Elektronika példatár

  • Upload
    ahimpli

  • View
    160

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Elektronika példatár

Citation preview

  • Budapesti Mszaki s Gazdasgtudomnyi Egyetem

    Kzlekedsmrnki s Jrmmrnki Kar

    Kzlekeds- s Jrmirnytsi Tanszk

    Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Ksztette: Lvtei Istvn Ferenc Dr. Szab Gza

    Verzi: 1.2, 2014.jlius 7.

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 2/29

    Tartalomjegyzk

    Elsz ......................................................................................................................................... 3

    1 Mveleti erst kapcsolsok .............................................................................................. 4

    1.1 ltalnos alapismeretek ............................................................................................... 4

    1.2 Erstkapcsolsok (arnyos tpus) mveleti erstvel ........................................... 5

    1.3 Integrl s differencil kapcsolsok ...................................................................... 15

    1.4 Tbbfokozat erstkapcsolsok ............................................................................. 21

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 3/29

    Elsz

    Pldatrunk a BME Kzlekedsmrnki s Jrmmrnki Karon, a Kzlekeds- s Jrmirnytsi Tanszk ltal oktatott elektrotechnika trgycsoport tantrgyaihoz kszlt. A trgycsoport a BSc. kpzsben az Elektrotechnika - elektronika I - II trgyakat, az MSc. kpzsben pedig az Elektronika-elektronikus mrrendszerek tantrgyat tartalmazza.

    A trgycsoport egy rszben az un. gyengeram elektrotechnika alapelemei s alapkapcsolsai kerlnek trgyalsra. Ezen rszek elsajttst szeretnnk tmogatni jelen pldatrunkkal. A pldatrban rgebbi vek zrthelyi pldinak megoldsait mutatjuk be; clunk nem csupn a megolds rvid bemutatsa, hanem e mellett a szksges httrismeretek hivatkozsa is.

    Elkpzelsnk szerint pldatrunk folyamatosan bvl: jelen verzi a mveleti ersts erst (jelleg) alapkapcsolsok pldit tartalmazza, de tovbbiakban tervezzk mind a tbbfokozat erstkapcsolsos pldk fel trtn tovbblpst, mind a tranzisztoros kapcsolsok fel trtn tovbblpst. A pldatrat elektronikus formban tesszk kzz, javasoljuk mindenkinek, hasznlat eltt ellenrizze, hogy a legutols (s gy a legbvebb) verzival rendelkezik-e. Az elektronikus kzzttel helye tanszknk honlapja (azon bell is a trgycsoport sajt honlapja): www.kjit.bme.hu/

    Szeretnnk felhvni a figyelmet arra, hogy pldatrunk nmagban trtn forgatsa nem megfelel t a szksges ismeretek elsajttshoz: javasoljuk a gyengeram rszekhez dr. Srkzy Sndor Elektrotechnika I. cm jegyzett (tbb kiadsban, pl. J7-857/1); a pldk megoldshoz pedig dr. Kohut Mtys (szerk.) Elektrotechnika pldatr cm jegyzett (szintn tbb kiadsban, pl. J7-898). Javasoljuk azt is, hogy a pldk ismeretanyagnl mindenki gondoljon vissza a labormrseken megismert jelensgekre, viselkedsmdokra, nzze vissza a laborgyakorlat jegyzetnek vonatkoz rszeit: dr. Kloknicer Imre (szerk.) Elektrotechnika laboratriumi gyakorlatok, Megyetemi Kiad, 75017.

    Remljk, hogy kezdemnyezsnket, munknkat hasznosnak fogja tallni az olvas. Mi mindenesetre treksznk egyre jobb, teljesebb munka ltrehozsra: jobbt szndk szrevteleket, javaslatokat szvesen fogadunk.

