Exam text content

 

ELT-21250 Operaatiovahvistinkytkennät

Tentti 25.08.2015 / Jouko Heikkinen

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta. Tätä paperia ei tarvitse palauttaa.
Muistathan antaa palautetta Kaiku-järjestelmän kautta saadaksesi opintosuorituksen.

1. Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Mikäli väite on mielestäsi oikein, perustele
lyhyesti miksi näin on. Mikäli väite on mielestäsi väärin, korjaa väite oikeaksi ja perustele
tekemäsi korjaus lyhyesti. Oikeasta vastauksesta perusteluineen saa yhden pisteen, väärästä
vastauksesta menettää yhden pisteen. Myös vastaamatta jääneestä kohdasta menettää yhden
pisteen. Tehtävästä ei kuitenkaan kokonaisuudessaan voi saada miinuspisteitä (minimipiste-
määrä on 0). (12p)
a) Siirtofunktiossa esiintyvä nolla aiheuttaa navan jälkeisillä taajuuksilla amplitudivasteen
kasvun 20 dB/dekadi.

b) PSRR kertoo kuinka paljon operaatiovahvistimen käyttöjännitteissä esiintyvistä häiriöistä
näkyy operaatiovahvistimen tulossa.

c) Negatiivinen takaisinkytkentä kasvattaa jännitetuloisen vahvistimen tuloimpedanssia.

d) Reaalisen operaatiovahvistimen äärellinen Slew-rate eli lähtöjännitteen suurin
mahdollinen muutosnopeus aiheutuu vahvistimen lähtöasteen äärellisestä biasvirrasta.

e) Ensimmäisen asteen suodattimen määrittämiseksi tarvitaan kaksi parametria —
rajataajuus 0, ja hyvyysluku 0.

9) Open collector -tyyppisen komparaattorin lähdöstä puuttuu ylöspäin ohjaava transistori,
joten kytkentään tarvitaan ulkoinen ylösvetovastus.

g) Jännitetakaisinkytketyn vahvistimen kaistanleveys on lähes riippumaton vahvistuksesta.

h) Komparaattorikytkentöjä — analysoitaessa ei voida — olettaa, että komparaattorin
tuloterminaalien välinen jännite-ero on nolla.

—4) -Operaatiovahvistimen -kohina—mallinnetaan- keskenään korreloimattomilla kahdella.

jännitekohinalähteellä ja yhdellä virtakohinalähteellä.

j) Takaisinkytketty suora kaskadikytkentä on sellaisenaan stabiili, koska kumpikin
peräkkäin — kytketyistä — vahvistimista — tuottaa napapisteen avoimen — silmukan
siirtofunktioonsa.

k) Yhteismuotoisten häiriöiden minimoimisen kannalta ei-invertoiva kytkentä on parempi
kuin invertoiva kytkentä.

1) Astabiili multivibraattori voidaan rakentaa invertoivasta Schmitt-triggerikytkennästä
tekemällä takaisinkytkentä lähdöstä tuloon vastuksen ja kondensaattorin avulla.

2. Suunnittele ja mitoita seuraavat kytkennät käyttäen yhtä operaatiovahvistinta. Kytkentöjen
tulee olla realistisia. Käytä miljoonalaatikosta löytyviä komponentteja. (3P)

a) vy = 4v,, missä A=-0,5V/V
b) vp =-2v1 v,

c) i, =kv,, missä k =0,3mA/V

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

Käännä

 
Peru Paarla kä = Pe erllu. paarlauta Pst-dertotit-Ci

ELT-21250 Operaatiovahvistinkytkennät

Tentti 25.08.2015 / Jouko Heikkinen

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta. Tätä paperia ei tarvitse palauttaa.
Muistathan antaa palautetta Kaiku-järjestelmän kautta saadaksesi opintosuorituksen.

4.

Suunnittele kytkentä, joka kytkee verkkojännitteellä toimivan lämmitysvastuksen päälle
lämpötilan laskiessa nollaan tai sen alapuolelle. Verkkojännitteen lisäksi käytettävissäsi on
24V — tasajännite. Lämpötila mitataan NTC-vastuksella, jonka resistanssi on 0*C

lämpötilassa noin 30k2. Lämmitysvastuksen kytkemiseen on käytettävissä rele, jonka
ohjaamiseen tarvitaan 24V ja 100mA. Lisäksi käytettävissäsi on komparaattoreita,
transistoreja (Bn, =50), diodeja, 1k2 ja 5kO säätövastuksia sekä miljoonalaatikosta
löytyviä muita passiivikomponentteja. (6p)

Oheisen — kuvan — mukaisessa — vahvistinkytkennässä |
R, =20k0, R, =200kO2 ja R,=18k0. Käytössäsi ovat :
alla esitetyt kuvat operaatiovahvistimen datalehdeltä ja sen
lisäksi tietojesi mukaan takaisinkytkemättömän vahvistimen ==
lähtöimpedanssi taajuudella 50kHz on 102.

 

 

 

a) Piirrä vahvistimen Bode-piirros ja selvitä piirroksen perusteella vahvistimen vaihevara ja
kaistanleveys. Määritä myös lähtöimpedanssi taajuudella 50 kHz.

b) Kuinka suuri kohinajännite näkyy vahvistimen lähdössä kaistalla joka rajoittuu alapäässä
taajuuteen 50kHz ja yläpäässä vahvistimen -3dB rajataajuuteen? Muita kohinalähteitä
kuin operaatiovahvistimen jännitekohina ei tarvitse huomioida. Ota huomioon vahvisti-
men amplitudivasteen äärellinen jyrkkyys. (6p)

 

 

Miljoona- |33 pF/390 pF/1,2 nF/2,2 nF/6,8 nF/8,2 nF/10 nF/12 nF/15 nF/68 nF/120 nF
laatikko: |1k0/2k0/3,3 k0/4,7 k0/6,65 k0/10 k0/15 k0/20 k9/27 k0/30 k0/100 ka

 

 

 

 

 

 

Voltage Gain (48)

 

N 1 2 3 4 5
NEB DR 111f 1056 103% 1025

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OPEN-LOOP GAIN/PHASE vs FREOUENCY E INPUT VOLTAGE NOISE SPECTRAL DENSITY
0 1 7
—45 E
S 100
E €
e o
-90 % 2
E =
3
240
—135 g
—180 1
10 —.100 —:1k = 10k— 1006 4M — 10M — 100M 10 100 1k 10k 100k

Freguency (Hz) Freguency (Hz)