1. Amplificatoare cu tranzistoare
1. Pentru amplificatorul din figura se cunosc: ±VAl=±12V,
1
mA6,1,K7,4,K500 IRR DG
V5,0,2,V/mA1,0 2 PVLWk .
a) 0,75p. Care este PSF ? DSD VI ,
b) 0,75p. Ce valori au parametrii amplificatorului ?
Care este modelul echivalent al amplificatorului? oiv RRA ,,
c) 0,75p. Care sunt cronogramele semnalelor pentru
VAl
),(),(),(),( titvtvtv DOoG ]mV[sin500)( ttvi ?
d) 0,75p. In ce conexiune este amplificatorul ? Care parametri ai amplificatorului se modifica si cum daca la iesire se conecteaza o rezistenta de sarcina K7,4 LR ?
-VAl 1.Pentru amplificatorul din figura se cunosc: V12AlV ,
K2,2,K12,K24,200 21 EBB RRR
K2CR .
e) 0,75p. Care este PSF ? CEC VI ,
f) 0,75p. Ce valori au parametrii de semnal mic ai tranzistorului ? Care este schema echivalenta pentru variatii a amplificatorului ?. Se consideră . mA5,1IC
g) 0,75p. In ce conexiune este amplificatorul ? Ce valori au ?
VAl
iC
vO
oiv RRA ,,
h) 0,75p. Care sunt cronogramele semnalelor pentru ),(),(),( titvtv COo
]mV[sin20)( ttvi ?
Pentru tranzistorul T, VBE , on=0,6V VCC=12Va) 0,75p Cum arată schema echivalentă a circuitului în curent continuu? Determinaţi punctul static de funcţionare al T şi poziţionaţi acest PSF pe familia de caracteristici
RB1 RC CC 10K 2K F
parametruBiCEC )(vi a T din figură.
b) 0,5p În ce regiune de funcţionare lucrează T în curent continuu în acest etaj? Justificaţi răspunsul, grafic sau numeric (prin relaţii matematice). Delimitaţi cele 3 regiuni posibile de funcţionare ale unui tranzistor bipolar pe familia de caracteristici
parametruBiCEC )(vi din figură.
c) 0,5p Cum arată modelul de semnal mic, medie frecvenţă al T? Ce valori au parametrii de model: β; rbe; gm? Se va considera ro→∞.
RB2 5K
T
RL 3Κ
CB=47F
vi RE 1,7K
vO
CΕ 47F
d) 0,75p Cum arată schema echivalentă de semnal mic, medie frecvenţă a circuitului? În ce conexiune este T în acest etaj?
Determinaţi expresia şi valoarea amplificării în tensiune a etajului, i
ov v
vA . Cum arată vO(t) pentru vi(t)= 15 sin ωt
[mV]? P1. 2.5p For T: VTh=3V; β=0.1 mA/V2; VA=100V. a) 0.75p Draw the D.C. equivalent circuit for this schematic. Compute the quiescent point of T, Q(VDS, ID), and show that T is biased in (aF). b) 0.75p Compute the D.C. voltage drops on all the components in the circuit above (including the capacitors). c) 0.5p Compute the following small signal model parameters of T: gm; ro. Does the transistor model and/or the model parameters modify if we use a transistor with the same β and VA, but with VTh=4V? Explain your answer. d) 0.5p Draw the small signal equivalent circuit of this stage in midfrequency. What is the configuration of this stage and what
is the value of the voltage gain Av=i
o
v
v?
(You can assume ro sufficiently large to be ignored in the computation). P1. 2p Tranzistorul T are parametrii: β=0,2 mA/V2; VP=3V; VA=100V e) 0,25p Cum arată schema echivalentă a circuitului în curent continuu? f) 0,75p Determinaţi punctul static de funcţionare al T şi arătaţi că T lucrează în regiunea activă directă (aF). g) 0,5p Care sunt valorile tuturor curenţilor continui din circuit (prin componentele din schemă şi curentul absorbit de la sursa de alimentare)? Determinaţi valorile căderilor de tensiune continuă pe componentele din circuit: RG1, RG2, RD, RS, şi valorile tensiunilor VGS, VDS, VGD. h) 0,5p Cum arată modelul de semnal mic al T corespunzător operării sale în (aF) în punctul static de funcţionare determinat la punctul (b) şi ce valori au parametrii de model: gm, ro? Pentru ce aplicaţie va fi folosit circuitul? În ce conexiune este T (în regim de semnal mic, medie frecvenţă) în acest etaj?
2
3
P1. 2p For T: VTh=2V; β=0.4 mA/V2; VA=120. 0.25p On the D.C. equivalent circuit, show that T is biased in (aF). e) 0.5p Draw the small signal equivalent circuit for this MOST amplifier stage in the midfrequency domain. What is the configuration of the stage? f) 0.75p What are the expressions and values of: the voltage gain of the stage,
Av=i
o
v
v; the input resistance
Ri; the output resistance Ro? g) 0.5p If vi(t)=15 sin ωt [mV], plot vo(t) and vO(t), assuming T is in (aF) for this input signal amplitude. 1. 3,5 p For T, VTh=3V; =0.2 mA/V2; VA=100V.
VDD=20V a) 0,5p Draw the D.C. equivalent schematic of this circuit.
b) 1p Compute the quiescent point of T and proove that T works in aF.
c) 0,75p Draw the small signal equivalent schematic in midfrequency for this stage. What are the values of the small signal model parameters of T: gm; ro , assuming ID=0.2 mA? What is the configuration of this stage?
d) 0,75p For the small signal, midfrequency model of the stage, find the expressions and values of: Av; Ri; Ro. Plot vO(t) and vo(t) for vi(t)= 150 sin 2104t [mV][Hz].
RG1 RD 3M 20k Co=100
Ci
e) 0,5p What is the minimum possible value for RL to have a voltage gain Av 2? Do other parameters of the stage change in this case? If yes, how?
1. 3,5 p Pt. T, VP=3V; =0,2 mA/V2; VA=100V. f) 0,5p Desenaţi schema echivalentă a
circuitului în c.c. g) 1p Calculaţi punctul static de funcţionare
(PSF) al T şi arătaţi că T lucrează în aF. h) 0,75p Desenaţi schema echivalentă a
circuitului la semnal mic, medie frecvenţă. Ce valori au parametrii de model ai T: gm;
RG2 1M
T
RS
5k
100 F
vi CS 100 F
vO vo RL
VDD=20V
RG1 RD 3M
20k Co=100F
Ci
RG2 1M
T
RS 5k
100 F
vi CS 100 F
vO vo RL
ro , considerând că ID=0,2 mA? În ce conexiune este T? i) 0,75p Pentru schema de semnal mic, medie frecvenţă a amplificatorului, determinaţi expresiile şi valorile:
Av; Ri; Ro. Cum arată vO(t) şi vo(t) pentru vi(t)= 150 sin 2104t [mV][Hz]? j) 0,5p Care este valoarea minimă posibilă pentru RL astfel încât modulul amplificării etajului să fie 2? Se
modifică alţi parametri ai etajului în acest caz? Dacă da, cum?
4
P1. 2,5 p Pentru tranzistorul T, VBE , on=0,6V
i) 0,75p Cum arată schema echivalentă a circuitului în curent continuu? Determinaţi punctul static de funcţionare al T şi poziţionaţi
acest PSF pe familia de caracteristici parametruBiCEC )(vi a T din figură.
j) 0,5p În ce regiune de funcţionare lucrează T în curent continuu în acest etaj? Justificaţi răspunsul, grafic sau numeric (prin relaţii matematice). Delimitaţi cele 3 regiuni posibile de funcţionare ale unui tranzistor bipolar pe familia de caracteristici
parametruBiCEC )(vi din figură.
k) 0,5p Cum arată modelul de semnal mic, medie frecvenţă al T? Ce valori au parametrii de model: β; rbe; gm? Se va considera ro→∞. l) 0,75p Cum arată schema echivalentă de semnal mic, medie frecvenţă a circuitului? În ce conexiune este T în acest etaj? Determinaţi
expresia şi valoarea amplificării în tensiune a etajului, i
ov v
vA . Cum arată vO(t) pentru vi(t)= 15 sin ωt [mV]?
1. Se dă aplificatorul cu tranzistor din figura a) Cu ajutorul osciloscopului se vizualizează vI(t) şi vO1(t), prezentate în figura b). 1p a) Ce valoare are amplificarea în tensiune, considerând ieşirea în colector ? 1p b) Care este cronograma tensiunii vO1(t) pentru RC=1,5K şi vI din figura b) ?
0,5p c) Cât este amplificarea în tensiune, considerând ieşirea în emitor? Care este cronograma vo2(t) pentru RC=3KΩ?
RB1 10K
RB2 5K
T
RC 2K
RL 3Κ
CB=47F
CC F
VCC=12V
vi RE 1,7K
CΕ 47F
vO
2 4 6 8
2
4
iB4=40μA 8
6
vCE[V]
iB1=10μA
iB3=30μA
iB2=20μA
vI[V]
vo2
vI=VI+vi
vO1
RC 3K
Co
RE 0,65K
Vcc=12V 2,5
2
t
t
vO1[V]
6
3,75
1,5
8,25
t a) b)
1. Se dă circuitul cu tranzistor n-MOS pentru care se cunosc K=6mA/V2 şi VP=2V. Condensatoarele Ci şi Co se consideră scurt-circuit la frecvenţa de lucru. Se cunoaste ID=K(VGS-VP)2.
