
-4
-3
-2
-1
7
0
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
6.4
Bestäm vilopunkten dvs strömmen ID och spänningen UDS.
3 ,3 κ Ω
BF 245B
1 MΩ
20 V
560 Ω
Typkurva för BF245 B, ID (mA) som funktion av UGS ( V )
ID mA
10
9
8
7
6
ID mA
5
4
3
2
1
0
-4
-3
-2
-1
8
0
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
7
7.1
Logikkretsar
En grind är uppbyggd enligt figuren. Dioderna har framspänningsfallet 0,65 V. De antas inte leda
någon ström i backriktningen. Transistorn har UCEsat = 0,2 V och UBEsat = 0,65 V. Beräkningar och
motiveringar skall redovisas.
a.
b.
c
d.
e.
f.
Vilken typ av logisk grind är det fråga om?
Angiv värdet på VOL.
Angiv värdet på VOH.
Angiv värdet på VILmax.
Angiv värdet på IIH vid VIH=5V
Angiv värdet på IIL vid VIL=0V
Ω
Ω
Ω
7.2
a)
Rita ett schema som visar hur man på enklast möjliga sätt med dioder och resistorer
kan bygga en AND-grind.
b)
Vilken typ av transistorer finns i kretsen 74HC00?
c)
Förklara med ord vad som menas med logiskt sving och beräkna minvärdet för det logiska
svinget på utgången av kretsen 74HC00.
d)
Förklara med ord vad som menas med störmarginal och beräkna störmarginalerna för kretsen
74HC00.
9
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
Lösningar
1.1
a) 270 kohm 5 % b) 68 Mohm 10 % c) 10 ohm 5 %, d) 39100 ohm 1 % e) 5,6 ohm ( guld som
tredje ring betyder 0,1)
1.2
a) 10,4 V b) 9,0 V c) 9,0 V d) 15,1 V
2.1
a)
AU =
U ut
=
U in
µ 0U in
RL
Rut + RL
RL
= µ0
= 37,5
U in
Rut + RL
AudB = 20 ⋅ log 37,5 dB = 31,5 dB
b)
AI =
I UT
I IN
U ut
U
R
R
RL
=
= ut ⋅ IN = AU ⋅ IN = 5
U in
U in R L
RL
R IN
A IdB = 20 ⋅ log 5 dB = 14,0 dB
c)
AP =
U ut ⋅ I ut
= AU ⋅ AI = 187,5
U in ⋅ I in
APdb = 10 ⋅ log187,5 = 22,7dB
3.1
Strömmen och spänningen in på operationsförstärkaren är noll.
Detta gör att spänningen över R1= Uin och spänningen över R2 = Uut .
Kirchhoffs strömlag tillämpad på punkten A ger
I1 + I2 = 0
Uin Uut
+
=0
R1 R2
Uut
R
=− 2
Uin
R1
Au = −
R2
R1
10
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
3.2
a) En ideal operationsförstärkare har Rin= ∞ , Rut= 0 , Au= ∞
b)
R1
Uin
Uut
Uin
R2
Eftersom inspänningen mellan + och - på operationsförstärkaren kan försummas kommer Uin att ligga
över R2. Uin kan då fås med spänningsdelning av Uut eftersom ingen ström går in på
operatinsförstärkarens ingång.
U in = U ut
R2
R1 + R2
U ut R1 + R2
=
U in
R2
Au =
U ut
R
= 1+ 1
U in
R2
3.3
Uin1
Uin2
Uut
3.4
Potentialen på operationsförstärkarens minusingång är noll eftersom operationsförstärkaren är kopplad
som förstärkare.. Strömmen in på en operationsförstärkare kan sättas till noll. Kirchhoffs strömlag ger:
U
10
10
+
+ Ut = 0
1000 4000 1000
U Ut = −12,5 V
11
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
3.5
Utspänningen från steget fås med sambandet:
Vid 100°:
Vid 0°:
1 = −( −10 )
R2 + 10 ⋅10 3
R1
10 = − ( −10 )
R=
R2 + Rtermistor
R1
R2 + 100 ⋅ 10 3
R1
Vid lösning av ekvationssystemet får man:
4.1
Uut = −Uin
R1 = 100kΩ
och
R2=0Ω
5 − 1,6
Ω = 340 Ω
0.01
4.2
Strömmen genom resistorn blir
IR =
Strömmen genom zenerdioden blir då
16 − 12
A = 40 mA
100
I Z = (40 − 12) mA = 28 mA
4.3
6
A = 30 mA
200
20 − 6
b) I100 =
A = 140 mA
100
c) I Z = (140 − 30) mA = 110 mA
a ) I 200 =
4.4
Största strömmen genom resistorn blir (40+5) mA = 45 mA.
Spänningen över resistorn är (20-12) V = 8 V
Största resistansen blir då 8/45 kΩ = 178 Ω
4.5
Största strömmen genom resistorn blir (40+5) mA = 45 mA.
