שאלה III – מגברי שרת / תגובת תדר
– 244440מועד ב' חורף תשע"ב סמסטר חורף תשע"ב 45במרץ 0240 הטכניון – מכון טכנולוגי לישראל הפקולטה להנדסת חשמל מבחן מועד ב' במעגלים אלקטרוניים לינאריים ()244440 טור 9 לפני תחילת המבחן מלאו את כל הפרטים בדף התשובות .הקפידו למלא את מספר הזיהוי שלכם ואת מספר הטור. משך המבחן שלוש שעות .מותר השימוש בכל חומר עזר ,כתוב או מודפס, ובמחשבונים שאינם יכולים להפעיל תוכנת SPICEאו תוכנת סימולציה דומה. יש לפתור את כל 04הסעיפים ,שאינם שווים במשקלם .מותר ומומלץ להשתמש בקירובים .הקירוב המותר הוא בגבולות של .±5%יש לסמן תשובה אחת בלבד לכל סעיף בדף התשובות המצורף ,אלא אם רשום במפורש אחרת .אם לדעתך שתי תשובות או יותר נכונות ,יש לסמן רק אחת מהן. בסיום הבחינה יש להגיש את דף התשובות בלבד. בהצלחה ! תשובות מופיעות בשני העמודים האחרונים. -4- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב שאלה – Iמגבר הפרש ()02% נתון המעגל הבא: נתוני המעגל: מקורות :DC מקור לאות קטן: נתוני הטרנזיסטורים :T2=T1 VA VCC ,VBB VBE ,on 0.7V v1 , v2 VCE , sat 0.2V 100 kT VT 26mV q VCC >> 1V ניתן להניח כי הטרנזיסטורים במצב פעיל קדמי בכל סעיפי השאלה ,אלא אם נאמר אחרת. -0- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב )4%( .4אם ,RL4=RL0מהו הזרם הזורם דרך הנגד RL4בנקודת העבודה? א. ב. ג. ד. ה. VCC VBB VBE ,on 2 RL1 VCC VBB VBE ,on RL1 VCC VBB VBE ,on 2 Re VCC VBB VBE ,on 2 Re VCC VBB VBE ,on Re ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. )4%( .0נתון כי הזרם Iהמסומן בשרטוט הוא 0מיליאמפר .נתון גם כי לפתרון סעיף זה (בלבד) RL1 Rd 15K וכי VBB 1Vו. VCC 15V - נדרש כי מתח ה DC -בצומת המסומן ב vout -יהיה אפס .מהו ערכו של נגד RL0הנדרש לשם כך? התשובות המספריות להלן נתונות ביחידות של : K א0-5 . ב5-10 . ג10-20 . ד20-30 . ה .יותר מ32- ו .לא ניתן להשיג את המתח המבוקש .לקבלת ניקוד יש להסביר מדוע מצידו השני של דף התשובות. )4%( .3מהו זרם הבסיס ( )DCשל הטרנזיסטור T2בנקודת העבודה? לפתרון סעיף זה (והסעיפים הבאים) לא ניתן להשתמש בנתונים או בקשרים בין הרכיבים שניתנו בשני הסעיפים הקודמים. א. ב. VCC VBB VBE ,on )Re ( 1 VCC VBB VBE ,on )2 RL 2 ( 1 -3- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב ג. ד. ה. VCC VBB VBE ,on )RL 2 ( 1 VCC VBB VBE ,on )2 Re ( 1 VCC VBB VBE ,on )Re ( 1 ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. )4%( .4נתון לפתרון סעיף זה (בלבד) VBB 1V , RL1 = RL 2 Rd Re 10K ו- . VCC 15Vהאם עקב שינוי של יתכן מצב בו הטרנזיסטורים יהיו ברוויה? א. ב. ג. ד. כן ,הטרנזיסטורים יהיו ברוויה אם 1 כן ,הטרנזיסטורים יהיו ברוויה אם 100 כן ,הטרנזיסטורים יהיו ברוויה אם 500 הטרנזיסטורים אינם ברוויה כאשר . 1 500 ה .ע"פ הנתונים ,הטרנזיסטורים תמיד ברוויה בלי קשר לערכו של . ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש להסביר מדוע מצידו השני של דף התשובות. אות דיפרנציאלי קטן מוגדר כ, vd v1 v 2 - אות משותף ( )commonקטן מוגדר כ. vc 0.5 v1 v 2 - )4%( .5יש לסמן את המשפט המשלים נכונה את הטענה הבאה :על פי נתוני הטרנזיסטורים המקורבים שבשאלה זאת ,כל עוד הטרנזיסטורים במצב פעיל קדמי ,התנגדות הכניסה לאות דיפרנציאלי... א. ב. ג. ד. ה. ו. איננה תלויה בערכו של VCC איננה תלויה בערכו של Rd איננה תלויה בערכו של Re תלויה בערכו של RL1 תלויה בערכו של Rd אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש להסביר מצידו השני של דף התשובות. )5%( .6בהנחה כי rידוע ,וכי ,RL4=RL0מהו ערכו המוחלט של ההגבר לאות דיפרנציאלי קטן vout vd Ad ? -4- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב א. VT r I ב. Rd 2r r ג. 2 r Rd ד. Rd 2r ה . Rd R || L 1 2 2r ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. )5%( .7נתון לסעיף זה כי .RL4=RL0מוסיפים קבל במקביל לנגד .Rdכיצד ייראה vout vc Ac בתלות בתדר? יש לבחור מבין האפשרויות הבאות. בשרטוטים המוצעים ,הציר האופקי מתאר תדר והציר האנכי מתאר איכותית הגבר בערך מוחלט (שני הצירים הם בסקלה לוגריתמית): (א) (ב) (ג) -5- (ד) (ה) (ו) אף תשובה אינה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו האחורי של דף התשובות טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב שאלה – IIמגבר שרת ()02% נתון המעגל הבא: 3R 2R VCC R Vout vin -VCC VBIAS נתוני מגבר השרת: av נתוני הדיודות: rin VD ,on 0.7 V kT / q 25 mV rout 0 V 15Vניתן להניח כי ב DC -הדיודה מתפקדת CC כדיודה אידיאלית. מקורות :DC מקורות לאות קטן: VBIAS , VCC vin שימו לב ,לצורך פתרון השאלה לא נדרש לדעת את ערכו המספרי של .R -6- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב )5%( .8עבור ,vin=0Vמשנים את VBIASמ -10V -עד ל .10V -כיצד יראה המוצא ?Vout Vout Vout VBIAS VBIAS ב. א. Vout Vout VBIAS VBIAS ד. ג. ו. Vout אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. VBIAS ה. )4%( .9עבור ,vin=0Vמשנים את VBIASמ -10V -עד ל .10V -כיצד יראה המתח בכניסה השלילית של מגבר השרת?V- : V- V- VBIAS VBIAS א. ב. -7- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב V- V- VBIAS VBIAS ד. ג. ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. V- VBIAS ה. )4%( .42עבור ) ,vin=10mV*sin(ωtמהו ערכו של VBIASעבורו נקבל את ההגבר הגבוה ביותר (בערכו המוחלט) וללא עיוותים? VBIAS 10 mV א. ב. ג. ד. ה. ו. vout vin A VBIAS 4.75 V VBIAS 3V VBIAS 2V VBIAS 50 mV אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. )4%( .44עבור ) ,vin=10mV*sin(ωtמהו ההגבר vout vin A המקסימלי (בערכו המוחלט) שניתן להפיק מהמגבר ע"י שינוי של ?VBIAS א. Amax 3 ב. Amax 2 ג. Amax 5.5 ד. Amax 4.25 ה. Amax 3.5 ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. -8- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב )4%( .40נתון שכל אחת מהדיודות הינה בעלת קיבול דיפוזיה בממתח קדמי .CDעבור איזה מתח ,VBIASמהמוצע בתשובות ,נקבל את הקוטב הרחוק ביותר בהגבר לאות קטן? VBIAS 1 mV א. ב. ג. ד. ה. ו. VBIAS 4 V VBIAS 7V VBIAS 2V VBIAS 8 V אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. )5%( .43מחברים קבל Cבין ההדק החיובי V+להדק השלילי V-של מגבר השרת .