+VDD =12V
RD RG1
5
0,5p a) În ce conexiune e legat tranzistorul şi ce aplicatie realizează circuitul ? 3M 1.5K
1p b) Care este schema echivalentă la semnal mic şi joasă frecvenţă? D 1p c) Calculaţi amplificarea în tensiune Av =vo/vi, Rin şi Rout. Co
vo
a) 0,75p Determinaţi PSF (VCE, IC) al T în ipoteza IB<<I1, IB<<I2. Arătaţi că T lucrează în aF. b) 0,5p Cum arată schema echivalentă a circuitului la semnal mic, medie frecvenţă, considerând în modelul T că ro? În ce conexiune este T în acest etaj? c) 0,75p Care sunt expresiile şi valorile: rezistenţei de intrare Ri a etajului; rezistenţei de ieşire Ro a etajului; amplificării în tensiune Av a etajului? Cum se modifică aceste expresii/valori dacă se conectează la ieşirea circuitului o rezistenţă de sarcină RL=3 K? Cum arată vo(t) pentru vi(t) = 10 sin t [mV] în ambele situaţii? d) 0,5p Dacă în schema din figură se omite legarea condensatorului CE în paralel cu RE, cum se modifică schema echivalentă a circuitului la semnal mic, medie frecvenţă? Cum se modifică formula şi valoarea amplificării în tensiune a etajului Av în acest caz? P1. 2,5p Pentru T: =0,2 mA/V2 ; VP=2V; VA=100V e) 0,75p Desenaţi schema echivalentă a circuitului în c.c.. În ce PSF (VDS, ID) lucrează T? Arătaţi că acest PSF este poziţionat în aF. f) 0,5p Cum arată modelul de semnal mic, medie frecvenţă al T corespunzător funcţionării în aF? Calculaţi parametrii de model: gm ; ro. g) 0,5p Reprezentaţi grafic: (1) caracteristica de transfer iD(vGS) a T, corespunzătoare funcţionării sale în aF ; (2)
trei caracteristici de ieşire parametruvi GSvDSD , pentru trei valori vGS>VP (la alegere), menţionând pentru
fiecare caracteristică, numeric, valorile: VDS,sat ; ID în regiunea activă (aF); VGS. h) 0,75p Reprezentaţi, în planul caracteristicilor statice de ieşire ale T, dreapta de sarcină iD(vDS) a T şi amplasaţi pe această dreaptă PSF al T determinat la punctul (a). Dacă dorim ca PSF al T să fie amplasat la mijlocul dreptei de sarcină, ce valoare trebuie să aibă tensiunea VGS? Redimensionaţi rezistenţele RG1, RG2 pentru
S Ci G
vi RG2
1M
a obţine PSF la mijlocul dreptei de sarcină (toate celelalte valori din schemă rămân nemodificate). Ce avantaj are această polarizare a T, cu PSF la mijlocul dreptei de sarcină, pentru folosirea etajului ca amplificator?
P1. 2p For T, =0.2mA/V2; VTh=3V; VA=100V.
6
The quiescent point of T is: ID=5mA; VDS=13V, and VGS=8V. a) 0.25p Prove that T works in aF. Draw the small signal equivalent model of T in midfrequency. What are the values of the model parameters: gm; ro? b) 0.75p Draw the small signal equivalent circuit of this schematic in midfrequency. Compute: the voltage gain of the stage, A-v=vo/vi; the input resistance Ri; the output resistance Ro of the stage. Assume R1<<RG. What is the configuration of T in this amplifier stage? c) 0.5p Draw the small signal equivalent circuit of this schematic in low frequency. d) 0.5p Estimate fL from the frequency response of this amplifier stage, and represent approximately its Bode plot in the low-to-mid frequency domain. Assume ro→∞.
P1. 2p
Pentru T, =0,2mA/V2; VP=3V; VA=100V. PSF al T este: ID=5mA; VDS=13V, iar VGS=8V. e) 0.25p Arătaţi că T lucrează în aF. Cum arată modelul de semnal mic al T în acest regim şi ce valori au parametrii de model: gm; ro? f) 0.75p Cum arată schema echivalentă a circuitului la semnal mic, medie frecvenţă? Determinaţi: amplificarea în tensiune a circuitului, Av=vo/vi; Ri a amplificatorului; Ro a
amplificatorului. Se va considera R1<<RG. În ce conexiune este T în acest etaj? g) 0.5p Cum arată schema echivalentă a circuitului la semnal mic, joasă frecvenţă? h) 0.5p Estimaţi frecvenţa joasă, fL, din răspunsul în frecvenţă al circuitului şi trasaţi aproximativ diagrama Bode a circuitului în domeniul frecvenţelor joase şi medii. Se va considera ro→∞.
P1. 2p
For T, VTh=2V; =0.1mA/V2; VA=100V i) 0.25p Draw the D.C. equivalent circuit for this schematic.
7
j) 0.75p Determine the quiescent point of T, Q(ID,VDS). What is the operating region of T in D.C.: off, ex.c. or aF? k) 0.5p Draw the small signal model of T, corresponding to the operating region found in (b). What are the values of the model parameters? l) 0.5p Plot qualitatively a family of output characteristics iD(vDS) with vGS parameter for T. On this family of characteristics, illustrate the variation of the quiescent point of T with: (1) VP, if VP=1V...4V; (2) , if =0.1mA/V2...0.4mA/V2. Do the model parameters values change with (1) VP; (2) ? Explain your answer.
P1. 2p
Pentru T, VP=2V; =0,1mA/V2; VA=100V m) 0.25p Cum arată schema echivalentă a circuitului în c.c.? n) 0.75p Calculaţi PSF al T, Q(ID,VDS). În ce regiune de funcţionare este T în c.c.: b, c.ex. sau aF? o) 0.5p Cum arată modelul T, corespunzător regiunii de funcţionare determinată la punctul (b), şi ce valori au parametrii din model? p) 0.5p Trasând o familie de caracteristici statice de ieşire iD(vDS) cu vGS parametru ale T, ilustraţi pe această familie variaţia PSF al T cu: (1) VP, dacă VP=1V...4V; (2) , dacă =0,1mA/V2...0,4mA/V2. Se modifică sau nu valorile parametrilor de model ai T? Justificaţi răspunsul.
P1. 2p
Pentru T: =0,2 mA/V2 VDD=15V VP=4V
8
VA=100V 0,25p a) Cum arată schema echivalentă a circuitului în c.c.? 0.75p b) Ce valori au ID şi VDS în PSF al T? Arătaţi că T lucrează în aF. 0.5p c) Cum arată schema echivalentă a circuitului la semnal mic, medie frecvenţă? Ce valori au gm şi ro din modelul de semnal mic al T? Deduceţi expresia şi
valoarea amplicării în tensiune i
ov v
vA a circuitului,
considerând .
RG1 RD 1M 5k Co=100F
CG
or
0,5p d) Cum arată cronogramele semnalelor vO(t) şi vo(t) pentru vi(t)=0,2 sint [V]?
1. Se dă circuitul cu tranzistor n-MOS pentru care se cunosc K=6mA/V2 şi VP=2V. Condensatoarele Ci şi Co se consideră scurt-circuit la frecvenţa de lucru. Se cunoaste ID=K(VGS-VP)2. 0,5p a) În ce conexiune e legat tranzistorul şi ce aplicatie realizează circuitul ? 1p b) Care este schema echivalentă la semnal mic şi joasă frecvenţă? 1p c) Calculaţi amplificarea în tensiune Av =vo/vi, Rin şi Rout.
A1. Se dă circuitul cu tranzistor n-MOS pentru care se cunosc VP=2V si curentul in punctul static ID=0.5mA. Condensatoarele Ci , Co si CS se consideră scurt-circuit la frecvenţa de lucru. Se cunoaste ID=K(VGS-VP)2. 0,5p a) În ce conexiune e legat tranzistorul şi ce aplicatie realizează circuitul pentru K in conductie respectiv in blocare? 0.5p b) Care este schema echivalentă la semnal mic şi joasă frecvenţă in ambele situatii de mai sus? 0.5p c) Calculaţi amplificarea în tensiune Av =vo/vi pentru K in conductie respectiv blocare. 1P d) Cum arata vO(t) si vo(t) daca vI(t) este un semnal triunghiular cu amplitudinea de 100mV axat pe 3V pentru K blocat ?
RG2 2M
T Ci
RS 5k
100 F
vi
100 F vO vo
+VDD =18V
RD RG1 1.5K 15M
D Co
vo S Ci G
vi RG2
3M
+VDD =12V
RD RG1 6K 3M
D
vo
Co
vI=vi+VI RG2
1M
Ci G
RS
1K
vO
K
CS
+20V
5K 110K 10
9
I. Pentru amplificatorul din figura se cunoaste IC=1mA in PSF si frecventa lui vi este de 10KHz.
1p a) Care sunt valorile amplificării Av=vo/vi şi a rezistenţei de intrare Ri ?
