PEL1

Przykładowe problemy, pytania i zadania

Autor: dr inż. Piotr Madej

Na końcu tematy z zimy i lata 08/09!

PROBLEMY

1. Co to jest termistor? Do czego służy? Jakie są rodzaje termistorów - czym się różnią?

2. Jaki element zastosujesz do ochrony przeciwprzepięciowej? Dlaczego?

3. Czy słyszałeś o tzw. bezpieczniku kasowalnym? Jaki jest to typ elementu półprzewodnikowego? Opisz skrótowo zasadę działania takiego elementu.

4. Scharakteryzuj filtr zasilacza z wejściem indukcyjnym; zalety, wady.

5. Scharakteryzuj filtr zasilacza z wejściem pojemnościowym; zalety, wady.

6. Jakie przebicie złącza półprzewodnikowego ma dodatni współczynnik temperaturowy napięcia przebicia? Jakie znasz inne typy przebicia?

7. Co opisuje równanie Shockley'a? W jakich warunkach można wprowadzić do niego uproszczenia i jakie, aby ułatwić wyznaczenie parametrów równania?

8. Jakimi podstawowymi parametrami opisuje się jakość stabilizatora napięcia stałego?

9. Jakie są zalety i wady impulsowych stabilizatorów napięcia?

10. Jakimi parametrami opisuje się stan nasycenia tranzystora bipolarnego?

11. Kiedy można zastosować do opisu czwórnika aktywnego tylko trzy stałe parametry - jakie?

12. Jaka są różnice między trasimpedancjami czwórnika aktywnego: k_zo , k_z , k_zef ?

13. Jakie rezystancje: wejściową i wyjściową powinien mieć idealny czwórnik do przetwarzania I_i →I_o ?

14. Jaka jest zasada pracy (typ przetwarzania) tranzystora bipolarnego i unipolarnego?

PYTANIA TESTOWE

(bez odpowiedzi, bo byłoby to zbyt proste)

Prąd w warystorze zmalał o 35 %. Oznacza to, że napięcie na nim:

Z parametrów małosygnałowych h tranzystora bipolarnego można w pierwszym rzędzie pominąć przy analizie układów:

Jeżeli w tranzystorze Si npn I_C = 5,80 mA, U_BE = 0,653 V to jest on w stanie:

Prąd kolektora tranzystora, zmierzony przy zwarciu bazy z emiterem to:

Inne oznaczenie parametru h_21e tranzystora bipolarnego to:

Wzmacniacz na tranzystorze, mający k_imax ≈ β, k_umax ≈ 1, dużą R_o i małą R_i to układ:

Ujemne wzmocnienie napięciowe oznacza, że czwórnik opisany taką transmitancją:

Wzmocnienie napięciowe czwórnika, zależne od obciążenia wyjścia i rezystancji źródła sygnału jest to:

Kupiłeś trzy diody LED o różnych kolorach świecenia. Która z nich będzie miała najwyższe napięcie progowe U_T0 przewodzenia:

Dioda Schottky'ego odróżnia się od zwykłych diod prostowniczych:

Zjawisko Zenera jest związane z:

Zasada pracy stabilizatorów parametrycznych to:

Chciałbyś, aby napięcie tętnień w twoim zasilaczu nie zależało praktycznie od obciążenia. Zastosujesz filtr:

Temperatura złącza p-n zmalała o 30°C. Prąd wsteczny złącza:

Charakterystyka wsteczna złącza BE tranzystora jest zbliżona do charakterystyki:

W polowym tranzystorze złączowym transkonduktancja osiąga maksymalną wartość dla napięcia U_GS ≈ :

ZADANIA

1. Napięcie u(t) na nieznanej impedancji i prąd i(t) płynący przez nią są zapisane jako:

u(t) = 33,2V⋅sin(2π50t+0,181),

i(t) = 12,3mA⋅sin(2π50t−0,335).

a) Zapisz obie wielkości symbolicznie (dziedzina fazorów), w postaci algebraicznej i biegunowej.

b) Oblicz nieznaną impedancję Z, zapisz algebraicznie i biegunowo. Jaki charakter ma ta impedancja, podaj wartości składowych dla dwuelementowego, szeregowego schematu zastępczego. [ Odp.

a) U = (23,1+j4,23)V = 23,5V⋅e^+j0,181 = 23,5V∠+10,4°

I = (8,22−j2,86)mA = 8,70mA⋅e^−j0,335 =

8,70mA∠-19,2°

b) Z = (2,35+j1,33)kΩ = 2,70kΩ⋅e^+j0,516 =

2,70kΩ∠+29,6°

charakter indukcyjny: R = 2,35kΩ, L = 4,23H ]