כמו כן נתון כי .VBIAS=3Vסמנו את התשובה המתארת את השינוי שיתרחש בהגבר לאות קטן כתוצאה מהוספת הקבל? 1 א .יתווסף קוטב בתדר RC ב .יתווסף קוטב בתדר 0.66RC ואפס בתדר RC 1 ג. ד. ה. ו. 1 יתווסף אפס בתדר 0.66RC וקוטב בתדר RC לא יתווספו קטבים ואפסים. 1 יתווסף קוטב בראשית ואפס בתדר RC אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. 1 1 )4%( .44במקום מגבר אידאלי ,נתון כי המגבר מעשי ,כך שכל מאפייניו סופיים (.)av, rin, rout מחליפים את הדיודות שבמעגל בקצרים ,וקובעים .VBIAS =2V נתון כי ערך ה SLEW-RATE-המקסימלי במוצא מגבר השרת הוא . 1V / Sec יש לבחור בטענה הנכונה: א .לא יתכן שיופיע ביציאת המגבר גל משולש באמפליטודה של 4Vשאורך מחזורו . 1 Sec ב. ג. ד. ה. ו. לא יתכן שיופיע ביציאת המגבר גל משולש באמפליטודה של 4Vשאורך מחזורו . 10 Sec יתכן שיופיע ביציאת המגבר גל משולש באמפליטודה של 4Vושאורך מחזורו . 1 Sec יתכן שיופיע ביציאת המגבר גל ריבועי באמפליטודה של 4Vושאורך מחזורו . 10 Sec יתכן שיופיע ביציאת המגבר גל סינוסי באמפליטודה של 4Vושאורך מחזורו . 0.1 Sec אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לרשום את התשובה מצידו השני של דף התשובות. -9- טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב שאלה – IIIמשוב (סה"כ ,42%כל סעיף )4% נתון המעגל הבא: כאשר נתונה הסכימה של הרכיבים :I1, I2 לרכיב הגבר מתח ,Aוסכמת התמורה שלו זהה לאות קטן ולאות גדול. - 42 - טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב נתוני המעגל: נתוני הטרנזיסטורים :M1~M2 VDD 5 V Cox W 2 L K1 0.25 mA/V 2 K RD1 1 k RD 2 0.5 k R1 Rin R f 0.5K K 2 0.5 mA/V 2 Rs 2 1 k K 6 1 mA/V 2 C1 מקורות :DC VT 1 V 1 0 VDD is מקורות לאות קטן: שימו לב: נתון כי הדקי המצע של הטרנזיסטורים מסוג n-channelמחוברים לפוטנציאל הנמוך ביותר במעגל. כמו כן ,נתון כי הדקי המצע של הטרנזיסטורים מסוג p-channelמחוברים לפוטנציאל הגבוה ביותר במעגל. 2 0 0 2F 0.6 V כל הטרנזיסטורים מסוג חיזוק הולכה (.)enhancement ניתן להזניח את אפקט המצע ,וכן להזניח את הקיבולים cgd , cgsבטרנזיסטורים. .45מהו ערכו של Aעבורו נקבל זרם DCדרך M1של 1mAבהנחה שכל הטרנזיסטורים ברוויה? א2.75 . ב4 . ג4.05 . ד4.5 . ה4.75 . ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. .46מהו סוג המשוב? אPIPO . בSISO . גPISO . דSIPO . ה .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. .47מהו גורם המשוב ?B א. A RS 2 Rin Rin R f RS 2 B - 44 - טור 9 – מועד ב' חורף תשע"ב244440 A RS 2 Rin R f RS 2 .ב Rin Rin R f || RS 2 .ג RS 2 Rin R f RS 2 .ד A RS 2 Rin R f || RS 2 .ה B B B B . לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. אף תשובה איננה נכונה.ו ? Av | vout | מהו ערכו המוחלט של ההגבר בחוג פתוח.48 v1 g g R R m1 m2 D1 D 2 R R || R R g r R || R R D2 S2 f in m2 02 S 2 f in g g R R r m1 m2 D1 D2 02 R R r g r R D2 S 2 02 m2 02 S 2 g g R R m1 m2 D1 D 2 1 R g R || R R r g r R || R R D2 m1 S 2 f in 02 m2 02 S 2 f in g g R R r m1 m2 D1 D2 02 R R || R R r g r R || R R D2 S2 f in 02 m2 02 S 2 f in g g R R m1 m2 D1 D 2 1 R || R R g r R || R R S2 f in m2 02 S 2 f in .