    A szerzk

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 4/29

    1 Mveleti erst kapcsolsok

    1.1 ltalnos alapismeretek

    A mveleti erst olyan integrlt kapcsols (integrlt ramkr), amelyben tbb tranzisztoros erstfokozat tallhat egyms utn sorba kapcsolva (gy azok erstse sszeszorzdik). Bemeneti fokozata differenciaerst, amely nem egy adott bemeneti pont kzs ponthoz kpesti feszltsgt ersti, hanem kt bemeneti pont kztt (+ s -, nem invertl bemenet s invertl bemenet) rtelmezett feszltsget erst. A differenciaerst kt, szimmetrikusan felptett s kzs rszeket is tartalmaz erstkapcsolsbl ll. Ez azrt fontos, mert gy ez a kapcsols jelentsen rzketlen a munkapont-vltozsra (hiszen mindkt tranzisztoros rsz munkapontja egyformn vltozik) s rzketlen a kls, kzs ponthoz kpest rtelmezett zavarokra is. A zavarrzketlensg azrt fontos tulajdonsg, mert a teljes mveleti ersttl igen nagy erstst vrunk el, gy a bemenetn kis zavar (vagy munkapont-vltozs) a kimeneten hatalmas jelknt jelenne meg.

    A differenciaerst utn feszltsgerst fokozatok tallhatak (ltalban kett vagy hrom), ezek valstjk meg a tnyleges nagy feszltsgerstst ("A" osztly ersts). Az utols, kimeneti fokozat meghajt-fokozat, ellentem, kttranzisztoros megvalstssal, "AB" osztly mkdssel. Ez az utols fokozat feszltsget mr nem erst, de ramot s teljestmnyt igen, s nagyon kicsi kimeneti ellenllst biztost.

    Fontos tulajdonsga mg a mveleti erstnek, hogy bels feszltsg-elvlasztsokat nem tartalmaz a fokozatok kztt (nincsenek csatolkondenztorok), gy nulla frekvencitl erst (un. egyenfeszltsg erst). Ez azonban olyan munkapont-belltsi problmkat vet fel, amelyek csak +/- tpfeszltsg alkalmazsval oldhatak meg (elvrs, hogy nulla bemen jel mellett a kimeneti feszltsg is nulla legyen).

    A mveleti erst jellemzi teht:

    - Igen kis kimeneti ellenlls (elmletileg nullhoz tart): kvetkezmnye, hogy a mveleti erst mkdse nem fgg attl, hogy milyen terhelsre dolgozik (ellenttben a tranzisztoros fokozatokbl);

    - Igen nagy bemeneti ellenlls, a bemeneteken befoly ram nullhoz tart (a nagy ersts miatt a bemeneten nem ignyel jelents vezrlramot) + ezt mg fokozni is szoktk FET bemenet megoldsokkal.

    - Erstsnek rtelmezse: Uki/Ud, ahol Ud a nem invertl s az invertl bemenetek kztti feszltsgklnbsg, az un. differenciafeszltsg;

    - Erstse nagyon nagy, tart a vgtelenhez (gyakorlatban 10^5-10^6 nagysgrend) - vigyzat, ez az un. nylthurk ersts, ez kapcsolsba ptve a mveleti erstt, a teljes kapcsolsra mr nem igaz;

    - Ha a mveleti erstt erstkapcsolsban hasznljuk (negatv a visszacsatols, az invertl bemenetre csatolunk vissza), a vges kimeneti jel miatt a differencilis feszltsg rtke nullnak tekinthet.

    A mveleti erst - ahogy minden erst - kimeneti korltokkal is rendelkezik: a kimeneti feszltsg rtke nem haladhatja meg mg idelis mveleti erst esetben sem a tpfeszltsg

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 5/29

    rtkt (a valsgban ezt a tulajdonsgot a rail-to-rail mveleti erstk biztostjk, a norml mveleti erstk kimeneti feszltsgkorltja ltalban a tpfeszltsg alatt egy-kt volttal tallhat). A megengedett kimeneti feszltsgtartomny az un. kivezrlsi tartomny.

    1.2 Erstkapcsolsok (arnyos tpus) mveleti erstvel

    1. Mretezzen erstkapcsolst idelis mveleti erstvel, az albbi paramterekkel, ha a bemen jel hromszgjel, az alakja az albbi brn adott:

    Az elvrt ersts:

    a) -25, b) -50 .