_____________________

2. W stałoprądowym obwodzie na rysunku oblicz prądy gałęzi I₁, I₂, I₃ oraz potencjał punktu a. Zastosuj: metodę superpozycji lub metodę „inteligentnego lenia” - przekształcania źródeł napięciowych w prądowe i odwrotnie lub zapisz i rozwiąż układ równań oczkowych i węzłowych. E₁ = 10,0V E₂ = − 3,00V

R₁ = 10,0k R₂ = 20,0k R₃ = 5,00k

[ Odp. I₁ = 757A, I₂ = 271A,

I₃ = − 486A, U_a = 2,43V ]

_____________________

3. Wzmocnienie napięciowe układu, w mierze logarytmicznej wynosi 53,6dB. Oblicz napięcie wejściowe U_i układu, jeżeli wyjściowe U_o = 4,53V.

[ Odp. U_i= 9,46mV, dlaczego moduł? ]

_____________________

4. Czwórnik ma dla stałych sygnałów napięciowych (tzn. f→0) zdefiniowane parametry zastępcze:

R_i = 10k R_o = 2k k_uo = − 20V/V.

a) Jakie cechy musi mieć ten czwórnik, aby można było go tak opisać?

b) Jak interpretujesz znak minus w zapisie wartości k_uo?

c) Stosujesz go jako wzmacniacz U_i →I_o (wejście napięciowe, wyjście prądowe) - oblicz parametry zastępcze wzmacniacza.

d) Napięciowe źródło sygnału ma R_g = 10k, obciążenie wyjścia wzmacniacza ma R_L = 0,5k.

Oblicz k_y , k_yef , porównaj z k_yo z pkt.c).

[ Odp. c) R_i = 10k R_o = 2k k_yo = − 10mS,

d) k_y = − 8,0mS k_yef = − 4,0mS ]

_____________________

5.* Termistor NTC ma zdefiniowane przy T_o = 298K R_o = 1,20kΩ i α_Ro = − 4,30%/deg (+25°C). Jakie będą wartości rezystancji termistora R_T1 , R_T2 w temperaturach T₁ = 270K (−3°C) i T₂ = 333K (+60°C)? Obliczenia wykonaj na podstawie zależności:

a) eksponencjalnej R_T =R_o⋅exp{β[(1/T)−(1/T_o)]},     
uwaga: β = − α_Ro⋅T_o²/100%.

b) prostej, liniowej jak dla metali R_T = R_o⋅(1+α_Ro⋅ΔT).
Uważaj na „%” w zapisie jednostek α_R . Porównaj wyniki z p.a) i b), wyciągnij wnioski.

c) Powtórz obliczenia jak w p.a) i b) ale dla T₃ = T_o−5K i T₄ = T_o+5K. Porównaj wyniki. Jakie wnioski?

d) Zmierzono R_T5 = 2,58kΩ w nieznanej temperaturze T₅ . Oblicz temperaturę T₅ w K i w °C.

e) Oblicz współczyn. α_R1 i α_R2 w temperaturach T₁ i T₂.

[ Odp. a) R_T1 = 4,53kΩ R_T2 = 312Ω

b) R_T1 = 2,64kΩ R_T2 = − 606Ω

c) R_T3a = 1,49kΩ R_T4a = 971Ω

R_T3b = 1,46kΩ R_T4b = 942Ω

d) T₅ = 281K ϑ₅ ≈ + 8°C

e) α_R1 = − 5,24%/deg α_R2 = − 3,44%/deg ]

_____________________

6. Warystor ma parametry: n = 6, U_ch = 100V przy I = 10mA. Obowiązuje zależność I=A*(U) ⁿ, A - stała.

a) Oblicz prąd płynący przez niego przy U₁ = 50V, U₂ = 90V. Oblicz napięcie U₃ , gdy prąd I₃ = 0,1A.

b) Oblicz stosunki napięć i stosunki prądów w punktach 3 i 2 charakterystyki warystora. Wyraź zależność między tymi stosunkami analitycznie.

c) Dla punktów 1, 2, 3 charakterystyki oblicz rezystancje: statyczną R = U/I i dynamiczną r = dU/dI. Zwróć uwagę na stałość R/r, uzasadnij to analitycznie.