א .ב .ג .ד .ה . לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. אף תשובה איננה נכונה.ו ? Av מהו סימנו של ההגבר.49 + .א – .ב . לקבלת ניקוד יש לפרט מצידו השני של דף התשובות. אף תשובה איננה נכונה.ג ? As | As R1 || Rin A 9 טור - 40 - vout | מהו ההגבר.02 is Av .א 1 Av / B – מועד ב' חורף תשע"ב244440 Av 1 Av B Av As R1 || Rin A Rd 2 Av B Av As Rd 2 Av B A R As R1 || Rin A v d 2 Rd 2 Av B . לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות.אף תשובה איננה נכונה As R1 || Rin .ב .ג .ד .ה .ו ? מהי התנגדות המוצא של המעגל.04 R out , f R out , f 1 Av B 1 gm2r02 RS 2 || R f Rin RD2 R D2 RD2 Av B r02 RS 2 || R f Rin gm2r02 RS 2 || R f Rin RD2 R R out , f R D2 .ב D2 1 Av B 1 RS 2 || R f Rin gm2r02 RS 2 || R f Rin RD 2 R R out , f .א D2 RD2 Av B RS 2 || R f Rin RD 2 R R out , f .ג RD 2 .ד D2 1 Av B RS 2 || R f Rin RD 2 R .ה D2 . לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. אף תשובה איננה נכונה.ו : הפוך כמו בשרטוט הבאI2 כעת נחבר את 9 טור - 43 - – מועד ב' חורף תשע"ב244440 : מה תהיה כעת התנגדות המוצא.00 Rout ( RD 2 AV B)(ro 2 RS 2 || ( R f Rin ) g m 2 ro 2 RS 2 || ( R f Rin ) RD 2 R D 2 .א Rout RD 2 || ro 2 RS 2 || R f g m 2 ro 2 RS 2 || R f .ב Rout ( RD 2 AV B)(ro 2 RS 2 || ( R f Rin ) g m 2 ro 2 RS 2 || ( R f Rin ) Rout RD 2 ( RD 2 AV B)(ro 2 RS 2 || R f g m 2 ro 2 RS 2 || R f RD 2 .ג RD 2 .ד Rout RD 2 || ro 2 .ה . לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. אף תשובה איננה נכונה.ו הפוך כמו בשרטוט הבא? בסעיף זה בלבד גםI2 אם נחבר אתAs | vout | מה יהיה ההגבר.03 is 2 0 g m1 Rd 1 g m 2 Rd 2 1 g m1 Rin 1 g m 2 RS 2 || R f R 1 A in RS 2 || R f R f Rd 1 g m1 g m 2 Rd 1 Rd 2 As R1 || Rin A As R1 || Rin A 1 g m1 Rin As R1 || Rin A 9 טור - 44 - 1 g m 2 RS 2 || R f g m1 g m 2 Rd 2 1 Rin RS 2 || R f 1 g m1 Rin 1 g m 2 RS 2 || R f .א .ב .ג – 244440מועד ב' חורף תשע"ב ד. ה. g m1 g m 2 Rd 1 Rd 2 1 A RS 2 || R f 1 g m1 Rin 1 A g m 2 RS 2 || R f g g R g m 2 Rd 2 As R1 || Rin A m1 m 2 d 1 1 g m1 Rin 1 A g m 2 RS 2 || R f As R1 || Rin A ו .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לענות מצידו השני של דף התשובות. vout .04מה יהיה סימנו של ההגבר is א+ . ב– . ג .אף תשובה איננה נכונה .לקבלת ניקוד יש לפרט מצידו השני של דף התשובות. ? As - 45 - טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב שאלה מס' תשובה מס' ד' 0 ג' 3 ד' 4 ד' )2 Re ( 1 הטרנזיסטורים אינם ברוויה כאשר . 1 500 5 ב' איננה תלויה בערכו של Rd 6 ה' 7 ו' 8 א' 9 ו' 42 א' 4 תשובה מלאה הערות VCC VBB VBE ,on חישוב DCפשוט של זרם המקור מחולק לשני ענפים. 2 Re 42-02 VCC VBB VBE ,on Rd RL1 || 2 2r אף תשובה אינה נכונה. בסימטריה מלאה נקבל זרם אפס על Rdולכן זרם של 1mAעל כל נגד עומס .ערך של 15 K יתן אפס ביציאה. חישוב DCפשוט של זרם המקור. בערכים הנתונים נקבל זרם של 332.5uAב emitterשל כל טרנזיסטור .לכל ערך של beta נקבל זרם קטן יותר דרך נגדי הקולקטור .