    A tpfeszltsg rtke: +/- 20 V. A visszacsatol gba 50 k-os ellenlls kerljn beptsre. Adja meg a kapcsolsi rajzot, s rajzolja fel mindkt esetben a kimen jel alakjt!

    Megolds:

    Az elvrt ersts negatv s konstans, ami azt jelenti, hogy invertl mveleti ersts kapcsolst kell megvalstani. A kapcsols kapcsolsi rajza:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 6/29

    Az invertl mveleti erst erstse:

    = 21

    a) Az els esetben:

    |25| =50

    1

    1 =50

    25

    1 = 2

    Az els esetben az R1 ellenlls rtke 2 k. A kimen jel maximuma s minimuma:

    25 (+/)0,5 = +/ 12,5

    A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 7/29

    b) A msodik esetben az ersts:

    |50| =50

    1

    1 =50

    50

    1 = 1

    A msodik esetben az R1 ellenlls rtke 1 k. A kimen jel maximuma s minimuma:

    50 (+/)0,5 = +/ 25 A msodik esetben a kimen jel maximuma s minimuma a kivezrlsi tartomnyon kvlre esik, gy a maximlis s minimlis rtk, amely a kimeneten megjelenhet +/- 20 V. Ezrt a kimeneten nem szablyos hromszgjel jelenik meg. A kimen feszltsg -20 V-rl indul, s addig konstans, amg a bemen feszltsg rtke 0,5 V-rl 0,4 V-ra cskken. Ez az idpont a t = 0,015 msodpercnl van (0,4*-50 = -20). Ez utn a kimen feszltsg rtke n a bemen jel vltozsa miatt, amg a 20 V-ot el nem ri. Ekkor a bemen jel ppen -0,4 V, ez utn a kimeneten lland, 20 V-os feszltsg jelenik meg. Ez a trspont a t = 0,135 (0,15 0,015 = 0,135) msodpercnl van, majd a fl peridus vgig a kimeneten konstans 20 V jelenik meg. A kimen jel alakja a msodik fl peridusban az elzekben bemutatotthoz hasonlan szmthat. A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 8/29

    2. Mretezzen nem invertl erstkapcsolst idelis mveleti erstvel, az albbi paramterekkel:

    elvrt ersts: 20 dB,

    hasznlhat ellenllsok: 1 k, 2 k, 5 k, 10 k, 20 k, 50 k, ha ms rtkre van szksge, akkor ezekbl lltsa ssze, egy rtkbl tbb darab is felhasznlhat, de trekedjen a minimlis ellenllsszmra.

    a) Rajzolja fel a kapcsolsi rajzot!

    b) Adja meg, hogy a mveleti erst milyen paramtereit vesszk figyelembe a kapcsols ltrehozsnl, vagyis milyen paramterekkel rendelkezik az idelis mveleti erst. Adja meg a szksges ellenllsok rtkeit. Adja meg a kapcsols bementi ellenllsnak rtkt is!

    Megolds:

    Az idelis mveleti erst paramterei:

    Au ,

    U 0 (lineris erst zem),

    ibe+ = ibe- 0,

    Rbe ,

    Rki 0.

    a) A nem invertl erstkapcsols kapcsolsi rajza:

    b) A nem invertl mveleti erst erstse:

    = 1 +21

    | = 20 log

    ezrt:

    20 = 20 log

    log = 1

    = 10

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 9/29

    Ennek kvetkeztben:

    10 = 1 +21

    21

    = 9

    A legegyszerbb megolds:

    R1 = 1 k,

    R2 = 9 k = 5 k + 2 k + 2 k.

    Termszetesen lehetsges ms kombinci is, amely a fenti egyenletet kielgti.

    A kapcsols bemeneti ellenllsnak rtke mivel a mveleti erst idelis,s Rbe . valamint a mveleti erst nem invertl bemenete kzvetlenl a kapcsols bemenete is -> vgtelen.