Spänningen över resistorn är (20-12) V = 8 V
Största resistansen blir då 8/45 kΩ = 178 Ω
4.6
Kondensatorn laddas till toppvärdet ( 2 ⋅ 12 − 2 ⋅ 0,7) V = 15,6 V
Spänningen över resistorn blir då ( 15,6-8 ) V = 7,6 V
Strömmen genom resistorn blir
7 ,6
A = 76 mA
100
Zenerdioden kräver en liten ström ca 5 mA vilket ger max ca 71 mA på utgången.
12
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
4.7
a) Kondensatorn laddas till Inspänningens toppvärde minus spänningen över två dioder.
U kondensatorn = 14 ⋅ 2 − 2 ⋅ 0,7 V = 18,4 V
b) Utspänningen är spänningen över zenerdioden som är 8 V
5.1
Om UCE är 5 V blir spänningen över 1 kohm ( 12 - 5) V = 7 V.
7
A = 7 mA
1000
7
Basströmmen blir då
mA = 35 µA
200
12 − 35 ⋅ 10 −6 ⋅ Rb − 0,7 = 0
Kollektorströmmen blir då
Kirchhoffs lag på baskretsen ger:
Rb = 323 kΩ
5.2
När brytaren är sluten får transistorn ingen basström och då blir strömmen genom RC = 0 A. Strömmen
genom Rb kan räknas fram med ohms lag
I Rb =
12
A = 1,2 mA
10000
Då brytaren är öppen blir strömmen genom Rb:
Den största ström som kan gå genom RC:
I C max
12 − 0,7
A = 1,13 mA
10000
12 − 2 − 0,2
=
A = 9,8 mA
1000
I Rb =
Den ström som basströmmen vill driva fram genom transistorn är:
Denna ström är större än ICmax vilket gör att IRc är 9,8 mA.
5.3
15 − 0.2
= 148 mA
100
148
= 0,99 mA
IB =
150
15 − 0,7
Ω = 14,4 kΩ
Rb =
0,99 ⋅ 10 −3
I C max =
5.4
15 − 6
Ω = 450Ω
0,02
15 − 0,7
Ω = 107 kΩ
RB =
0,02
150
RC =
13
I = hFE ⋅ I Rb = 240 mA
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
6.1
a) Det är en N-kanal MOS-transistor av självledande typ.
b) Vänstra benet: gate övre benet: drain nedre benet: source
c) Denna transitor har hög ingångsresistans men förstärker sämre än bipolartransistorn.
d) Eftersom det är en transistor av självledande typ leder den mellan drain och source då spänningen
mellan gate och source är noll. Om spänningen mellan gate och source görs negativ stöts de negativa
laddningarna i kanalen bort och transistorn leder sämre. Vid tillräckligt stor negativ spänning mellan
gate och source stryps transitorn helt.
6.2
a) När brytaren är öppen är UGS=0 V och då blir strömmen IDSS=10 mA. Man måste här kontrollera att
strömmen inte blir större än största möjliga IDMAX=12/470 A = 25 mA. Detta är tydligen inte fallet
vilket betyder att strömmen genom transistorn är 10 mA.
b) När brytaren är sluten är UGS= -5 V vilket är lägre än UP. Detta medför att transistorn är strypt.
Således är strömmen genom transistorn är 0 A.
6.3
För att strömmen skall bli noll måste inspänningen nå ner till -3,2 V enligt diagrammet.
Då måste effektivvärdet av inspänningen vara minst
3,2
2
V = 2,26 V
6.4
Kirchhoffs spänningslag på gate-kretsen ger ett samband mellan ID och UGS. Spänningen över
resistansen 1 MΩ är noll eftersom ingen ström kan passera genom resistorn.
0 - UGS - ID⋅560 = 0
Denna räta linje ritas in i diagrammet ID - UGS.
Skärningspunkten med kurvan ger värdet på ID = 3,0 mA.
Kirchhoffs spänningslag på drain-kretsen ger:
20 - 3,0⋅10-3 ⋅3300 - UDS -3,0⋅10-3 ⋅ 560 = 0
UDS = 8,42 V
7.1
a)
Endast när A=1 och B=1 är X=0. Detta gäller för en NAND-grind.
b)
VOL = 0,2V
transistorn bottnad
c)
VOH = 5 V
transistorn strypt
d)
VILmax = -UD + UD + UD + UBEsat = 1,3V
e)
IIH = 0 dioden spärrar i backriktningen
f)
IIL = (5 - 0.65)/5000 A = -0,87 mA
in mot
(storheten är negativ eftersom strömmar är definierade
14
Extra uppgifter
Elektronik grundkurs
7.2
a)
AND
5V
A
Y
B
0V
b)
MOS-transistorer
c)
Logiska svinget är avståndet i volt mellan en etta och en nolla.
Logiska svinget på utgången: ∆U = VOHmin - VOLmax = 5,9 - 0,1 V = 5,8 V
d)
Störmarginalen är den största störning som kan komma in mellan en utgång och en ingång utan
att fel i dataöverföringen uppstår.
Störmarginalen för nolla: ML=VIlmax - VOLmax = 1,2 - 0,1 V = 1,1 V
Störmarginalen för etta: MH=VOHmin - VIHmin = 5,9 - 4,2 V = 1,7 V
15