1p b) Cum se modifică (creşte/scade) modulul Av şi Ri dacă se elimină condensatorul C din circuit ?
C1. Pentru amplificatorul din figură s-au calculat: ID= 0,6mA gm=0,8mS în P.S.F. 0,5p a) În ce conexiune este legat tranzistorul? 1p b) Calculaţi amplificarea în tensiune Av= vo/vi pentru RD= 15KΩ. 1,5p c) Care sunt cronogramele tensiunilor vi(t), vI(t) şi vo(t) pentru vi(t)=0,3sin( t50002 ), presupunând că Av=-8 pentru RD=10KΩ?
P3. 2p Consider the transistor amplifier in figure i) The waveforms in figure ii) are displayed with an oscilloscope on the dc coupling mode. 0.5p a) What is the value of the voltage gain considering the output in the collector of the transistor? 1p b) How does the waveform vO1(t) look like assuming RC=1.5K and vI the one in figure ii) ?
0,5p c) What is the value of the voltage gain considering the output in the emitter of the transistor? How does the waveform vO2(t) look like assuming RC=1.5K and vI the one in figure ii)?
10K
vi
Ci vo
10 Co T
~
0.5K 10
C
VDD= 15V
Ci → ∞ vO
RG1 R200K
D
vo Co → ∞
vI
vi
vI[V]
vo2
vI=VI+vi
vO1
RC 3K
Co
RE 0,65K
Vcc=12V 2,5
2
t
t
vO1[V]
6
3,75
1,5
8,25
i) ii)
P3. 2.5p For BJT in the circuit, vBE, on=0,6V and =100.
10
0.75p a) Draw the dc equivalent circuit. Compute the quiescent point of BJT, Q(IC,VCE). 0.5p b) Draw the small signal equivalent circuit. What is the amplifier configuration? Explain. 0.75p c) What are the expressions and values of: transconductance gm; gain Av=vo/vi; input resistance Ri; output resistance Ro.
VDD=15V RB1
RC 16k 5k Co=100F
0.5p d) Draw the waveforms of vC(t); vo(t) if vi(t)=20 sin 2π·104t [mV][Hz]. P3. 2.5p For T: VTh=3V; =0.4 mA/V2; ro. 0.75p a) Draw the dc equivalent circuit. Compute the quiescent point of TMOS, Q(ID,VDS). 0.5p b) Draw the small signal equivalent circuit. What is the configuration of the amplifier? Explain. 0.75p c) What are the expressions and values of: transconductance gm; gain Av=vo/vi; input resistance Ri; output resistance Ro. 0.5p d) Plot: vo(t); vD(t), for vi(t)=0.5sin 2π·104t [V][Hz]. P.3. 2,5p i) 0,75p Determinaţi PSF (VCE, IC) al T în ipoteza IB<<I1,
IB<<I2. Arătaţi că T lucrează în aF. j) 0,5p Cum arată schema echivalentă a circuitului la semnal mic, medie frecvenţă, considerând în modelul T că ro? În ce conexiune este T în acest etaj? k) 0,75p Care sunt expresiile şi valorile: rezistenţei de intrare Ri a etajului; rezistenţei de ieşire Ro a etajului; amplificării în tensiune Av a etajului? Cum se modifică aceste expresii/valori dacă se conectează la ieşirea circuitului o rezistenţă de sarcină RL=3 K? Cum arată vo(t) pentru vi(t) = 10 sin t [mV] în ambele situaţii? l) 0,5p Dacă în schema din figură se omite legarea condensatorului CE în paralel cu RE, cum se modifică schema echivalentă a circuitului la semnal mic, medie frecvenţă? Cum se modifică formula şi valoarea amplificării în tensiune a etajului Av în acest caz?
RB2 4k
T
RE 4k
CB
100 F
vi
Ci 100 F vC vo
VAl=20V
RG1 RD 6M 5k Co=100F
CG
RG2 4M
T Ci
I 1.6mA
100 F
vi
100 F vD vo
-VAl=-20V
P3. Pentru TB din figură se cunosc vBE, on =0,7V şi =100. 1p a) Desenaţi schema echivalentă în c.c. a acestui circuit. Determinaţi punctul static de funcţionare al TB Q(IC,VCE) şi demonstraţi că tranzistorul funcţionează în regiunea (aF).
+20V
R3 Co 10 R1 8K 1Ci 30K
11
0.75p b) Desenaţi schema echivalenta de semnal mic. Ce valori au gm şi rbe din modelul de semnal mic al tranzistorului ? În ce conexiune se află TB în acest circuit? Explicaţi. 0.75p c) Care sunt expresiile şi valorile amplificării în tensiune Av=vo/vi, rezistenţei de intrare Ri şi a rezistenţei de ieşire Ro pentru acest circuit ? 0.5p d) Desenaţi cronogramele vO(t); vo(t), pentru vi(t)=10 sin 2π·104t [mV][Hz]. P3. 3p Pentru TMOS din figură se cunosc VP=2V; =0.5 mA/V2; VA=100V şi ro. 1p a) Desenaţi schema echivalentă în c.c. al acestui circuit. Determinaţi punctul static de funcţionare al TMOS Q(ID,VDS). 0,75p b) Desenaţi schema echivalenta de semnal mic. Ce valori au gm şi ro din modelul de semnal mic al tranzistorului ? În ce conexiune se află TMOS în acest circuit? Explicaţi. 0.75p c) Care sunt expresiile şi valorile amplificării în tensiune Av=vo/vi, rezistenţei de intrare Ri şi a rezistenţei de ieşire Ro pentru acest circuit ? 0.5p d) Desenaţi cronogramele vO(t); vo(t), pentru vi(t)=100 sin 2π·104t [mV][Hz]. P3. 2p Pentru T: VP=3V; β=0.1 mA/V2; VA=100V. h) 0.75p Desenati circuitul echivalent în curent continuu. Determinati punctul static de functionare al T, Q(VDS, ID) şi aratati ca T este polarizat (aF). i) 0.75p Calculati caderea de tensiune continua pe fiecare componenta din circuit (inclusiv condensatoare). j) 0.5p Desenati circuitul echivalent de semnal mic pentru frecventa medii. Care este conexiunea amplificatorului şi ce valoare are amplificarea în
tensiune Av=i
o
v
v?
R2
20K
vi
10
~ vo
R4
2.5K
10 CE
vBE, on IC
VCE
RL
2K
vO
VAl=20V
RG1 RD 6M 5k Co=100F
CG
RG2 2M
T Ci
I 2mA
100 F
vi
100 F vO vo
-VAl=-12V
P1.
12
Pentru T, VP=3V; =2L
KW=0,2mA/V2.
La semnal mic, medie frecvenţă, se vor considera CG, CD şi CS – scurtcircuit. m) 0,5p Cum arată schema echivalentă în curent continuu a circuitului? Calculaţi PSF (VDS, ID) al T şi arătaţi că T lucrează în (aF). n) 0,5p Cum arată schema echivalentă a acestui etaj amplificator cu TMOS la semnal mic, medie frecvenţă? Determinaţi valoarea parametrului de model gm al T la semnal mic. Se va considera că în modelul de semnal mic al T, ro. o) 0,5p Determinaţi expresiile şi valorile:
amplificării în tensiune a etajului, Av=i
o
v
v;
rezistenţei de intrare a etajului, Ri; rezistenţei de ieşire a etajului, Ro. p) 0,5p Dacă vi(t) are forma din figură, cum arată cronogramele tensiunilor: vo(t); vD(t)? P1. 2p In the operating point gm=2ms. 0.5p a) What is the small signal equivalent circuit in the low frequency range? 1p b) What are the expressions and values of cut-off frequency due to the presence of C1 and C2? 0.5p c) What is the value of the low cut-off frequency of the transfer function for this circuit?
20
-20
vi[mV]
t
VSS = -10V
~T
VDD =10V
vo
RD 15K
vi
IPol 0.8mA
CD=22μF
CG=22μF
CS 22μF
vD
RG RL→∞ 2,2M
-VPS
VPS
R3
C1 vo R1 T
10KΩ 22μ
R2 ~vi 1MΩ I C2 R4
10μ 100KΩ
2. Circuite cu reactie
13
P1. 2p Se da schema bloc a unui amplificator cu RN, cu a=1000 si r=0.099. 0.5p a) Care este expresia si valoarea amplificarii totale a circuitului A? 0.5p b) Care este configuratia reactiei? 0.5p c) Considerand vs(t)=50sinωt [mV] deduceti expresiile semnalelor vo(t), vr(t) si vi(t) si reprezentati grafic semnalele. 0.5p d) Daca rezistentele de intrare si de iesire ale cirucitului fara reactie sunt Ri=6KΩ, Ro=50KΩ calculati valorile rezistentelor de intrare si de iesire ale circuitului cu RN. Using an OpAmp and the 2-resistors network in the figure below, we build a negative feedback amplifier in the series-parallel configuration. For the OpAmp we know: the open loop gain has the nominal value aO.A.=2·105 and a percentual variation around the nominal value of ±5%; the Bode plot of the OpAmp is given below. a) 0.5p Draw the circuit for the resulting feedback amplifier. Mark on the circuit the signals: xs, xr, xi and xo. b) 0.75p Choose some values for the resistors R1 and R2 so that the resulting negative feedback amplifier to have a percentual variation of the closed-loop gain of ±0.0002% around the nominal value. What is the nominal value of the closed-loop gain in this case? c) 0.75p For R1 and R2 chosen at (b), what is the expression and value of r? Draw the Bode plot of the resulting amplifier with negative feedback. What will be the value of the bandwidth for the negative feedback amplifier? Comment on the effect of the negative feedback on the amplifier’s properties.