    3. Mretezzen invertl erstkapcsolst idelis mveleti erstvel, az albbi paramterekkel:

    elvrt ersts: 40 dB,

    hasznlhat ellenllsok: 1 k, 2 k, 5 k, 10 k, 20 k, 50 k, ha ms rtkre van szksge, akkor ezekbl lltsa ssze, egy rtkbl tbb darab is felhasznlhat, de trekedjen a minimlis ellenllsszmra.

    a) Rajzolja fel a kapcsolsi rajzot, adja meg a szksges ellenllsok rtkeit!

    b) Adja meg a kapcsols bementi ellenllsnak rtkt is! Adja meg, miknt vltozik az ersts rtke, ha a kapcsols bemenetre is kapcsold ellenlls rtkt a dupljra nveljk!

    Megolds:

    a) Az invertl erstkapcsols kapcsolsi rajza:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 10/29

    Az invertl mveleti erst erstse:

    || = 40 = 20 |

    |

    ezrt:

    40 = 20 log |

    |

    log |

    | = 2

    |

    | = || = 100

    gy:

    = 100

    Tudjuk azt is, hogy:

    = 21

    A legegyszerbb vlaszts:

    R1 = 1 k,

    R2 = 50 k + 50 k.

    A bemeneti ellenlls:

    Mivel a mveleti erst invertl bemenete ebben a kapcsolsban kzel nulla feszltsgen van (un. virtulis fldpont), gy a bemenet s a nulla feszltsg pont kztt az R1 ellenlls ltszik:

    Rbe = R1 = 1 k.

    b) Ha a bemenetre kapcsold ellenllst a dupljra nveljk, vagyis:

    1 = 2 1 = 2 1 = 2

    Ezzel:

    = 21

    = 100

    2 = 50

    Ezzel az ersts rtke a korbbi rtk felre cskken.

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 11/29

    4. (MSc-s szint feladat) Adott egy mveleti erstkapcsols (a mveleti erst idelis). A mveleti erst nem invertl bemenete a teljes kapcsols bemenete, az invertl bemenet s a kapcsols fldpontja kztt egy soros tag tallhat: R1 s C1; az invertl bemenet s a mveleti erst kimenete (egyben a kapcsols kimenete is) kztt pedig egy prhuzamos tag van: R2 s L2. Adja meg a kapcsolsi rajzot, adja meg az ersts kplett a frekvencia fggvnyben!

    Adatok: R1 = 10 k C1 = 10 mF R2 = 30 k L2 = 50 mH

    Megolds:

    A kapcsolsi rajz:

    A kapcsols erstse:

    =

    A kondenztor impedancija:

    1 = 1

    1

    A tekercs impedancija:

    2 = 2

    A kimen feszltsg rtke (hasonlan a 2. plda erstskplethez, csak az ottani egyedlll ellenllsok helyett itt a megfelel /soros vagy prhuzamos/ impedancik kerlnek a kpletbe):

    = + 2 21 + 1

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 12/29

    A kapcsols erstse:

    =

    = +

    2 21 + 1

    = 1 +

    2 21 + 1

    A frekvenciafggs:

    = 2

    Az adott kapcsols frekvenciafgg erstse (komplex):

    = 1 +30 103 ( 2 50 103)

    10 103 +1

    2 10 103

    5. (MSc-s szint feladat) Adott egy mveleti erstkapcsols (a mveleti erst idelis). A mveleti erst invertl bemenete s a teljes kapcsols bemenete kztt egy sszetett tag tallhat, ahol L1 s R2 prhuzamosan van kapcsolva, s velk sorosan R1 tag ll. Az invertl bemenet s a mveleti erst kimenete (egyben a kapcsols kimenete is) kztt szintn egy sszetett tag van, ott R4 s C2 van prhuzamosan kapcsolva, s velk sorosan R3 tag ll. Adja meg a kapcsolsi rajzot s adja meg az ersts kplett a frekvencia fggvnyben!

