Exam text content

 

Tentti

ELT-41710 Johdatus suurtaajuustekniikkaan
Karkauspäivänä 29.2.2016

Tentin laatija: Olli-Pekka Lund6n

[nt Omia laskimia, mukaanlukien ohjelmoitavia saa käyttää.

Vistnmmohjeita Hyvä vastaus on Ui täsmällinen, kattava ja perusteltu, myös helposti
ymmärrettävä ja ytimekäs. Hyvässä vastauksessa on aina omaa ajatusta. Selkeä esitys on
merkki selkeästä ajattelusta. Muista näyttää laskutehtävissä välivaiheet, pidä yksiköt mu-
kana ja anna lopputulos järkevällä tarkkuudella. Pohdi lopuksi, vastasitko kysymykseen
ja onko vastaus mielekäs.

Tehtävä f/ RF-vahvistin. Kuvassa 1 on yksinkertainen RF-vahvistin.

a) Mitoita sen komponentit niin että se toimii hyvin taajuusalueella 120...150 MHz.
Transistorin toimintapisteeksi pitäisi asettaa I, = 20 mA ja Vce =5 V.

b) Olkoon transistorin transadmittanssi itseisarvoltaan |yy| = 130 mS ja dynaaminen
sisäänmenoristanssi rx % 80 O. Piirrä näiden tietojen pohjalta vahvistimelle yksin-
kertainen piensignaalisijaisytkentä.

c) Arvioi vahvistimen siirtotehovahvistusta G; = PP missä Py on vahvistimen
antama teho 50 2 kuormaan silloin, kun sitä syöttää 50 0:n generaattori ja Pag

2
generaattorin yltöteho Pgvg = E Tuossa |eg| on generaattorin sähkömotorisen voi-

man suuruus ja R, on generaattorin sisäinen impedanssi Ry = 50 0.
d) Arvioi myös jännitevahvistusta A, = Vour/Vin?
e) Miten sijaiskytkentää voisi täsmentää?

£) Arvioi perustellusti sisäänmenosignaalin Vj, amplitudialuetta, jolla piensignaali-
mallisi on pätevä.

Rc

  
 

Ulkoinen
signaalilähde R, = =
500 Vin

AM | + Ulkoinen
kuorma
(D E; G = 500
PN3563

 

 

 

 

Kuva 1: RF-vahvistin.
 

Tehtävä 2. Vaiheensiirrin. Alla on vaiheensiirtimen piirikaavio ja piirikaavion mukaan
laskettu kompleksinen (erään märittelyn mukainen) *siirtofunktio” S21 = 2VL/E; Kuva
näyttää S21:n itseisarvon desibeleissä eli siirtotehovahvistuksen 50 ohmin järjestelmässä
ja S21:n kulman asteissa.

500 = Vin 300 nH

MM m||—-
D E; 100 pF = 100pF Zsa

 

 

 

 

 

Kuva 2: Vaiheensiirrin.

 

0 200
5 150
= 100
n 45 o
O
2 50 &
% 20 v
S 0 »
DO o
2 25 &
= =
-50 a
5 30 5
in -100
40 -150
45 1 4 = : L i -200
60 80 100 120 140 160 180 200 220

taajuus, MHz
Kuva 3: Vaiheensiirtimen $21.

a) Millä taajuudella vaiheensiirrin siirtää vaihetta 1809?

b) Ilmoita täsmällisesti minkä kahden jännitteen välille 180%:een vaihesiirto syntyy.
c) Mitä käyrille tapahtuu, jos valitaan suurempi kela, esim. 350 nH?

d) Entä jos valitaan suurempi sarjakondensaattori, esim. 10 pF?

e) Entä sitten jos valitaan pienemmät rinnakkaiskondensaattorit, esim. 68 pF?

f) Kondensaattoreilla on voi olla parasiittista sarjainduktanssia ja keloilla parasiittis-
ta rinnakkaiskapasitanssia, jotka voivat olla suurilla taajuuksilla merkittäviä. Poh-
di vaiheensiirtiminen komponenttien parasiittien merkitystä: Mitkä parasiitit ovat
merkittäviä? Mitkä eivät? Mitä vaikutuksia parasiiteilla voi olla vasteeseen?
 

Tehtävä %. Oskillaattori Suunnittele 120 MHz:n LC-oskillaattori. Voit hyödyntää edel-
lisissä tehtävissä tutkittuja piirejä.

a) Piirrä oskillaattorin piirikaavio.

b) Anna kaikki komponenttiarvot.

c) Kerro kuinka taajuutta voi tarvittaessa virittää.

4) Selosta kuinka kytkentää voidaan kehittää edelleen ja tehdä siitä radiolähetin.
e) Arvioi oskillaatorin kuluttamaa DC-tehoa.

f) Arvioi mitä suuruusluokkaa oskillaattorin antoteho 50 ohmin kuormaan voisi olla.

Tehtävä d Käsitteet. Selitä seuraavat käsitteet niin, että koneinsinööri ymmärtäisi ja
oppisi selostuksestasi mahdollisimman paljon. Voit käyttää jokaiseen selitykseen korkein-
taan 50 sanaa ja piirtää yhden kuvan (18 cm x 8 cm).

a) Schokley-yhtälö.

b) Dynaaminen resistanssi.
o) Ebers-Moll-malli.

d) Kantoaalto.

e) Taajuussekoitin.

n Solmupistemenetelmä.

Kiitos tenttiin ja tälle kurssille osallistumisesta. Hyvää kevättä!

Muista antaa palautetta Kaiku-järjestelmässä.