RL
vs vi vo
vr vo
a
r
A
In the quiescent point of T, IC=2mA. For T: β=100; the high frequency in the transistor’s frequency response is fH=2KHz. a) 0.75p For the feedback circuit above, which component forms the open-loop amplifier and which - the feedback two-port? Mark the signals xs, xr, xi and xo. What is the feedback topology? b) 0.5p What are the expressions and values of: a; r; Δ, in the ideal negative feedback hypothesis? (Hint: when computing a, you will only consider the open-loop amplifier, decoupling completely the feedback two-port from the schematic; when computing r, consider separately the feedback two-port, with xo as signal applied on its input and with the output in short-circuit). Prove that the circuit has negative feedback. c) 0.75p Assuming a= -500 [KΩ] and r = -0.05 [mS], compute: the circuit’s gain,
A=s
oi
v; the bandwidth Br of the circuit with
feedback. How do the input and output resistances modify as compared to the ones of the open loop amplifier?
14
3. Stabilizatoare liniare de tensiune
3. a) 1p. Ce aplicatie realizeaza circuitul ? Care sunt expresiile si valorile pentru
?
15
minmax , OO VV
b) 1p. Cum se poate completa circuitul astfel incat IO sa fie limitata la IOmax=750mA? c) 1p. Consideram circuitul de la punctul anterior (IOmax=750mA) si cursorul potentiometrului pe pozitia de mijloc. Care sunt puterile maxime disipate pe T pentru RL1=70Ω, respectiv RL2=5Ω ? P3. 2p Pentru LM723, VREF=7,15V. Pentru T şi Tp, VBE,on=0,6V. Se va neglija curentul de emitor al tranzistorului Tp faţă de curentul de emitor prin T. a) 0,5p Care este expresia tensiunii VO în funcţie de poziţia cursorului potenţiometrului P? În ce domeniu de valori se poate regla tensiunea VO în această schemă? Arătaţi că circuitul este un stabilizator de tensiune în raport cu orice cauză de variaţie a vO. b) 0,5p Care componente din circuit asigură protecţia stabilizatorului în cazul unui scurtcircuit la ieşire? Care este valoarea maximă, IO Max, permisă de circuitul de protecţie pentru curentul de ieşire iO? c) 0,5p Cum arată caracteristica vO(iO) a stabilizatorului din figură considerând poziţia cursorului lui P la mijlocul lui P, pentru o variaţie a RL de la ∞ (gol) la 0 (scurtcircuit)? d) 0,5p Calculaţi puterile maxime disipate pe tranzistorul extern T în următoarele condiţii: (1) imediat după intrarea în conducţie a tranzistorului Tp , PT Max; (2) în cazul unui scurtcircuit la ieşire, PT Sc Max. P3. 2p For T1 and T2, VBE,on = 0.6V d) 0.5p Find the expression and the possible range of values of vO depending on the position of the tap of the potentiometer P. e) 0.5p Plot the vO(iO) output characteristic of this voltage regulator for the position of the tap of the potentiometer in the lower end, for RL from ∞ to 0. f) 0.5p What components form the short-circuit protection for this voltage regulator? Explain the short-circuit protection mechanism. g) 0.5p For RL=50Ω, compute the maximum power dissipation on T1.
OV
+
vI=18V2V
RL
VREF=4,7V T
IOR 2,5K P 5K
P2. 2p Pentru T şi Tp , VBE , on =0,6V.
vI=15V±1,6Va) 0,5p Care este expresia şi valoarea tensiunii de ieşire vO a acestui circuit? Ce aplicaţie realizează circuitul? Justificaţi răspunsul. (Se va considera Tp - blocat).
16
b) 0,5p Care sunt rolurile următoarelor componente din schemă:
(i) tranzistorul T; (ii) tranzistorul Tp; (iii) dioda DZ PL6V2; (iv) rezistenţele R1, R2?
c) 0,5p Dimensionaţi rezistenţa rp astfel încât puterea maximă disipată pe T în cel mai defavorabil caz să nu depăşească 24W. (În cazul unui scurtcircuit la ieşire, se vor neglija curenţii prin Tp faţă de curenţii prin T şi rp). d) 0,5p Cum trebuie modificat circuitul astfel încât tensiunea de ieşire să poată fi reglată în domeniul [6,2V; 12,4V]? Arătaţi că schema propusă asigură acest domeniu de reglaj al vO. 3. 2,5p For T1, T2, Tp: VBE,on=0.6V. a) 0,5p Assuming Tp –
off and neglecting the voltage drop on rp, find the expression of the output voltage VO. In what range can VO be adjusted from the cursor of P?
b) 0,5p Prove that the circuit stabilizes the variations of vO in respect to any cause. What is the application of the circuit?
c) 0,5p What are the roles of: the Zener diode; Ibias; OA; T1; T2; the group Tp, rp?
RL
A.O.
rp Tp
DZ PL6V2
vO
I=20 mA
R1=2,5KΩ iO
R2=5KΩ
vI=15 V 2V
RL[1K; 100K]
PL7V2
O.A.
rp=0,4Ω
Tp
Ibias
10mA
VZ
T1
vO
iO
P
P 10K
T2
2. Se dă schema stabilizatorului de tensiune din figură: 1p a) La care capăt trebuie să fie potenţiometrul P astfel încât Vo să ia valoarea minimă ? Cum justificati raspunsul ?
17
hat are the roles of: IBias;
ximum possible current
1p b) În ce domeniu se poate regla tensiunea Vo?
0,5p c) Valoarea maximă a curentului de ieşire din amplificator este de 25 mA. Cum putem completa schema astfel încât curentul de ieşire al stabilizatorului IO să ajungă la 100 mA ?
10 mA
3. Se dă stabilizatorul de tensiune continuă din figură: 1p a) Care este rolul fiecărei componente din schemă? 1p b) Cum se determină valoarea tensiunii de ieşire? Cât este aceasta? 0,5p c) La ce valoare este limitat curentul de ieşire?
P3. 2p
For T, VBE,on=0,6V For D1, D2, VD,on=0,6V a) 0.75p Find the expression of VO as a function of k. What is the application of this circuit? Find the range of values in which VO can be adjusted. b) 0.5p WZD; OA; T; rp, D1, D2; group (P,R) in this circuit? Which are the components that ensure the invariation of VO with: (1) vI; (2) RL? Explain your answer. c) 0.5p What is the expression and value of the mathrough T? Compute the maximum power dissipation on T if: (1) the shortcircuit protection is just on the point of being triggered, and k=1; (2) the output is shorted (RL=0). d) 0.25p The maximum output current of OA is iO max=25mA, and Thas min=40. What would be the maximum possible value of the output current in the absence of the shortcircuit protection circuit?
RL IO
DZ 3V3
R 1k P 5K
vI 30V
VO
Vd
R1
3K+
T1 DZ12
D vI=25V
R2
10Ω
T2
-
VO
25V±2V
2K
P2. 2p
18
e
For T and Tp, VBE,on=0,6V a) 0.75p Assuming Tp – off and vRp0, find the expression of the output voltage VO. What is the application of the circuit? In what range can be VO adjusted? b) 0.25p Propose a solution to replace P with two fixed resistors to obtain a fixed output voltage VO of 26V. c) 0.5p What are the roles of: (1) T; (2) Tp, Rp; (3) ZD; (4) R; (5) P; (6) R1, R2; (7) OA, in the operation of this circuit? Explain why VO doesn’t vary when: (1) vI varies; (2) RL varies. d) 0.5p What should be the value of Rp to limit the maximum current through T at 0,4A? Assume the currents through Tp are much smaller than 0.4A. Under these circumstances, compute the power dissipation on T in the short circuit case (RL=0). Pentru T şi Tp, VBE,on=0,6V e) 0.75p Considerând Tp – blocat şi vRp0, care este expresia tensiunii VO de la ieşirea circuitului? Ce aplicaţie realizează circuitul? În ce domenii poate fi reglată VO? f) 0.25p Propuneţi o soluţie de înlocuire a P cu două rezistenţe fixe pentru a obţine o tensiune VO fixă de 26V. g) 0.5p Care sunt rolurile: (1) T; (2) Tp, Rp; (3) DZ; (4) R; (5) P; (6) R1, R2; (7) AO, în funcţionarea circuitului? Explicaţi de ce VO nu variază când: (1) vI variază; (2) RL variază. h) 0.5p Ce valoare trebuie să aibă Rp pentru a limita curentul maxim prin T la o valoare de 0,4A? Se vor considera curenţii prin Tp mult mai mici decât această valoare. În aceste condiţii, ce valoare are puterea disipată pe T în caz dscurtcircuit la ieşire?