    Adatok: R1 = R2 = R3 = R4 = 10 k C2 = 10 F L1 = 1 H

    Megolds:

    A kapcsolsi rajz:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 13/29

    Ez egy invertl mveleti ersts kapcsols. A kapcsols erstse:

    =

    A tekercs impedancija:

    1 = 1

    A kondenztor impedancija:

    2 = 1

    2

    A kapcsols erstse:

    =

    = 3 + 2 41 + 1 2

    A frekvenciafggs:

    = 2

    Az adott kapcsols frekvenciafgg erstse (komplex):

    = 10 103 + (

    12

    (10 103))

    10 103 + (1 (10 103))

    = 10 103 + (

    1 10 105

    (10 103))

    10 103 + (( ) (10 103))

    brzoljuk MATLAB-ban az ersts-frekvencia (lg ) fggvnyt! (Ez nem rsze a feladatnak, csak a szemlltetst segti.) Az erstsre egy komplex szm addik, ennek abszolt rtke:

    || = (())2 + (())2

    Az brzolt frekvenciatartomny: 0 Hz 100 kHz, a vzszintes tengelyen lg , a fggleges tengelyen az ersts abszolt rtke tallhat.

    Lthat, hogy nagyon kis frekvenciatartomnyban is erst, az ersts ekkor tart a 0,5 rtkhez.

    lim0

    || = 0,5

    A frekvencia nvekedsvel az ersts n, nagyon magas frekvencik esetn tart a 2 rtkhez.

    lim

    || = 2

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 14/29

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 15/29

    1.3 Integrl s differencil kapcsolsok

    1. Milyen mveleti erst kapcsols lthat az albbi brn?

    a) Adja meg a kimen jel idbeni alakjt, ha a bemen jelet az albbi diagram szemllteti (a mveleti erst idelisnak tekinthet)!

    Mi trtnik akkor, ha a peridusidket: b)a tizedre, c) az tszrsre

    vltoztatjuk?

    Adatok: Rbe = 10k C=10F Ut=+/-12V

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 16/29

    Megolds:

    a) A rajzon idelis integrl tpus mveleti erst kapcsols lthat. Ebben az esetben:

    () = (0) 1

    () = (0)

    []

    ahol U0 a kimen jel rke a kezdeti idpillanatban, tk s tva peridusid az intervallum elejn s vgn.

    Az integrlsi idlland:

    = = 10 103 10 106 = 0,1

    Az integrlst ebben az esetben szakaszonknt kell elvgezni! Fontos megjegyezni, hogy a kimeneten az integrls mellett eljelvlts is van.

    = (0)

    [] = 0

    2

    0,1 (0,1 0) = 2

    Ezrt a kimen jel alakja a kezdeti idpontban zrusnak tekintve 0,1 msodpercig cskken, elri a -2V-ot. Ez utn a bemen jel rke zrus lesz, az integrls eredmnye is zrus, gy a kimen jel tartja az elz rtket, ami -2V. Amikor a bemen jel -2V-ra vltozik, az integrtor rtelmben a kimeneten egy linerisan nvekv feszltsg jelenik meg, amelynek kezdeti rtke az elzleg tartott -2V. A jel rtke addig az idpillanatig n, amg a bementen -2V feszltsg van. Amikor a bemeneten ismt 0V lesz, az integrls rtke zrus lesz, gy a kimeneten ismt 0V jelenik meg.

    A kimen jel alakja:

    b) Ebben az esetben a kimeneti jel alakja megvltozik, a jel csak -0,2V rtkre fog lecskkenni.

    []

    = 2

    0,1 (0,01 0) = 0,2 (megjegyzs: rvidebb ideig integrljuk

    ugyanazt a bemeneti jelet, amit az elbb; gy az eredmny is kisebb lesz.)

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 17/29

    A kimen jel alakja az elz megoldshoz hasonl, a klnbsg annyi, hogy a peridusid a tizedre cskken, gy az integrlsi id is a tizede lesz, a jel alakja ezrt csak -0,2V rtkig tud lecskkenni.

    c) Ebben az esetben a kimen jel rtke -10V lesz.

