aue_cz.1(1)

PYTANIA DO EGZAMINU (Termin zerowy)
Z „ANALOGOWYCH UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH cz.I”
1. Na podstawie schematu zastępczego wyznacz częstotliwość graniczną fT
tranzystora MOSFET.
2. Jakie są relacje pomiędzy częstotliwościami granicznymi fα , fβ , fT tranzystora
bipolarnego ?
3. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym z dwójnikiem RECE w obwodzie emitera i
transformatorem w obwodzie kolektora , UCC = 48 V, spoczynkowy prąd kolektora ICQ
= 400 mA, RE = 2 Ω, transformator obciążony jest po stronie wtórnej rezystancją RL=
4 Ω, rezystancja uzwojenia pierwotnego transformatora r1 = 2 Ω, rezystancja
uzwojenia wtórnego transformatora r2 = 0,2 Ω, przekładnia transformatora p= z1/ z2 =
5. Ile wynosi napięcie kolektor-emiter UCEQ w spoczynkowym punkcie pracy wynosi ?
4. Proste i kaskodowe lustro prądowe na tranzystorach bipolarnych. Ile w
przybliżeniu wynoszą minimalne napięcia wyjściowe w tych lustrach?
5. Proste i kaskodowe lustro prądowe typu „high swing” na tranzystorach PMOS: Ile
wynoszą maksymalne napięcia wyjściowe w lustrach, gdy wszystkie tranzystory
mają równe napięcia UGS =  0,9V, a napięcia progowe VTp =  0,6 V.
6. Które relacje są prawdziwe ?
a) we wzmacniaczu prądowym:
Yin Yg , Yo YL
b) we wzmacniaczu transkonduktancyjnym:
Yg  Yin , Z o  Z L
Zin Z g , Yo YL
c) we wzmacniaczu transimpedancyjnym:
7. Oblicz skuteczne wzmocnienie napięciowe w poniższym układzie, na którym mamy:
RC = 10 kΩ , RL = 12 kΩ , RE = 2 kΩ , rbe = 4 kΩ , rce= 100 kΩ, rezystancje
dzielnika R1 = 300 kΩ i R2 = 80 kΩ, Rg = 5 kΩ, współczynnik wzmocnienia
prądowego β =100.
U CC
a)
R1
Rg
R1
RC
C2
U1
R2
RE
RD
C2
C1
Rg
C1
T
Eg
U DD
b)
U2
CE
U2
U1
RL
Eg
R2
RS
CS
RL
8. Oblicz wzmocnienie i rezystancję wyjściowa wzmacniacza OS z obciążeniem
aktywnym w postaci tranzystora PMOS w połączeniu diodowym.
Transkonduktancje tranzystorów są równe:gmn = 0,2 mS dla NMOS, gmp = 0,1 mS
dla PMOS oraz konduktancje wyjściowe: gdsn = 0,005mS, gdsn = gdsp = 0,007mS.
Rezystancja obciążenia RL = 100 kΩ.
9. Oblicz wzmocnienie i rezystancję wyjściowa wzmacniacza OS z obciążeniem
aktywnym ze źródłem stałoprądowym na tranzystorach PMOS z kanałem
wzbogacanym. Transkonduktancje tranzystorów są równe: gmn = 0,1 mS dla NMOS,
gmp = 0,15 mS dla PMOS oraz konduktancje wyjściowe: gdsn = gdsp = 0,005 mS.
Rezystancja obciążenia RL = 100 kΩ.
10. Oblicz wzmocnienie i rezystancję wyjściowa wzmacniacza na inwertorze CMOS.
Transkonduktancje tranzystorów są równe: gmn = 0,15 mS dla NMOS, gmp = 0,16
mS dla PMOS oraz konduktancje wyjściowe: gdsn = 0,004 mS, gdsp = 0,005 mS.
Rezystancja obciążenia RL = 300 kΩ.
11. W symetrycznym wzmacniaczu różnicowym na tranzystorach bipolarnych mamy:
transkonduktancje tranzystorów T1 i T2: gmn = 0,15 mS, RC = 50 kΩ, RI = 500 kΩ.
Oblicz: wzmocnienie dla sygnałów różnicowych i rezystancję wyjściową na wyjściu