[ Odp. a) I₁ = 156μA, I₂ = 5,31mA, U₃ = 147V,

b) U₃ /U₂ = 1,63 I₃ /I₂ = 18,8

c) (R/r)₁ = 320k/53,3k  = 6,00

(R/r)₂ = 16,9k/2,82k  = ,99

(R/r)₃ = 1,46k/243  = 6,01 ]

_____________________

7. Badano liniowy, unilateralny czwórnik. Wyznaczono transmitancję prądową przy dwóch rezystancjach obciążenia: dla R_L1 = 12,0kΩ k_i1 = − 17,3A/A

a dla R_L2 = 3,00kΩ k_i2 = − 30,6A/A.

Oblicz parametry czwórnika: k_io i R_o . Jakie założenie należy sformułować przed tym?

[ Odp. k_io = − 41,1A/A R_o = 8,71kΩ ]

_____________________

8. Przy temperaturze złącza ϑ_j1 = 28,8°C prąd wsteczny diody krzemowej I_R1 = 0,142 nA a napięcie przewodzenia U_F1 = 638 mV przy prądzie I_F1 . Temperatura złącza wzrosła do ϑ_j2 , przy której zmierzono I_R2 = 0,256 nA.

Oblicz przy tej temperaturze U_F2 , jeżeli I_F2 = I_F1 .

[ Odp. U_F2 = 617 mV ]

_____________________

9. Dysponujesz dwoma liniowymi, unilateralnymi czwórnikami, które w środku częstotliwościowego pasma mają parametry schematu zastępczego:

k_uo1 = 50V/V R_i1 = 50kΩ R_o1 = 10kΩ,

k_io2 = 30A/A R_i2 = 5kΩ R_o2 = 20kΩ.

a) Oblicz dla obu czwórników niezależnie parametry

k_uo , k_io , k_zo , k_yo .

b) Oblicz dla obu niezależnie parametry k_uef i k_ief przy współpracy z generatorem o R_g = 15kΩ i obciążeniem o R_L = 3kΩ. Oblicz stopień zmniejszenia wzmocnienia: D_u = k_uo /k_uef i D_i = k_io /k_ief.

[ Odp. a) k_uo1 = 50,0V/V k_uo2 = 120V/V

k_io1 = 250A/A k_io2 = 30,0A/A

k_zo1 = 2,50MΩ k_zo2 = 600kΩ

k_yo1 = 5,00mS k_yo2 = 6,00mS

b) k_uef1 = 8,88V/V D_u1 = 5,63

k_ief1 = 44,4A/A D_i1 = 5,63

k_uef2 = 3,91V/V D_u2 = 30,6

k_ief2 = 19,6A/A D_i2 = 1,53 ]

_____________________

10. Dwa aktywne, liniowe i unilateralne czwórniki szerokopasmowe współpracują ze sobą w kaskadzie. Parametry ich zdefiniowano dla środka pasma częstotliwościowego.

Pierwszy czwórnik, transimpedancyjny, ma:

R_i1 = 150Ω R_o1 = 300Ω k_zo1 = − 5V/mA = − 5kΩ,

a drugi, transadmitancyjny, ma:

R_i2 =2kΩ R_o2 = 5kΩ k_yo2 = − 5mA/V = − 5mS.

a) Oblicz zastępcze parametry kaskady: R_i , R_o , k_uo , k_io .

Uwaga: Przy liczeniu łącznej transmitancji zdefiniowane sygnały na styku czwórników muszą być tego samego typu, oba napięciowe lub oba prądowe.

b) Kaskada czwórników współpracuje ze źródłem sygnału o R_g = 50Ω i obciążeniem o R_L = 10kΩ. Oblicz parametry k_u , k_uef , k_i , k_ief .

[ Odp. a) R_i = 150Ω R_o = 5kΩ

k_uo = 723V/V k_io = 21,7A/A

b) k_u = 482V/V k_uef = 362V/V

k_i = 7,23A/A k_ief = 1,81A/A ]

_____________________

11. Połączono kaskadowo dwa liniowe, unilateralne czwórniki. Środki pasm obu pokrywają się; w tym zakresie ich parametry są zdefiniowane:

pierwszy czwórnik odwracający

R_i1 = 50kΩ R_o1 = 3kΩ k_uo1_[dB] = 37,5dB

drugi czwórnik nieodwracający

R_i2 = 1,5kΩ R_o2 = 300Ω k_zo2_[dB] = 31,6dB

(odniesione do 1kΩ)

Oblicz wypadkowe transmitancje kaskady: napięciową i prądową w zwykłych jednostkach i mierze logarytmicznej. Podaj rezystancje: R_i , R_o kaskady. Patrz „Uwaga” w zad. 10.