כלומר מתח מקסימלי של -11.675על נגדי הקולקטור, ונשאר מתח מעל לסף רוויה בין אמיטר לקולקטור. הנגד Rdלא משפיע על נקודת העבודה ולכן גם לא על הפרמטרים לאות קטן .הוא גם איננו משפיע בחישובי .AC בסימטריה מלאה מחשבים הגבר של צד אחד: דרגת CEעם עומס של RL1במקביל לחצי .Rd התנגדות הכניסה שווה ל .0 r בהגבר משותף ,וכאשר RL4=RL0לא יזרום זרם ב ,Rdולכן קבל לא יוסיף קוטב או אפס. ,VBIAS 7.15V , 0 VBIAS 7.15V , 0 VBIAS 4.76 6 V ,VBIAS 4.76 6 V Vout VBIAS 15V 2V V BIAS D ,on 3 V V BIAS D ,on 15 V VOUT הגרף הנכון הוא: V- Vbias 0 R 2 1 V Vbias Vbias VD,on VCC Vbias VCC VD,on saturation: Vout VCC 3R 3 3 Vbias 0 R 3 1 V Vbias VCC Vbias VD,on Vbias VCC VD,on saturation: Vout VCC 4R 4 4 VBIAS 2 R rd R 3R rd Vbias 0 A R kT kT rd qI d q VBIAS / R VBIAS 10 mV Vbias 0 A בגלל התלות ההפוכה של rdבזרם Iנרצה VBIAS נמוך ככל האפשר בתלות בעירור הנתון. עם זאת ,מאחר והגודל VBIAS 10 mVהוא - 46 - טור 9 – 244440מועד ב' חורף תשע"ב פתרון גבולי (על סף עיוותים) מתקבל גם פתרון ו' עם נימוק מתאים ,ובאופן חריג גם .-3V עבור מתח BIASמהסעיף הקודם נקבל זרם של VBIAS kTR rd .מהצבה בפתרון . Rולכן qVBIAS מהסעיף הקודם נקבל 44 ג' Amax 5.5 40 ג' VBIAS 7V 43 ד' לא יתווספו קטבים ואפסים 44 א' לא יתכן שיופיע ביציאת המגבר גל משולש באמפליטודה של 4V שאורך מחזורו . 1 Sec 45 46 ד' ב' 4.5 SISO 47 א' A RS 2 Rin Rin R f RS 2 48 ד' g g R R r m1 m2 D1 D2 02 R R || R R r g r R || R R D2 S 2 f in 02 m2 02 S 2 f in 49 02 א' ה' 04 ב' 00 ב' 03 ב' 04 א' kT 5.5 q Av Rd 2 Rd 2 Av B Amax 3 100 בעקבות ההערה לגבי הסעיף הקודם ,גם בסעיף זה מתקבל ו' עם נימוק מתאים ,ובאופן חריג ניתנה מחצית הניקוד למי שענה .3 הקוטב הרחוק יתקבל עבור התנגדות הדיודה הכי קטנה –> זרם DCהכי גבוה –> מתח כניסה בערך מוחלט הגבוה ביותר כל עוד אין עיוותים. לא זורם זרם בין ההדקים ולכן קבל לא יוסיף קוטב או אפס. לפי ערך ה slew rateהנתון ,לא ייתכן שיפוע (נגזרת) של יותר מאשר 4Vבתוך מיקרושניה אחת. חישוב זרמי DCדרך .M1, M2 המעגל דוגם את זרם היציאה ומחזיר מתח לדרגת ה CSשל .M1 מחלק זרם המוצא בין Rs2ל ).(Rf+Rin והכפלה ב Rs2ו .A B דרגת CSללא ניוון ,ודרגת CSעם ניוון ועם .ro שתי דרגות הופכות סימן. + חוג המשוב הוא SISOולכן בחוג סגור מקבלים As R1 || Rin A Ay openloop מציבים Av Rd 2 Ay i ; Ay out 1 Ay B v1 closed loop i Af out v1 ומכפילים חזרה ב Rd2לקבל מתח במוצא. D2 R RD2 Av B r02 RS 2 || R f Rin gm2r02 RS 2 || R f Rin RD2 D2 R כמו כן יש להוסיף את ההגבר בין isל .v1 R out , f התנגדות מוצא של CSעם ניוון מוכפלת ב . 1 Ay Bמציבים שוב A Avומחסירים את Rd 2 Rout RD 2 || ro 2 RS 2 || R f g m2 ro 2 RS 2 || R f Rin RS 2 || R f R f Rd 1 1 A 1 g m 2 RS 2 || R f g m1 g m 2 Rd 1 Rd 2 1 g m1 Rin As R1 || Rin A + - 47 - y .Rd2 אין משוב ולכן התנגדות מוצא רגילה של CSעם ניוון ועם .ro אין משוב ולכן מחשבים הגבר רגיל. דרגת CSעם ניוון ועוד דרגת CSאשר גם מתח השער וגם מתח המקור תלויים במתח .v1 שתי דרגות הופכות סימן. טור 9
© Copyright 2024