symetrycznym, wzmocnienia dla sygnałów różnicowych i rezystancje wyjściowe na
wyjściach niesymetrycznych oraz wzmocnienia dla sygnałów sumacyjnych na
wyjściach niesymetrycznych.
U CC
RC
U C1
I C1
U1 U BE1
RC
U OR
T1
I E1
I
I C2
T2
IE2
U BE 2 U
2
RI
U EE
U C2
3
4
3
4
U GG 2
U D1 U D2
U D1 U D2
I D1
U G1
I D2
M1
I D1
U G 2 U G1
M2
U GS1
U GS 2
M1
I D2
UG2
M2
S
U GS1
U GS 2
12. Wzmacniacz różnicowy
z obciążeniem w postaci lustra
prądowego na tranzystorach
I
I
PMOS (Rys.
c)).
Parametry
wzmacniacza:
g
=
0,2
mA/V
; gds1,2 = 0,002 mA/V ;
m1,2
U GG1
U GG
M5
M5
gds3,4 = 0,003 mA/V, układ zostanie obciążony rezystancją RL = 200 kΩ. Oblicz
 U SS różnicowego (UG1 = Ur ; UG2 =0)
U SSi rezystancję wyjściową.
wzmocnienie dla sygnału
 U DD
c)
U G1
M3
M4
I D3
I D4
I D1
I D2
M1
M2
S
I
U GG
M5
 U SS
UO
UG2
13. Wzmacniacz operacyjny ze sprzężeniem prądowym, zrealizowanym na
symetrycznym wzmacniaczu prądowym o częstotliwości granicznej 10 MHz i
wzmocnieniu stałoprądowym ki = 4,1 w którym zastosowano: R1 = 10 kΩ, R2 = 50
kΩ (rysunek poniżej). Oblicz ile wynosi 3dB-owa częstotliwość graniczna układu
nieodwracającego ?
R2
R1
+
ki
14. Oblicz wzmocnienie napięciowe, rezystancję wejściową i rezystancję wyjściową
niesymetrycznego wtórnika emiterowego w klasie A polaryzowanego źródłem prądowym
na tranzystorze npn w obwodzie emitera (rysunek poniżej). Parametry układu są
następujące: RL = 15 kΩ , dla obu tranzystorów: rbe = 4 kΩ , rce= 100 kΩ,
współczynnik wzmocnienia prądowego β =100, źródło sterujące ui ma rezystancję
wewnętrzną Rg = 5 kΩ.
U
CC
T1
R
I
T3
ui
io
I
T2
RL uo
U EE
15. Oblicz wzmocnienie napięciowe, rezystancję wejściową i rezystancję wyjściową
niesymetrycznego wtórnika emiterowego w klasie A polaryzowanego źródłem prądowym
na tranzystorze NMOS w obwodzie emitera (rysunek poniżej). Parametry układu są
następujące: transkonduktancje gm1,2 = 0,2 mA/V ; gmb1 = 0,02 mA/V gds1 = 0,004 mA/V ;
gds2 = 0,002 mA/V, układ obciążony rezystancją RL = 200 kΩ.
U DD
U SS
M1
io
ui
RL
g ds 2
I SS
uo
U SS
15. Wyjaśnij dlaczego w symetryczny wtórnik emiterowy w klasie A (rysunek niżej)
stosuje się diody D1 i D2.
U CC
Ip
T1
D1
io
D2
ui
T2
RL uo
Ip
U EE
16. We wzmacniaczu, którego wzmocnienie ku = 100, górna i dolna częstotliwość
graniczna fgw = 1 MHz, fgn = 100Hz zastosowano ujemne sprzężenie zwrotne, w
którym transmitancja toru sprzężenia zwrotnego β = 0,01. Oblicz wzmocnienie, górną
i dolną częstotliwość graniczna wzmacniacza po zastosowaniu tego sprzężenia.
parametry wzmacniacza będą wynosiły:
17. Wyjaśnij w jaki sposób określa się stabilność wzmacniacza w oparciu o kryterium
Bodego, korzystając z charakterystyk częstotliwościowych wzmocnienia otwartej pętli
T ( j )  k .
18. Wyjaśnij na czym polega kompensacja charakterystyk częstotliwościowych wzmacniaczy
operacyjnych tzw. biegunem dominującym.
19. Dobierz rezystancje R1 i R2 we wzmacniaczu odwracającym, aby wzmocnienie układu
R2
i2
było równe kuf = −15.
i1
R1
Z 
ud