[ Odp. R_i = R_i1 = 50kΩ R_o = R_o2 = 300Ω

k_uo = − 632V/V k_uo_[dB]= 56,0dB
k_io = − 1,05⋅10⁵A/A k_io_[dB]= 100,4dB ]

_____________________

12. Do wyjścia czwórnika o

k_uo1 = − 25,0V/V R_i1 = 10kΩ R_o1 = 3,5kΩ

dołączono wejście czwórnika o

k_yo1 = + 15,0mS R_i2 = 2,5kΩ R_o2 = 1,5kΩ.

Oba czwórniki są liniowe, unilateralne.

a) Oblicz zastępcze parametry robocze całego, połączonego czwórnika: R_i , R_o , k_io , k_uo . Patrz „Uwaga” w zad. 10.

b) Oblicz parametry k_u , k_uef , k_i , k_ief ; źródło sygnału ma R_g = 5,0kΩ a obciążenie wyjścia R_L = 1,0kΩ.

[ Odp. a) R_i = 10kΩ R_o = 1,5kΩ

k_io = − 1,56kA/A k_uo = − 234V/V

b) k_u = − 93,6V/V k_uef = − 62,4V/V
k_i = − 936A/A k_ief = − 312A/A ]

_____________________

13. Prąd wsteczny diody krzemowej w temperaturze ₁ = 23,0°C przy U_R1 = 10V wynosi I_R1 = 0,720nA. Oblicz temperaturę ₂, w której prąd I_R2 = 2,38nA. Oblicz prąd wsteczny I_R3 w ₃ = − 15,0°C.

[ Odp. ₂ = 40,3°C I_R3 = 51,7pA ]

_____________________

14. Zmierzono napięcia przewodzenia diody krzemowej w temperat. 27,0°C dla dwóch prądów przewodzenia. Wyniki: U_F1 = 415mV dla I_F1 = 10,0A,

U_F2 = 503mV dla I_F2 = 0,100mA.

a) Oblicz parametry I_s , M⋅φ_T we wzorze Shockley'a (pomiń „- 1” we wzorze dla kier. przewodzenia).

b) Oblicz ze wzoru Shockley'a prąd wsteczny I_R przy U_D = − U_R = − 20,0V i temperaturze − 23,0°C.

c) Oblicz napięcie przewodzenia w tempera. 27,0°C i przy prądzie przewodzenia I_F = 25,0mA.

d) Oblicz minimalne napięcie przewodzenia w temperaturze 27,0°C, aby błąd pominięcia „-1” we wzorze Shockley'a nie przekroczył 1%.

[ Odp. a) M⋅_T = 38,2mV I_s = 191pA

b) I_R = 5,97pA

c) U_F = 714mV d) U_Fmin = 176mV ]

_____________________

15. Zmierzono napięcia przewodzenia diody Schottky'ego w temperaturze 27,0°C dla dwóch prądów przewodzenia. Wyniki:

U_F1 = 111mV dla I_F1 = 0,100mA,

U_F2 = 173mV dla I_F2 = 1,00mA.

Oblicz parametry I_s , M⋅φ_T (jak w zad.14), prąd wsteczny I_R przy U_D = − 20,0 V oraz napięcie przewodzenia U_F przy I_F = 25,0mA. Obliczenia dla ϑ_a = 27,0°C, pomiń moc w złączu. Porównaj z wynikami zad.14a,c.

[ Odp. M⋅_T = 26,9mV I_s = 1,61A

I_R = 1,61A U_F = 260mV ]

_____________________

16. Dioda stabilizacyjna BZP683-C6V8 ma parametry: U_Z = 6,8V, P_DM ≡ P_Dmax(25°C) = 0,4W, _jmax = 150°C.

Oblicz dopuszczalny prąd diody pracującej w zakresie stabilizacji I_Zmax dla _a1 = 25°C, _a2 = 100°C.

[ Odp. I_Zmax1 = 58,8mA I_Zmax2 = 23,5mA ]

_____________________

17. Dioda o ϑ_jmax = 180°C przy ϑ_amax1 = 60°C wytrzymuje moc P_Dm1 = 774mW.

a) Oblicz R_thj-a i P_Dm(25°C) ≡ P_DM tej diody.

b) Oblicz P_Dm2 gdy ϑ_amax2 = 100°C.