P2. 2.5p Se cunoaşte VREF=7V şi vI=14V. 1p a) Care sunt expresiile şi valorile minime şi maxime ale tensiunii de ieşire? 0.5p b) Ce valoare trebuie sa ia Rp astfel încât curentul maxim de ieşire sa fie limitat la valoarea de 0,8A? 0.5p c) În condiţiile de la punctul b) care este puterea disipată de T în regim de scurtcircuit? 0.5p d) În condiţiile de la punctul b) ce valori au tensiunea de ieşire, curentul de ieşire, tensiunea colector-emitor a tranzistorului T şi puterea disipată de T pentru RL = 3Ω?
19
P1. 2p Pentru T1 şi T2, VBE,on = 0.6V h) 0.5p Gasiti expresia şi domeniul de valori al vO în functie de pozitia cursorului potentiometrului P. i) 0.5p Desenati caracteristica statica de iesire vO(iO) pentru cursorul potentiomentrului pozitionat la capatul de jos, pentru RL de la ∞ la 0. j) 0.5p Ce componente din circuit formeaza protectia la scurtcircuit? Explicati calitativ functionarea mecanismului de protectie la scurtcircuit. k) 0.5p Pentru RL=50Ω, calculati puterea maxima ce se poate disipata pe T1.
REF
vI V+
T
Rp
100p
VREF R + _
LM
723
C R3 P
R1
Ce C
220 25V
100nF 5k
2,5k
4k
3k
VO
RL
P1. 2p For T1 and T2, VBE,on = 0.6V l) 0.5p Find the expression and the possible range of values of vO depending on the position of the tap of the potentiometer P. m) 0.5p Plot the vO(iO) output characteristic of this voltage regulator for the position of the tap of the potentiometer in the lower end, for RL from ∞ to 0. n) 0.5p What components form the short-circuit protection for this voltage regulator? Explain the short-circuit protection mechanism. o) 0.5p For RL=50Ω, compute the maximum power dissipation on T1. P2. 2.5p VREF = 7V and vI =14V are known. 1p a) What are the expressions and the values for the minimum and maximum output voltage? 0.5p b) What should be the value for the Rp resistance such that the maximum output current is limited at 0,8A? 0.5p c) Considering the conditions from b), what is the value of the power dissipated by the T transistor in short-circuit regime? 0.5p d) ) Considering the conditions from b), what are the values for the output voltage, output current, collector-emitter voltage of the T transistor and the power dissipated by T for RL = 3Ω?
20
REF
vI V+
VREF TEA + _
LM
723
Rp
C R3 P
R1
Ce C
220 25V
100nF 5k
2,5k
4k
3k
VO
RL
P3. 1.5p.
a) 0.5p At what end should be the tap of the potentiometer to obtain the minimum output voltage? Justify your answer.
10 mA
21
b) 0.5p What is the adjustment range of VO?
c) 0.5p The maximum output current of the op amp is 25 mA. How can you modify the circuit so that the output current of the voltage regulator will exceed 250mA? P1. 2.5p For T1, T2, Tp: VBE,on=0.6V. d) 0.75p Assuming Tp – off and neglecting the voltage drop on rp, find the expression of the minimum and maximum values of the output voltage VO. e) 0,75p Prove that the circuit stabilizes the variations of VO in respect to any cause. What is the application of the circuit? f) 0,5p Find the maximum value of the output current? g) 0,5p Assuming the tap of the potentiometer in the middle position, what is the value of the load resistance for that the Tp transistor turns on? P1. 2.5p a) 1p. Ce aplicatie realizeaza circuitul ? Care sunt expresiile si valorile pentru
? minmax , OO VV
b) 0.5p. Cum se poate completa circuitul astfel incat IO sa fie limitat la IOmax=750mA? c) 1p. Consideram circuitul de la punctul b) (IOmax=750mA) si cursorul potentiometrului pe pozitia de mijloc. Care sunt puterile maxime disipate pe T pentru RL1=70Ω, respectiv RL2=5Ω ? P1. 2.5p Pentru amplificatorul operational folosit curentul maxim de iesire este IO,AO=25mA. Se considera VRef=5V, vI=20V, P=5KΩ, R1=12KΩ, R2=5KΩ, R3=4KΩ si RL=0.75KΩ. 1p a) Determinati domeniul de valori al tensiunii de iesire VO. Ce aplicatie realizeaza circuitul? 0.75p b) Considerand rezistenta R2 intrerupere se va modifica domeniul de valori VO? Daca da, calculati noile valori ale VO. 0.75p c) Considerand rezistenta R2 intrerupere determinati valoarea minima a rezistentei de sarcina pentru care circuitul realizeaza aplicatia determinata la punctul a).
RL IO
DZ 3V3
R 1k P 5K
vI 30V
VO
Vd
vI=16 V 2V
RL
PL7V2
O.A.
rp=0,4Ω Tp
100pF
VZ
VO
iO
T1
P 25K
T2
OV
+
vI=18V2V
RL
VREF=4,7V T
IO
P 5K
R 2,5K
vIP
VO
+ _
RL
IO
R2 R3
R1
IO,AO VRef
22
E2. a) 1p. What is the application of the circuit? What are the expressions and values of
? minmax , OO VV
b) 0.5p. How can be modified the circuit so that IO will be limited to IOmax=750mA? c) 0.5p. Consider the circuit in the previous question (IOmax=750mA) and the tap of the potentiometer on the middle position. What is the maximum power dissipated by the transistor T in case of an output shortcircuit?
P3. 2p
Consider the O.A. – ideal. 0.75p a) Find the expression and range of values in which VO can be adjusted. What are the roles of: the Zener diode; O.A.; T; P and R? Assume again that RL is large enough to neglect vRp and to maintain Tp – off. 0.5p b) What components in the circuit compose the protection circuit? Explain the protection mechanism. 0.75p c) What is the maximum value of the collector current through T? Assume the base currents of T and Tp are negligible. Assuming the cursor of P in the middle, compute the maximum power dissipation on T for RL=0.
OV
+
_
vI=18V2V
RL
VREF=4,7V T
IO
P 5K
4. Oscilatoare sinusoidale. Generatoare de semnale nesinusoidale a) 0,5p. Ce aplicatie realizeaza circuitul ? Care este expresia si
valoarea frecventei de oscilatie?
23
b) 0,75p. Cum determinati si care este valoarea rezistentei R4 pentru a fi indeplinita conditia de oscilatie ?
c) 1p. Considerand amplitudinea tensiunii de iesire de 6V, cum arata cronogramele tensiunilor de iesire si de la intrarile inversoare si neinversoare al AO ?
d) 0,75p. Completati circuitul astfel incat sa se asigure controlul automat al amplitudinii oscilatiilor.
Amplificatorul operational din figura estede tip linie–la-linie si este alimentat la 12V. a) 1p. Cum arata cronogramele tensiunilor Ce aplicatie realizeaza
circuitul?
?)(),( tvtv CO
b) 0,75p. Care sunt amplitudinile semnalelor ?)(),( tvtv CO
c) 0,75p. Explicati in cuvinte cum depinde frecventa de valoarea lui R si de
valoarea lui C?
)(tvO
P3. e) 0,5p Cum arată, calitativ, semnalele vo(t) şi v+(t) în regim permanent? Calculaţi frecvenţa ν0 a semnalului de ieşire vo(t). f) 0,5p Dimensionaţi R4 astfel încât circuitul să asigure menţinerea oscilaţiilor în regim permanent. Se va considera că în conducţie, rezistenţele echivalente ale diodelor D1 şi D2 sunt rD1=rD2=0,5 KΩ. Verificaţi că valoarea aleasă permite şi amorsarea oscilaţiilor în regim tranzitoriu. g) 0,5p Cum se modifică forma semnalului vo(t) în regim permanent dacă s-a omis conectarea diodei D2 în schemă? 4. Se da oscilatorul cu punte Wien din figura. 1p a) Ce elemente din circuit stabilesc frecventa de oscilatie ? 1p b) Care este valoarea maxima a lui R4 pentru care mai are loc amorsarea oscilatiilor in circuit ? 0,5p c) Explicati mecanismul de limitare a amplitudinii oscilatiilor.