k ud
uin
uo
R3
20. Dobierz rezystancje R1 i R2 we wzmacniaczu nieodwracającym, aby wzmocnienie układu
było równe kuf = +15.
i1
i2
R1
R3
ud


R2
ku
d
uo
21. Oblicz w jakim paśmie zachodzi całkowanie w integratorze (rysunek poniżej)
zrealizowanym na rzeczywistym wzmacniaczu operacyjnym ( z kompensacją
biegunem dominującym), dla którego: ωg = 500 sec(-1) ; ωT = 500 ∙105sec(-1) ; przy
zastosowaniu elementów stałej czasowej układu całkującego: R1 = 10 kΩ; C = 10 nF.
C
i2
i1
R1

ud
uin

k ud
uo
22. Częstotliwość rezonansowa stratnego obwodu rezonansowego jest równa f0 =10 MHz,
zaś jego dobroć Q0 = 20. Obwód ten obciążony jest rezystancją równoległą RL = 50
kΩ. Przy jakich częstotliwościach maleje o 3 dB względem wartości f0 moduł
impedancji Z obciążonego obwodu rezonansowego?
22. Dlaczego dobroć rezonatora kwarcowego charakteryzuje się wyjątkowo dużą
dobrocią, zawierającą się w zakresie od kilkudziesięciu tysięcy do kilku milionów, w
porównaniu z konwencjonalnymi obwodami rezonansowymi ?
23. Na rysunku poniżej przedstawiono model zastępczy środkowego stopnia
rezonansowego wzmacniacza LC z tranzystorami MOSFET: Parametry: gm = 0,5
mA/V; G0 = 0,006 mA/V; G12 = 0,01 mA/V; gds = 0,004 mA/V ; L = 10 μH ; C = 10
pF, C22 = 0,5 pF, C11 = 1 pF. Oblicz częstotliwość rezonansową wzmacniacza, 3dB
częstotliwości graniczne, szerokość pasma i moduł wzmocnienia w rezonansie.
U in
G12
C22
C11
g22 L
C
G0
G12
C11 U o
gmU in
G12 
1
1

R1 R2
24. Porównaj właściwości niesymetrycznych wzmacniaczy różnicowych OC-OB w
układach w. cz. ze wzmacniaczami kaskodowymi.
25. W monolitycznym układzie stabilizatora kompensacyjnego, np. uA723, UIN = 12 V, ,
UREF = 6 V. Dobierz wartości rezystorów dzielników RA – RB (dzielnik próbkujący
napięcie wyjściowe) oraz RC – RD (dzielnik próbkujący napięcie referencyjne) aby
uzyskać stabilizowane napięcie wyjściowe UOUT = 3,0 V.
26. W monolitycznym układzie stabilizatora kompensacyjnego, np. uA723, UIN = 18 V, ,
UREF = 6 V. Dobierz wartości rezystorów dzielników RA – RB (dzielnik próbkujący
napięcie wyjściowe) oraz RC – RD (dzielnik próbkujący napięcie referencyjne) aby
uzyskać stabilizowane napięcie wyjściowe UOUT = 12,0 V.
27. W układzie z ograniczeniem prądu obciążenia (rysunek poniżej): UIN = 10 V, UOUT =
5 V, UZ2 = 3,3 V, UBEP = 0,7 V, UD = 0,7 V, IOUTmax = 0,5 A. Dobierz rezystancję R5
aby spełnić powyższe założenia.
a)
U R5
UZ2
DZ2
R4
U BE 3
b)
T1
U OUT
R5
R1
D
T3
U OUT
U IN
T2
R3
R2
DZ1
I OUT
I OUT max I ZW
28. W układzie z redukcją prądu zwarcia: UIN = 10 V, UOUT = 5 V, UBEP = 0,7 V, R5 =
1,0 Ω, R6 = 3 kΩ , R7 = 7 kΩ. Ile wynosi prąd zwarcia IZW w tym układzie ?
a)
U R5
T1
b)
I OUT
U OUT
R5
R4
U R6
R8
R6
R1
U BE 4
T4
T3
U IN
U OUT
T2
R3
R7
R2
I OUT
I ZW
I OUT max
29. Narysuj podstawowy układ sterowanego kontrolera napięcia stałego obniżającego
napięcie . Ile powinien wynosić współczynnik wypełnienia przebiegu sterującego γ,
aby przy: UIN = 340 V wartość napięcia wyjściowego wynosiła 24 V?
30. Narysuj podstawowy układ konwertera podwyższającego napięcie wyjściowe. Ile
wynosi wartość napięcia wyjściowego przy UIN = 12 V i współczynniku wypełnienia
przebiegu sterującego γ = 0,4 ?
31. Narysuj schemat konwertera z odwracaniem biegunowości napięcia wyjściowego. Ile
wynosi wartość napięcia wyjściowego przy UIN = 6 V i współczynniku wypełnienia
przebiegu sterującego γ = 0,4 ?
32. Współbieżny konwerter napięcia stałego z pojedynczym kluczem i dodatkowym
uzwojeniem z3 (rysunek poniżej). W układzie UIN = 320 V; z1 = z3; z2 = 0,1 z1. Ile
wynosi wartość napięcia wyjściowego przy współczynniku wypełnienia przebiegu
sterującego γ = 0,4 ? Ile wynosi maksymalne napięcie na tranzystorze w stanie, gdy
jest on odcięty?

D1
U
z
pR  1
z3
iR
p
z1
z2
D2
u2
I
z3
z1 z2
 T
uK
L
D3
IO
uO
C
RL

33. Przeciwsobny konwerter z równoległym przetwarzaniem (rysunek poniżej). W
układzie UIN = 320 V; z1 = z3; z2 = 0,1 z1. Ile wynosi wartość napięcia wyjściowego
przy współczynniku wypełnienia przebiegu sterującego γ = 0,5 ? Ile wynosi
maksymalne napięcie na tranzystorze w stanie, gdy jest on odcięty?
K2
b
D1
p:1
a2
uK 2

UI

u3
ut z1
z2
z1
z2
K1
a1
b
uK 1
iL
p:1
D2
L
uL
C
uO
RL