[ Odp. a) R_thj-a  = 155deg/W P_DM = 1,00W

b) P_Dm2 = 516mW ]

_____________________

18. Zbudowano stabilizator parametryczny napięcia z diodą stabilizacyjną: T_amax = 330K, R = 470 / 1W a

dioda BZP683-C8V2 o U_Z = 8,2V z tolerancją. ± 5%,

P_DM = 0,4W, r_Zmax = 10, T_jmax = 423K.

a) Oblicz dopuszczalny prąd diody I_Zmax oraz napięcie wyjściowe U_o .

b) Oblicz parametry robocze stabilizatora: rezystancję wyjściową r_o , współczynniki stabilizacji G_u [V/V] i S_u [%/%] dla U_inom = 21,0V.

c) Oblicz w warunkach znamionowych, tj. dla U_inom i U_Znom sumę prądów diody i obciążenia I_Z + I_o .

[ Odp. a) I_Zmax = 36,3mA, U_o = (7,79...8,61)V

b) r_o ≤ 10,

G_u ≤ 2,1⋅10 ^- 2V/V, S_u ≤ 5,4⋅10 ^- 2%/%

c) I_Z + I_o = 27,2mA ]

_____________________

Tematy kolokwium nr1 i nr2 z zimy 08/09

oraz parę zadań „dożynkowych”

W idealnym liniowym czwórniku transimpedancyjnym R_i i R_o :

Temperatura złącza p-n wzrosła o 40 deg. Prąd wsteczny złącza:

Zasada pracy tranzystora unipolarnego zwanego też polowym to:

Omawiany na wykładzie wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym, mający k_imax ≈ 1, k_umax ≈ U_Rc /40mV, małą R_o i dużą R_i to układ:

Temperatura złączy tranzystora npn zmalała o 20 deg. Napięcie U_BEQ w stanie normalnym aktywnym:

W tranzystorze Si npn I_C = 0,35 mA, U_CE = 6,53 mV. Jest on w stanie:

Z parametrów h tranzystora bipolarnego najważniejsze to:

Chciałbyś, aby skuteczność tłumienia tętnień w zasilaczu rosła wraz z prądem obciążenia wyjścia. Najlepszy do tego filtr:

W polowym tranzystorze złączowym będzie I_DSS ≈ 4I_DQ gdy:

Jedna z głównych wad impulsowych zasilaczy to:

Prąd płynący przez warystor zmalał 3 razy. To oznacza, że napięcie na nim:

Z parametrów małosygnałowych h tranzystora bipolarnego można w pierwszej kolejności pominąć przy analizie układów:

W tranzystorze JFET transkonduktancja g_m jest maksymalna gdy:

Zasada działania tranzystora bipolarnego to przetwarzanie wielkości:

Który zestaw cech uznajesz za najważniejszy dla wzmacniacza operacyjnego:

Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy ma w środku pasma ujemne wzmocnienie prądowe. Wynika z tego, że jest to układ:

Zjawisko Zenera jest związane z:

Zastosowanie dzielnika napięcia zasilania do polaryzacji bazy tranzystora w układzie wzmacniacza daje:

Podstawową cechą stabilizatorów parametrycznych jest:

Dwa liniowe, unilateralne czwórniki połączono kaskadowo (wejście drugiego z wyjściem pierwszego). Wypadkowa transmit. k_uo :

ZADANIA

W obliczeniach trzy cyfry znaczące, np. 34,8 0,984 246 6,88⋅10^-4 , niezbędne właściwe jednostki i znaki!!!

1. Liniowy, unilateralny czwórnik ma k_uef1 = 25,3 V/V przy rezystancji źródła sygnału R_g1 = 1,50 kΩ oraz
k_uef2 = 21,8 V/V przy R_g2 = 6,00 kΩ. Częstotliwość f i obciążenie R_L w pomiarach były stałe.

a) Oblicz R_i  czwórnika. (Rada: zapisz układ równań i rozwiąż go.)

b) Oblicz k_u  czwórnika.

2. Prąd wsteczny złącza p-n zmalał z I_R1 = 1,36 nA na I_R2 = 1,01 nA wskutek zmiany temperatury. Oblicz temperaturę złącza ϑ_j1, jeżeli ϑ_j2 = 23,0°C.

3. Tranzystor krzemowy npn (U_BEQ = 0,65 V, β ≈ β_o ≥ 240 A/A) ma być zastosowany we wzmacniaczu WE bez C_E o k_uo ≈ - 9,0 V/V i R_o ≈ 2,0 kΩ. Zasilanie E_C = + 15,0 V. Zastosuj uproszczone zależności.

a) Oblicz rezystory R_C i R_E .

b) Oblicz prąd I_CQ , przy którym będzie U_CEQ = 6,00 V.

c) Oblicz podział  PD = R₂ /(R₁ + R₂)  dzielnika napięcia  E_C do polaryzacji bazy aby osiągnąć U_CEQ z pkt. b). Załóż, że są spełnione oba warunki stabilizacji punktu pracy.