C
CR
R
_
+ R3
4,7KR4
)( jvo3,3K10nF
10nF
3,3K
R1
R
2R
C
+-
AlV
AlV
Cv
Ov
10n
6,9K
3,3K
5,1K
R4
R2
R3
R1 C1
C2
Val
D110K R
10K
D2Vo -
+
-Val
10K 10n10K
10n
A.O. – ideal
24
0,5p a) Dacă avem la dispoziţie circuitul din figură cu cursorul potenţiometrului P ajustat pe poziţia maxim dreapta (k=0) şi alimentăm circuitul, cum va arăta semnalul vo la ieşirea circuitului? Cum trebuie ajustat manual cursorul P şi ce valori trebuie să ia k astfel încât să asigurăm amorsarea oscilaţiei sinusoidale? Dar pentru menţinerea oscilaţiei sinusoidale la ieşirea circuitului? Justificaţi răspunsul. 0,5p b) Considerând că în circuitul din figură este satisfăcută condiţia de menţinere a oscilaţiei, determinaţi expresia şi valoarea frecvenţei semnalului sinusoidal de ieşire. 0,5p c) Considerând pentru vo(t) amplitudinea maxim posibilă, cum arată cronogramele semnalelor vo(t) şi v+(t) în circuitul din figură? 0,5p d) Având la dispoziţie două diode şi două rezistenţe fixe R2’ şi R3, cum trebuie conectate cele două diode şi cele două rezistenţe în circuit în locul grupului (R2 ,P) pentru a obţine un oscilator care asigură automat atât amorsarea cât şi menţinerea oscilaţiei? Ce valori trebuie să aibă R2’ şi R3 pentru o funcţionare corectă a circuitului? Explicaţi pe scurt funcţionarea schemei, în regim tranzitoriu şi regim permanent, specificând stările de conducţie şi blocare ale celor două diode în fiecare din cele două regimuri. 4. 2p
a) 0,5p Pentru a folosi circuitul din figură ca oscilator sinusoidal, determinati ce valoare trebuie să aibă R5: (1) imediat după cuplarea alimentării, pentru a asigura amorsarea oscilaţiei; (2) în regim permanent, pentru a asigura menţinerea oscilaţiei?
b) 0,5p Determinaţi expresia şi valoarea frecvenţei semnalului sinusoidal vo(t).
c) 0,5p Pentru realizarea unei rezistenţe R5 variabile care să asigure atât pornirea oscilaţiei în regim tranzitoriu, cât şi menţinerea
amplitudinii constante a vo în regim permanent, se foloseşte schema de mai jos. T este un tranzistor MOS cu
canal iniţial (VP= -6V) polarizat în regiunea liniară, în care
rDS=1/(2(VGS-VP)), =11
5 mA/V2. Explicaţi modul în care rDS
se modifică odată cu creşterea amplitudinii lui vo (la trecerea dinspre regimul tranzitoriu spre regimul permanent) şi rolul grupului (D,R6,C) în ajustarea rezistenţei rDS.
R1 5K
R 5K
R2=8K
C 10nF
C =10nFR 5K
v+
vo
P=10K
kP +VAl
12 V
A.O.
-VAl
12 V
C1=20n R1=5K
+VAl
R3=21K
12V
R1=5K C1=20nA.O. R2=2K C2
vo
50n
-VAl +VAl -12V
R4=2K
R5 R3=21K
12V
Α.O. C2 R2=2K 50n
-VAl vo -12V
R4=2K
C 100
D
T R6=50K
d) 0,5p Considerând că în regim permanent, rDS se stabileşte la valoarea de 2,2K, ce valoare are amplitudinea semnalului vo(t)?
25
P3. 2p
A.O. se consideră ideal.
a) 0,25p Ce valori trebuie să aibă rapoartele 2
1
R
Ri ş
2
1
C
Centru ca în circuitul din figură, condiţia de
menţinere a oscilaţiilor să necesite
p
3f ?
b) 0,75p Dacă R1=R2=5K, C1=C2=2 nF, ce valoare are frecvenţa semnalului vo(t)? Reprezentaţi grafic cronograma vo(t), considerând pentru vo(t) amplitudinea maximă posibilă în acest circuit, dacă este satisfăcută condiţia de menţinere a oscilaţiilor. c) 0,75p Dimensionaţi rezistenţa R astfel încât, manual, să putem regla atât amorsarea oscilaţiilor cât şi menţinerea lor în regim permanent. d) 0,25p Desenaţi o schemă care permite înlocuirea grupului (P,R) cu două rezistenţe fixe şi diode sau două rezistenţe fixe şi TEC, astfel încât să se realizeze automat atât amorsarea cât şi menţinerea oscilaţiilor. P3. 0,5p a) Care sunt tensiunile de prag ale comparatorului cu AO1 considerand v2 intrare ? 1p b) Pentru circuitul din figura cum arata v1(t) si v2(t)? 0.5p c) Care este frecventa oscilatiilor din circuit?
AO1
AO2
R2
R1
R3 1K
1k
C1
+12V
-12V
-12V
+12V
v1
V2
26
A2. 0.5P a) Considerand R3; C0 si v1 tensiunea de intrare, care sunt pragurile de
comutare ale comparatorului cu RP? 1P b) Pentru circuitul din figura cum arata v1(t) si v2(t)? 1P c) Care este frecventa oscilatiilor din circuit? Ecuatia de incarcare a
condensatorului este )(v)e1(e)0(vv C
tt
CC
I. În figură se dă schema bloc a unui oscilator Wien. a) ce valori trebuie să aibă amplificarea de bază f pentru ca
0.75p oscilatorul să funcţioneze ca oscilator sinusoidal ? 0.75p b) Care este frecvenţa de oscilaţie ?
c) Redesenaţi schema oscilatorului înlocuind blocul 0.5p amplificării de bază cu un amplificator cu AO.
P2. 2p The op amps are rail-to-rail type. a) 0.5p Draw qualitatively the signals v01(t) and v02(t). b) 0.5p What are the expressions and minimum and maximum values for v01(t) and v02(t)? c) 0.5p What is the expression and value of the period of the v01 signal? d) 0.5p Propose a solution for frequency adjustment. 3. 1.5p h) 0,5p How do the vo(t) and v+(t) signals look like, qualitative, in permanent regime? Compute the frequency of the vo(t) output signal. i) 0,5p Size R4 such that the circuit will sustain the oscillations in steady-state regime. Consider that in conduction, the equivalent resistances of D1 and D2 diodes are rD1=rD2=0,5KΩ. Verify the chosen value for the condition of starting-up the oscillation in transient regime. j) 0,5p How does the vo(t) signal shape modifies in permanent regime if the D2 diode connection is omitted in the circuit?
-
+12R1 8K
C 33nF
R2 4K
v2
R3 12K v1
R 10K
Amplificator de bază
f 12V
C 10n
R
10K
C
1
-12V 0n
Vo
_
+
R1
_+
R2
C68n R39k+15
+152.5k vo
3k vo-15V2.5k -15V
3k
P2. 2p
a) 0,5p Pentru oscilatorul sinusoidal din figură, care este expresia şi valoarea aproximativă a frecvenţei semnalului vo(t) obţinut la ieşirea circuitului, considerând circuitul astfel dimensionat încât să fie asigurată condiţia de menţinere a oscilaţiilor la ieşire?
27
b) 0,5p Considerând că schema din figură corespunde regimului permanent de menţinere a oscilaţiei, este posibilă dimensionarea rezistenţei R4 astfel încât la ieşirea circuitului să avem un semnal sinusoidal de amplitudine constantă (adică, să se respecte condiţia lui Barkhausen)? Dacă da, ce valoare trebuie să aibă R4 în acest caz? (întrebarea se referă doar la funcţionarea oscilatorului în regim permanent). c) 0,5p Pentru circuitul din figură, desenaţi cronograma semnalului vo(t) în regim tranzitoriu şi în regim permanent pentru cazul în care R4=12 KΩ. d) 0,5p Dacă aveţi la dispoziţie în plus faţă de circuitul din figură diode semiconductoare, considerând R4=12 KΩ ca la punctul (c), puteţi completa circuitul astfel încât, în regim permanent, să se obţină un semnal sinusoidal la ieşire de amplitudine constantă? (Nu se pot modifica valorile componentelor pasive din schemă). Dacă da, cum arată schema electrică a circuitului? Explicaţi funcţionarea sa şi reprezentaţi grafic vo(t) în regim tranzitoriu şi permanent. P2. 2.5p Amplificatorul operational din figura este de tip linie–la-linie, alimentat la 12V.
a) 1p. Cum arata cronogramele tensiunilor ?si)(),( tvtvtv CO Ce aplicatie realizeaza
circuitul? b) 0,75p. Care sunt amplitudinile semnalelor ?)(),( tvtv CO
c) 0,75p. Modificaţi circuitul astfel incat sa permita reglarea frecventei fara a afecta amplitudinea semnalelor. P2. 2.5p For this circuit R2=5.6KΩ and C=10nF. 0.75p a) Assume that the Barkhausen condition is fulfilled. What are the values of resistances R to obtain oscillation on f0=3.18KHz. 0.75p b) Deduce the value of R1 to fulfill the oscillation (Barkhausen) condition. 1p c) Using diodes modify the circuit to assure an automatic gain control. Assuming rd=2KΩ of the conducting diode in the moment when the Barkhausen condition is satisfied, size all the resistors in circuit. The start-up condition should also be satisfied.
C1
15n C2
15n
R1 20K
R2 5K
_
+
R5
R4R3
9,6K V+
Al
12V
vo
2,4K
V-Al
A.O.
-12V
7,5K
R 2
R
1R
5,1K VAl
C
+ Ovv+
-VAl
C v10n
3,3K
CC
RR
_
+ R1
R2
OAvO
P1. 2.5p
28
Consider a rail-to-rail operational amplifier with R1=9.1KΩ, R2=18KΩ, R3=12KΩ and C=22nF.
