Exam text content

EE.ELE.400 Operaatiovahvistinkytkennät 1/2
Tentti 28.02.2025 / Jouko Heikkinen

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta. Tätä paperia ei tarvitse palauttaa.

Muistathan antaa opintojaksopalautetta Norppa-järjestelmän kautta saadaksesi opintosuorituksen.

K

Suunnittele ja mitoita seuraavat kytkennät käyttäen yhtä operaatiovahvistinta. Käytössäsi on
lisäksi diodeja sekä kääntöpuolen miljoonalaatikko. Kytkentöjen tulee olla realistisia. — (3p)

a) vo = vj kun vy <0 ja vy = 0 kun v; 20
b) vo = 411 — Sv

. KKK Vv
c) vo = Ai, missä A = 4—

2. Takaisinkytketty vahvistin (A = 1000) on suunniteltu käyttäen operaatiovahvistinta

OPA1602, jonka datalehdeltä löytyvät kuvaajat ohessa.

a) Selvitä ROC-menetelmän avulla takaisinkytketyn vahvistimen vaihevara, kaistanleveys,
silmukkavahvistus taajuudella 100 Hz sekä lähtöimpedanssi taajuudella 1 kHz.

b) Takaisinkytketyn vahvistimen negatiivisessa käyttöjännitteessä on amplitudiltaan 100 mV
ja taajuudeltaan 100 Hz oleva rippeli. Minkä suuruisena tämä näkyy lähdössä?

c) Takaisinkytketyn vahvistimen tuloon kytketään sinimuotoinen signaali, jonka amplitudi on
1V ja taajuus on 40 kHz. Mikä on tällöin vahvistimen lähdössä näkyvän signaalin
amplitudi? (6p)

Suunnittele yksipuoleisella 5 V käyttöjännitteellä toimiva kytkentä, joka kykenee mittaamaan
anturilta saatavaa ac-jännitettä (maksimiamplitudi 200mV) ja vahvistamaan sen
kymmenkertaiseksi. Sekä anturin —lähtöresistanssi että suunniteltavan kytkennän
kuormaresistanssi on 1k0. Tarvittavien operaatiovahvistimien lisäksi käytössäsi on
miljoonalaatikosta löytyviä passiivikomponentteja. Perustele tekemäsi valinnat. (3)

Mittaussignaalin kaistanleveyttä rajoitetaan aktiivisella toisen asteen alipäästösuotimella,
jonka vahvistus päästökaistalla on 6dB ja rajataajuus 10 kHz. Suotimen päästökaistalla
sijaitsevan sinimuotoisen hyötysignaalin amplitudi vaihtelee välillä 10 mV — 50 mV.

a) Olettaen, että kytkennän kohina aiheutuu kokonaan aktiivikomponentin jännitekohinasta,
kuinka suuri suotimen toteutuksessa käytetyn operaatiovahvistimen jännitekohinatiheys
saa korkeintaan olla, jotta suotimen lähtösignaalin SNR on vähintään 80 dB?

b) Suunnittele ja mitoita kyseinen suodin käyttäen Sallen-Key -lohkoa ja samansuuruisia
komponentteja, eli R, = R, = R ja €, = (, = €. Lähde liikkeelle seuraavalla sivulla
annetuista yhtälöistä ja käytä miljoonalaatikosta löytyviä komponentteja. Kuinka suuri on
suunnittelemasi suotimen O-arvo? (6P)

 
 

EE.ELE.400 Operaatiovahvistinkytkennät 2/2
Tentti 28.02.2025 / Jouko Heikkinen

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta. Tätä paperia ei tarvitse palauttaa.

Muistathan antaa opintojaksopalautetta Norppa-järjestelmän kautta saadaksesi opintosuorituksen.

onnen nnen maa annon nnnn nn nnnnnnnnnnntnn Tehtävien ratkaisun avuksi ----------------------------------------

 

Miljoona- |33 PF/390 pF/1,2 nF/2,2 nF/6,8 nF/8,2 1nF/10 nF/12 nF/15 nF/68 nF/120 nF
laatikko: |1k0/1,33 k0/2 k0/3 k0/4,7 k0/10 k9/12 k0/15 k0/20 k0/30 k0/68 kO/100 k0/3 MO

 

 

 

 

 

GAIN AND PHASE vs FREOUENCY CMRR AND PSRR vs FREGUENCY (Referred to Input)
140 —

 

WT
CMRR
vh

 

120

 

|
+

IN

 

 

100 1
-PSRR

 

80

 

 

 

 

Gain (dB)

60

 

E
IT 5 20 - — J

HIN | N o o
10 —100 —4k = 10k— 100k —1M = 10M  100M 1.40 100 1k — 10k 1006 1M —10M 100M
Freguency (Hz) Freguency (Hz) ij

OPEN-LGOP OUTPUT IMPEDANCE vs
FREGUENCY

 

(sa9160p) oseud

 

40 |-- - |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Common-Mode Rejection Ratio (48)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10k— 1006 1M = 10M
Freguency (Hz)

          

      

1,57/fy 111 105f 1.03% 1,028

    

 
 

      
 

 

ay == K TON 5
Vj o RIOR (KA AIO RTA Saa + msta 2

L

(yo = a.
; VR101R203

 

1
(1— R)/R1C1/R2C2 + YR1C2/R2Ci + N R2C2