4. Liniowy, unilateralny czwórnik o transmitancji prądowej k_io = - 24,0 A/A, rezystancjach R_i = 15,0 kΩ R_o = 5,60 kΩ współpracuje ze źródłem sygnału o R_g = 12,0 kΩ i obciążeniem o R_L = 10,0 kΩ.

a) Oblicz transmitancję napięciową k_uo tego czwórnika.

b) Oblicz transmitancje napięciowe k_i , k_ief  w podanych warunkach pracy.

5. Krzemowy tranzystor npn małej mocy pracuje w układzie: U_CEQ = 6,25 V, I_CQ = 1,28 mA, I_BQ = 4,95 μA.

Oblicz parametry h_11e , h_21E , h_22e  tego tranzystora w podanym punkcie pracy Q.

6. Dioda stabilizacyjna (Zenera) typu ZPY12 ma parametry: U_Znom = 12,0 V, R_{th j-a} = 135 deg/W, ϑ_jmax = 200°C.

a) Oblicz jaką mocą P_Dmax można obciążyć tę diodę jeżeli temperatura otoczenia ϑ_a ≤ 80,0°C.

b) Oblicz minimalną wartość prądu diody I_Zmin , przy jakiej będzie jeszcze stabilizowała.

7. Prąd w warystorze I₁ = 2,68 mA gdy napięcie na nim U₁ = 45,0 V oraz I₂ = 21,0 mA gdy U₂ = 65,0 V. Oblicz parametry D , n zależności I = D[U/1V]ⁿ opisującej charakterystykę warystora. Uważaj na jednostki!

Promocja choinkowa. Kupiłem zestaw 50 żaróweczek choinkowych, połączonych szeregowo. Po tygodniu 4 z nich przestały świecić; są tak zrobione, że po przepaleniu zwierają. Oblicz, w % wzrost prądu w zestawie.

A. Liniowy, unilateralny czwórnik o transmitancji
k_io = - 10,3 A/A, rezystancjach R_i = 560 Ω i R_o = 3,30 kΩ współpracuje ze źródłem o R_g = 2,20 kΩ i obciążeniem o R_L = 820 Ω. Oblicz transmitancję napięciową k_uo i transmitancje k_i , k_ief  w tych warunkach

B. Liniowy, unilateralny czwórnik ma k_u1 = - 35,9 V/V przy rezystancji obciążenia wyjścia R_L1 = 470 Ω oraz
k_u2 = - 30,4 V/V przy R_L2 = 220 Ω. Oblicz R_o i k_uo  czwórnika. Rada: zapisz układ równań i rozwiąż go.

C. Tranzystor Si npn (U_BEQ = 0,65 V, β ≈ β_o ≥ 530 A/A) będzie we wzmacniaczu WE bez C_E o k_uo ≈ - 7,8 V/V i R_o ≈ 1,8 kΩ. Zasilanie E_C = + 12,0 V. Stosuj uproszczone zależności. Oblicz rezystory R_C i R_E  oraz prąd I_CQ , przy którym będzie U_CEQ = 5,0 V.

D. Prąd wsteczny złącza p-n wzrósł z I_R1 = 3,45 nA na I_R2 = 6,90 nA wskutek zmiany temperatury złącza..Oblicz temperaturę złącza ϑ_j2 , jeżeli ϑ_j1 = 19,5°C.

E. Tranzystor JFET z kan. n, U_P = - 3,0 V, I_DSS = 8,0 mA, r_ds ≈ 0,1 MΩ zastosujesz w źródle prądowym o I_o = 2,0 mA. Dobierz rezystor R_S , oblicz U_GSQ oraz zastępczą wyjściową rezystancję źródła r_o .

F. Dioda o ϑ_jmax = 150°C przy ϑ_amax1 = 60°C wytrzymuje moc P_Dm1 = 574 mW.  Oblicz R_thj-a i P_Dm(25°C) ≡ P_DM tej diody.  Oblicz P_Dm2 gdy ϑ_amax2 = 90°C.

G. Wzmocnienie napięciowe układu, w mierze logarytmicznej wynosi 33,6 dB. Oblicz napięcie wejściowe U_i układu, jeżeli wyjściowe U_o = 1,57V.