R2
0.75p a) Draw the waveforms for vO(t) and vC(t), qualitatively. 0.75p b) What are the minimum and maximum values for vO(t) and vC(t)? Justify your answer. 0.5p c) Compute the oscillations frequency. 0.5p d) Improve the circuit so that a continous frequency adjustment is possible, without affecting the peak values of vC(t). P2. 2.5p Pentru acest circuit se cunosc: R1=3KΩ, R2=2KΩ, P=10KΩ, Rs=5 KΩ, Rp=10 KΩ, Cs=10nF si Cp=15nF. 0.5p a) Determinati valoarea frecventei de oscilatie fo. 1p b) Demonstrati ca prin reglarea cursorului potentiometrului este posibila atat amorsarea cat si mentinerea oscilatiilor. 0.5p c) Ce valoare trebuie sa aiba k pentru a fi indeplinita conditia de mentinere a oscilatiilor? 0.5p d) Cum arata v+(t) si v-(t) in regim permanent considerand vo(t)= 12sin t [V], daca este indeplinita conditia de mentinere a oscilatiilor? E3. e) 0,5p. What is the application of the circuit? What are the expression
and value of the oscillation frequency? f) 0,5p. What should be the value of the R4 resistor to accomplish the
oscillation criterion? g) 0.5p. Assume a value of 6V for the output voltage. What does the
output voltage and the voltages at the inverting and noniverting input look like?
h) 0,5p. Complete the circuit in order to obtain the automatic control of the amplitude.
P3. 2p
For the position of the cursor of P in the middle, the diodes operate at rD1,on= rD2,on=0.5KΩ. Consider R1=R2=15kΩ and C1=C2=10nF. Approximate R3>> rD1,on, rD2,on. 0.5p a) What is the expression and the value of the frequency of the sinewave vo(t)? 0.5p b) What are the expression and the value of r (positive feedback transmittance) at the frequency of oscillation? Find a suitable value of R4 to fulfill the Barkhausen condition in steady state assuming the cursor of P is in the middle.
R3
R1
+15V vO +
--15V
vC
C
Cs
Cp
RsRp
_
+
R1
AOvO
P
R2
kP
v-
v+
C
CR
R
_
+ R3
4,7K R4
)( jvo3,3K10nF
10nF
3,3K
0.5p c) What is the condition on the product a·r to start-up the oscillation? Verify that, for the value of R4 chosen at (b), the oscillation start-up can be achieved. 0.5p d) Assume the diodes D1 and D2 are not connected in the circuit. In this case, how would vo(t) look like (in steady state) for a value of R4=1KΩ?
5. Amplificatoare de putere 4.
29
a) 0,5p. Ce aplicatie realizeaza circuitul ? Deduceti si reprezentati grafic CSTV pentru amplitudinea tensiunii de intrare de 20V . Precizati starea de conductie sau blocare a fiecarui tranzistor.
b) 0.75p. Care sunt cronogramele semnalelor pentru )(),(),(),( 11 tititvtv OCCEO
]V[sin6,10)( ttvi ?
c) 0,75p. Care este puterea instantanee maxima si puterea medie disipata in sarcina pentru ]V[sin6,10)( ttvi ?
d) 0,5p. Completati circuitul astfel incat sa se elimine distorsiunile de racordare. Pentru o funcţionare corectă a sursei de curent IPol , este necesar ca VI_pol>0. Pentru tranzistorul T: VBE , on=0,6V; VCE , sat≈0V; β=50. a) 0,25p În ce clasă de funcţionare lucrează etajul de ieşire din figură? Justificaţi răspunsul. Ce valoare are randamentul mediu maxim posibil pentru această clasă? b) 0,75p Pentru RL=2 KΩ, care este valoarea minimă posibilă pentru vO? Dar valoarea maximă posibilă pentru vO? Cum arată cronograma vO(t) pentru:
(i) vi(t)= 4 sin ωt [V]; (ii) vi(t)= 8 sin ωt [V]?
c) 0,5p Ce valoare are randamentul mediu al etajului pentru RL=2 KΩ şi vo(t)= 4 sin ωt [V], dacă se neglijează componenta continuă a vO(t)? Calculaţi amplificarea în putere a etajului. d) 0,5p Care este valoarea optimă a lui RL pentru care se obţine puterea medie de curent alternativ maximă în sarcina RL şi randamentul mediu maxim pentru etajul din figură? Ce valoare are Pl în acest caz? 1. a) 0.5p Draw the block diagram of a D-class output stage. b) 0.5p Illustrate (by time plots) the operating principle of the D-class output stage. 3. Se dă circuitul din figură: 0,5p a) Ce valori au tensiunile în bazele celor două tranzistoare în punctele statice de functionare? 1p b) Care este CSTV pentru valorile tensiunilor de intrare în intervalul [-9,9] [V]? 1p c) Cum arată vo(t) pentru tensiuni sinusoidale cu amplitudinea de 0.3V? Dar pentru valoarea amplitudinii de 4V?
+24V iC1 T1
-24V
vo vi
T2
RL
vCE1
+Vcc=6R1150
T1
D1
~
T2
RL
R2150
D2vo
-Vcc=-6V
vi
4. Se dă amplificatorul în clasă B din figură: +12
30
1p a) Cum arată caracteristica statică de transfer în tensiune ? 1p b) Cum arată vo(t) pentru vi(t) sinusoidală cu amplitudinea de 10V ? Dar pentru o amplitudine de 0,3V? 0,5 c) Care este sensul curentului prin RL pentru vI > 0, respectiv vI < 0?
P2. Pentru T1 şi T2: V6,0V on,BE ; V0V sat,CE .
Pentru A.O., a=2105. a) 0,5p În ce domeniu trebuie să fie
tensiunea vo,AO astfel încât: (1) T1 şi T2 să fie blocate; (2) T1 să fie în conducţie, iar T2 blocat; (3) T2 să fie în conducţie, iar T1 blocat? Cum arată CSTV vo(vo,AO), considerând vo,AO [-10V; 10V]?
b) 0,5p Cum arată CSTV vo,AO(vi) pentru vi [-10V; 10V]? Indicaţi pe CSTV regiunea corespunzătoare funcţionării A.O. ca şi comparator (fără reacţie) şi regiunea corespunzătoare funcţionării A.O. cu reacţie negativă (regiunea liniară).
c) 0,5p În ce clasă de funcţionare este acest etaj de ieşire? Comparaţi distorsiunile neliniare ale acestui circuit cu cele ale etajului în clasă B (din punct de vedere al domeniului de valori al vi corespunzător distorsiunilor neliniare).
3. ,5p În ce clasă lucrează etajul de ieşire din figură? Justificaţi
5p Deduceţi şi reprezentaţi grafic CSTV vo(vi) a circuitului
onogramele: vo(t); iC1(t); vCE1(t), pentru v-
puterea medie de curent alternativ în sarcina RL;
Pd) 0răspunsul prin examinarea duratelor de conducţie ale T1 şi T2 pentru un semnal de intrare vi(t) sinusoidal. Care este rolul: D1, D2 ; R1, R2? Ce valoare are randamentul maxim posibil teoretic pentru acest etaj? e) 0,pentru vi[-9V; 9V]. f) 0,5p Cum arată cri(t)=5 sin t [V]? g) 0,5p Calculaţi:puterea medie consumată de la sursele de alimentare; randamentul etajului, dacă vo(t) este semnal sinusoidal nedistorsionat cu amplitudinea maximă posibilă în acest etaj.
RL
T
voTvi
-12V
31
4. 2p
2, VBE,on=0,6V; =20. p What is the expression vO(vi) for vi[-
this range of
oltage gain;
an be considered a sinewave, compute: (1)
4. 2p entru T1 şi T2, VBE,on=0,6V; =20.
p Care este expresia v (v ) pentru vi[-
ar pentru v (t)= 10 sin t [V]? Cât este
vO(t) aproximativ sinusoidal, calculaţi:
p Draw the block scheme of a class D amplifier. Describe the role of each block and draw the output signal f each block assuming a sinusoidal input voltage with 3 V amplitude and 2KHz frequency.
. Se da schema amplificatorului din figura, cu tranzistoare bipolare.
este in conductie fiecare dintre tranzistoare? Cum justificati
ale curentului prin T1, i si ale tensiunii pe
teri
P
For T1 and Te) 0.7510V;10V]? Plot the VTC vO(vi) forvalues of vi. To what class of output stages does this circuit belong? What is the theoretical value of the maximum efficiency for this class? f) 0.5p Plot vO(t) for: (1) vi(t)= 0.2 sin t [V]; (2) vi(t)= 10 sin t [V]. Compute: (1) the v(2) the current gain; (3) the power gain of this stage. g) 0.75p Assuming that, for vi(t)= 10 sin t [V], vO(t) cthe average a.c. power transmitted to RL; (2) the average power consumption from the two power supplies; (3) the efficiency of the stage. PPh) 0.75 O i
10V;10V]? Cum arată CSTV vO(vi) pentru acest domeniu de valori ale vi? Cărei clase de etaje de ieşire îi aparţine circuitul şi ce valoare are randamentul maxim posibil (teoretic) pentru această clasă? i) 0.5p Cum arată vO(t) pentru vi(t)= 0.2 sin t [V]? D i
amplificarea în: (1) tensiune; (2) curent; (3) putere a etajului? j) 0.75p Dacă pentru vi(t)= 10 sin t [V], se considerăputerea medie de c.a. transmisă sarcinii RL; puterea medie consumată de la sursele de alimentare; randamentul etajului. 1o
T1
T2
RL
4 v0
+15V 4
1p a) Cum arata CSTV vO(vI) ? In ce domenii de valori ale vi
raspunsul? 1p b) Pentru vI =12sint [V] care sunt valorile maxime instantanee C1,max
T1, vCE1,max ? 0.5p c) Pentru vI =12sint [V], care este valoarea medie a pu
i in rezistenta de sa RL ? rcina
470
vi
~
iC1
-15
470
vCE1
V
32
ase to emitter junction. Also neglect the collector-emitter
expression and the value of the biasing current
amplifier can operate with maximum output swing and
waveforms: v (t), v (t), i (t) and
issipated by the load and by the 7812 and 7912 integrated
1. 2.5p Pentru un tranzistor in conductie se considera 0.7V aderea de tensiune baza-emitor.
ea curentului de polarizare I? u care
si
ala avand amplitudine de 12V. Desenati
uterea disipata de
3. 2p
1 şi T2: β=20 ; VBE1,on=0,6V ; VBE2,on= -0,6V ; VCE1,sat=0,2V ; -0,2V.
ată cronograma vO(t) pentru vi(t)=3sin2π·104t [V][Hz]? În e clasă de funcţionare lucrează acest etaj? Justificaţi răspunsul vostru.