H. Zmierzono napięcia przewodzenia diody krzemowej dla prądów przewodzenia: U_F1 = 310 mV dla I_F1 = 1,50 A, U_F2 = 403 mV dla I_F2 = 7,00 A.  Oblicz parametry I_s , M⋅φ_T we wzorze Shockley'a (pomiń w nim „- 1” dla kier. przewodzenia).  Oblicz napięcie U_F3  przy I_F3 = 15,0 mA.

Tematy kolokwium nr1 i nr2 z lata 08/09

Różnice w zasadzie pracy stabilizatora parametrycznego i kompensacyjnego.

Co to jest termistor NTC i do czego może służyć?

Jakie znasz dwa podstawowe typy przebicia złączy p-n w kierunku zaporowym? Jakie są ich mechanizmy i znaki temperaturowych współczynników napięcia?

Wyjaśnij fizyczny sens parametrów małosygnałowych h tranzystora bipolarnego w układzie WE.

Kiedy można zastosować do opisu czwórnika aktywnego tylko trzy stałe parametry - jakie?

Różnice w zasadzie pracy stabilizatora o działaniu ciągłym i impulsowego.

Co to jest termistor PTC i do czego może służyć?

Jakimi trzema parametrami roboczymi opiszesz właściwości stabilizatora prądowego? Jakie rzędu powinny one być w bardzo dobrym stabilizatorze?

Podaj i uzasadnij zestaw kilku najważniejszych cech współczesnego wzmacniacza operacyjnego.

Jaką wielkością (parametrem) opisuje się wzmacniające właściwości złączowego FET'a? W jakich warunkach ma on maksymalną wartość?

Scharakteryzuj różnice definicyjne między transmitancjami aktywnego czwórnika: k_yo , k_y , k_yef .

Co opisuje równanie Shockley'a? Podaj jego uproszczoną wersję i napisz, kiedy można ją stosować.

Jaki typ krzywej opisuje charakterystykę przejściową JFET'a w połączeniu WS? Naszkicuj tę charakterystykę. W jakim stanie musi być wejściowe złącze tego tranzystora przy normalnej pracy?

Jaką wielkością opisuje się właściwości przetwarzania sygnału przez sam tranzystor bipolarny? Podaj jej oznaczenia i zdefiniuj ją.

Narysuj układ źródła prądowego na tranzystorze JFET. Opisz, w jakim celu jest stosowany rezystor w obwodzie elektrody S (źródła) tranzystora.

Scharakteryzuj różnice definicyjne między transmitancjami aktywnego czwórnika: k_io , k_i , k_ief .

Z jakim elementem i którym fragmentem jego charakterystyki wiążesz zjawisko Zenera? Czy występuje ono we wszystkich takich elementach? Czym odróżnia się ono od innych, podobnych zjawisk?

Jakimi parametrami opiszesz stan nasycenia tranzystora bipolarnego? Podaj definicję granicy między stanem nasycenia a stanem aktywnym normalnym.

Narysuj podstawowy układ polaryzacji tranzystora bipolarnego dla stabilnej pracy w wybranym ppQ, w układzie wzmacniacza małych sygnałów przemiennych. Czy znasz jakieś warunki do spełnienia?

Jakim parametrem opisuje się właściwości przetwarzania sygnału przez sam tranzystor polowy? Zdefiniuj tą wielkość i podaj jej nazwę.

ZADANIA

W obliczeniach trzy cyfry znaczące, np. 34,8 0,984 246 6,88⋅10^-4 , niezbędne właściwe jednostki i znaki!!!

1. Na wejściu układu jest U_i = + 772 mV a jego transadmitancja, w mierze logarytmicznej wynosi - 34,0 dB. Oblicz wartość sygnału wyjściowego.

2. Krzemowy tranzystor npn małej mocy pracuje w układzie, w ppQ: I_BQ = 7,23 μA, I_CQ = 2,28 mA, U_CEQ = 10,6 V. Oblicz parametry: h_11e , h_21E , h_22e  tranzystora w podanym punkcie pracy Q.

3. Prąd w warystorze I₂ = 17,5 mA gdy napięcie na nim U₂ = 67,0 V oraz I₁ = 3,85 mA gdy U₁ = 52,0 V. Oblicz parametry n, D  zależności I = D[U/1V]ⁿ opisującej charakterystykę warystora. (Zapisz układ równań i rozwiąż go. Uważaj na jednostki!)

4. Badania unilateralnego czwórnika: k_u1 = - 38,3 V/V przy R_L1 → ∞ Ω oraz k_u2 = - 34,7 V/V przy R_L2 = 2,70 kΩ.

a) Oblicz R_o i k_uo  czwórnika. b) Zmierzono dodatkowo k_u3 = - 30,9 V/V przy R_L3 = 1,20 kΩ. Oblicz powtórnie R_o , porównaj z poprzednią. Czy czwórnik pracuje liniowo?

5. Tranzystor JFET z kan. n, U_P = - 4,3 V, I_DSS = 11,4 mA, r_ds ≈ 0,12 MΩ zastosuj w źródle prądowym o I_o = 1,50 mA. Dobierz R_S , oblicz U_GSQ oraz wyjściową dynamiczną rezystancję źródła r_o .

6. Liniowy, unilateralny czwórnik o transmitancji k_uo = - 115 V/V, rezystancjach R_i = 5,60 kΩ i R_o = 3,30 kΩ współpracuje ze źródłem o R_g = 10,0 kΩ i obciążeniem o R_L = 1,80 kΩ. Oblicz transmitancje prądowe k_io oraz k_i , k_ief  w tych warunkach.

7. Prąd wsteczny złącza p-n wzrósł z I_R1 = 0,65 nA na I_R2 = 1,04 nA wskutek zmiany temperatury złącza. Oblicz temperaturę złącza ϑ_j1 , jeżeli ϑ_j2 = 19,7°C.

8. Tranzystor Si npn (U_BEQ = 0,65 V, β ≈ β_o ≥ 440 A/A) będzie we wzmacniaczu WE bez C_E o k_uo ≈ - 6,9 V/V i R_o ≈ 2,7 kΩ. Zasilanie E_C = + 18,0 V. Stosuj uproszczone zależności. Oblicz rezystory R_C i R_E  oraz prąd I_CQ , przy którym będzie U_CEQ = 8,0 V.

9. Na wyjściu układu jest U_o = − 5,38 V a jego transimpedancja wynosi + 83,6 dB. Oblicz wartość sygnału wejściowego.

10. Krzemowy tranzystor pnp małej mocy w układzie, w ppQ: I_BQ = − 5,87 μA, I_CQ = − 1,17 mA, U_CEQ = − 8,12 V. Oblicz parametry tranzystora: h_11e , h_21E , h_22e  w podanym punkcie pracy Q.

11. Prąd w termistorze jest stały: I = 30,0 A. Napięcie na termistorze U₁ = 51,8 mV gdy ϑ₁ = 23,0°C oraz U₂ = 49,5 mV gdy ϑ₂ = 24,2°C. Przyjmij opis zależności rezystancji termistora przy małych zmianach temperatury funkcją liniową: R_T = R_T0(1+_T⋅T). Oblicz termiczny współczynnik rezystancji _T w podanej zależności, w [%/deg].

12. Zbadano liniowy czwórnik: k_i1 = - 18,2 A/A przy R_L1 → 0 Ω oraz k_i2 = - 12,3 A/A przy R_L2 = 430 Ω. Załóż, że jest także unilateralny. a) Oblicz k_io  i  R_o czwórnika. b) Oblicz k_uo , jeżeli R_i = 300 Ω. c) Oblicz k_u2 , gdy R_L2 = 430 Ω.

13. Tranzystor JFET z kan. p, U_P = + 3,2 V, I_DSS = − 8,5 mA, r_ds ≈ 0,12 MΩ zastosuj w źródle prądowym o I_o = − 2,20 mA. Dobierz R_S , oblicz U_GSQ oraz wyjściową dynamiczną rezystancję źródła r_o .

14. Liniowy, unilateralny czwórnik o wzmocn. prądowym k_io = - 8,65 A/A, rezystancjach R_i = 560 Ω i R_o = 4,30 kΩ współpracuje ze źródłem o R_g = 1,50 kΩ i obciążeniem o R_L = 2,40 kΩ. Oblicz transmitancje napięciowe k_uo oraz k_u , k_uef  w tych warunkach.

15. O ile stopni Kelwina musi zmienić się temperatura złącza p-n, aby jego prąd wsteczny zmalał do 8,5%?

16. Tranzystor Si npn: U_BEQ = 0,63 V, β ≈ β_o ≈ 270 A/A będzie we wzmacniaczu WE bez C_E o k_uo ≈ - 6,9 V/V, k_io ≈ - 12 A/A i R_i ≈ 10 kΩ. Zasilanie E_C = + 12,0 V. Stosuj uproszczone zależności. Oblicz rezystory R_C i R_E  oraz prąd I_BQ , przy którym będzie U_CEQ = 5,00 V.

6

---