(t)
P1. 2.5p For the conducting transistors assume 0.7V across the 7812 b
saturation voltage. a) 0.5p What are the values of the +VCC and -VCC voltages? b) 0.5p What is the I? c) 0.5p What is the optimal value of the load resistance RL for that themaximum average efficiency? d) 0.5p For a certain vI voltage, vO results as a sine wave with 12V amplitude. Plot the following O I C
vCE(t). e) 0.5p What are the expressions and the values of the average power dcircuits? Pca) 0.5p Ce valori au tensiunile de alimentare +VCC si -VCC? b) 0.5p Care este expresia si valoarc) 0.5p Care este valoarea optima a rezistorului RL pentramplificatorul functioneaza cu excursie maxima la iesire randament mediu maxim? d) 0.5p Pentru o tensiune de intrare vI sinusoidala, vO rezulta de asemenea tensiune sinusoidformele de unda pentru: vO(t), vI(t), iC(t) si vCE(t). e) 0.5p Care sunt expresiile si valorile urmatoarelor puteri medii: puterea in sarcina, puterea dipata de CI 7812 si pCI 7912?
P
Pentru TVCE2,sat= e) 0,5p Cum arcf) 0,5p Deduceţi şi reprezentaţi grafic CSTV vO(vi) a circuitului pentru vi[-7 V; 7 V]. g) 0,5p Dacă, la o amplitudine a semnalului sinusoidal de intrare de 7 V, se consideră că se poate face aproximarea vO 7sin2π·104t [V][Hz],
şi -V ) şi ra i
acest etaj?
calculaţi puterea medie de curent alternativ în sarcina RL. h) 0,5p În ipoteza semnalului vO(t) de la punctul (c), calculaţi puterea medie consumată de etaj de la sursele de alimentare (+VCC CC
diferenţa între valoarea obţinută pentru randament şi valoarea teoretică maxindamentul etajul explicaţ
mă posibilă a randamentului pentru ui η. Cum
-VCC
RL
vI
iC
T
R 113Ω
T1
T2
vO I iO
vC1
CE
18V C3
+VCC
C1
-18V
2 791
C3
vO vi
T1
T2 RL 4Ω
+VCC=9V
-VCC=-9V
-VCC
RL
vI
iC
T
R 113Ω
T1
T2
vO I iO
vC1
CE
18V
7812
C3
+VCC
C1
-18V
2 791
C3
raw VTC vO(vI). The current source is active for vCS>0V. Indicate or s te (off, aF, exc) for every segment of the VTC.
or vO(t), iO(t),
value of the
han maximum
entru T1 şi T2 VBE,on=0,7V; =30; RL=0.4KΩ. .75p a) Care este expresia vO(vi) pentru vi[-8V;8V]? Cum arată CSTV vO(vi)
eniu de valori ale v ? Cărei clase de etaje de ieşire îi aparţine
Dacă pentru v (t)= 8sint [V], se consideră v (t) aproximativ
ntul etajului. nea de intrare.
3. 2.5p entru T1 şi T2 VBE,on=0,6V; =30; RL=25Ω .5p a) Cum arată CSTV vO(vi)? Cărei clase de etaje de ieşire îi aparţine
v (t), i (t), i (t) si
e valori au puterea medie in sarcina, puterea medie absorbita de la
or T1 and T2, VBE,on=0,6V; =20. ) 1p What is the expression vO(vi) for
;10V]? Plot the VTC v (vi) for this
does
m efficiency for this
rage power transmitted to RL.
P2. 2.5p For T in conduction consider vBE,on=0.7V; IBias=0.2A, RL=45Ω. 0.5p a) D iC T
+VCC=+12V
the transist ta
33
1p b) Consider vI= 0.7V+6sinωt [V]. Draw the waveforms fvCE(t) and iC(t). What are the peak values for all these signals? 0.5p c) Consider vI= 0.7V+6sinωt [V]. What is the averagepower dissipated by the load and average efficiency? 0.5p d) Explain why the above computed efficiency is less taverage efficiency possible for this stage. P2. 2.5p P0pentru acest dom i
circuitul? 0.5p b) Cum arată vO(t) pentru vi(t)=0.5sint [V]? Dar pentru vi(t)=8sint [V]? Cât este amplificarea în curent a etajului? 0.75p c) i O
sinusoidal, calculaţi: puterea medie de c.a. transmisă sarcinii RL; puterea medie consumată de la sursele de alimentare; randame0.5p d) Completati circuitul a.i. tensiunea de iesire sa fie egala tot timpul cu tensiu PP0circuitul? 1p b) Pentru vi(t)= 10sin t [V] desenati cronogramele O O C1
vCE1(t). Care sunt valorile maxime ale acestor semnale? 1p c) Csursele de alimentare, randamentul mediu si puterea medie disipata de fiecare tranzistor? P3. 2p Fkvi[-10V O
range of values of vi. b) 0.5p To what class of output stagesthis circuit belong? What is the theoretical value of the maximuclass? c) 0.75p Assuming that, for vi(t)= 10sint [V], vO(t) can be considered a sinewave, compute the ave
-VCC=-12V
IBias RL
vCE
vI
vo
iO
vCS
+VCC=9V
T1
T2
L vI R vO
-V = -9V CC
+VCC=+15V
T1
T2
vO RL
D1
D2
iC1
E
R
R
vC 1
iO vI
-V -15CC= V
34
P3. 2p Assume vI(t) a sinusoidal voltage with 7V ampis supplied with 12V.
lot the following voltages: vI(t), vO(t), vO, AO(t), and show
cation of the circuit?
3. 2p p a) Determinati valorile R1, R2 si VREF astfel incat entru domeniul tensiunilor de intrare vI[+2V;+5V] sa se
iesire domeniul v [+9V; -9V].
erea tensiunii VREF,
imensionati rezistentele din acest
3. 2.5p p a) Find the values of R1, R3 and VREF so that the circuit onvert the input range vI[+2V; +5V] into the output range
; -9V].
a 2.7V at 10mA Zener diode, an operational
it.
onsider a rail-to-rail operational amplifier, β=100. .5p a) What are the expression and value of the IO output current? What
lue of the vO,OA voltage? ource operates normally
F
btain an adjustable current source in the I
6. Aplicatii cu AO
litude. The op-amp +
-
RL
D
a) 1p Pthe state of the diode. b) 0.5p What is the applic) 0.5p Plot the VTC vO(vI), for a value of 0,5K of the load resistance. P1pobtina la O
0.5p b) Cum arata CSTV vO(vI) pentru valorile marimilor determinate la punctul a)? 0.5p c) Construiti un circuit pentru obtinfolosind o dioda Zener de 2.7V la 10mA, un amplificator operational si rezistente. Dcircuit. P1cvO[+9V0.5p b) Draw the VTC, vO(vI) for the above input and output ranges. 1p c) Using amplifier and resistors, build a circuit for VREF. Size the resistors in this circu P3. 2p C0is the va0.5p b) What is the RL range for that the current s(T in a )? 1p c) Modify the circuit to orange O[4mA; 12mA]. Size the circuit.
vO vI
vO,AO v-
vO VREF
vI
3=12KΩ
R1
-
+
R
15V
-15V
R2
vO VREF
vI
2=12KΩ
R3
-
+
R
12V
-12V
R1
+ _
+VPS=+15V
T
RL vI =6V
IO
vO,OA
R 1.5K
35
3. 2p .5p a) Determinati domeniul de valori al curentului de iesire IO. Ce plicatie realizeaza circuitul?
puterea maxima disipata pe tranzistor. Pentru ce
l a.i. sa realizeze aplicatia determinata la
P0a0.75p b) Calculativaloare a curentului se obtine aceasta valoarea maxima a puterii disipate? 0.75p c) Modificati circuitupunctul a) daca la intrare se aplica o tensiune de intrare negativa vI= -8V. Se va modifica domeniul de valori al IO? Daca da, determinati noile valoriale IO.
+ _
+VPS=+25V
T
RL 0.15KvI =8V
IO
R 0.25K
P 1K
Top Related