    [] =

    2

    0,1 (0,5 0) = 10

    A jelalak:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 18/29

    2. Milyen mveleti erst kapcsols lthat az albbi brn?

    a) Adja meg a kimen jel idbeni alakjt, ha a bemen jelet az albbi diagram szemllteti (a mveleti erst idelis)!

    Mi trtnik akkor, ha a peridus idket:

    b)a tizedre, c)a tzszeresre

    vltoztatjuk?

    Adatok: Rv = 10k C = 10F Ut=+/-12V

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 19/29

    Megolds:

    a) A rajzon idelis differencil tpus mveleti erst kapcsols lthat. Ebben az esetben:

    () =

    A differencilsi idlland:

    = = 10 103 10 106 = 0,1

    A differencilst ebben az esetben szakaszonknt kell elvgezni!Fontos megjegyezni, hogy a kimeneten a differencils mellett eljelvlts is van!

    = 0,1

    2

    0,1= 2

    A kimen jel rtke a 0-0,1 msodperc kztti intervallumon a differencilst elvgezve konstans -2V. Ha a bemen jel konstans, akkor a differencils eredmnye zrus, a kimen jel rtke konstans 0V. Ha a bemen jel rtke 2V-rl 0V-ra cskken, akkor ott a differencils miatt a kimen jel rtke konstans 2V lesz. gy a kimen jel alakja:

    b) Ebben az esetben a kimeneti jel alakja megvltozik, a differencilst az eredeti peridusid tizedrszn kell elvgezni, vagyis

    = 0,1

    2

    0,01= 20

    Az idelis mveleti erst kivezrlsitartomnya a maximlisan a tpfeszltsg, +/-12V, vagyis ennl nagyobb rtk jel a kimeneten nem jelenhet meg. A kimen jel alakja az elzhz hasonl, de a kimenti rtktartomny +/- 12V. A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 20/29

    c) Ebben az esetben a kimeneti jel alakja megvltozik, a differencilst az eredeti peridusid tzszeresn kell elvgezni, vagyis

    = 0,1

    2

    1= 0,2

    A kimen jel tartomnya ezrt +/-0,2 V lesz. A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 21/29

    1.4 Tbbfokozat erstkapcsolsok (MSc-s feladatok)

    Mivel a mveleti erst kimeneti ellenllsa kicsit (tart a nullhoz), ezrt a mveleti erstvel felptett kapcsolsok szmra (elmletben) rdektelen, mivel (milyen tovbbi fokozattal) terhelik ket. Ezrt az ismert alapkapcsolsokat tartalmaz tbbfokozat mveleti ersts kapcsolsokat nyugodtan sztvlaszthatjuk az egyes alapkapcsolsok sorozatra, s kln-kln, lpsenknt elemezhetjk a viselkedsket, figyelembe vve azt, hogy a sorban egy kvetkez kapcsols bemeneti feszltsge az elz fokozat kimeneti feszltsge lesz.

    1. Adott egy ktfokozat mveleti erstkapcsols, mindkt mvelei erst idelis. Az els (bemeneti) fokozat mveleti erstjnek nem invertl bemenete a teljes kapcsols fldpontjra csatlakozik, invertl bemenetre a teljes kapcsols bemenetrl R1 ellenlls, a mveleti erst kimenetrl R2 ellenlls kapcsoldik. Az els fokozat mveleti erstjnek kimenete a fokozat kimenet is, ez kzvetlenl a msodik fokozat bemenett hajtja meg. A msodik fokozat mveleti erstjnek nem invertl bemenete szintn a teljes kapcsols fldpontjra csatlakozik, invertl bemenete s a fokozat bemenete kztt C1 kondenztor tallhat, mg az invertl bemenet s fokozat (s egyben a teljes kapcsols) kimenete kztt R3 ellenlls tallhat. A tpfeszltsg:+/-15 V.

    a) Adja meg a kapcsolsi rajzot! Hatrozza meg a kimeneti feszltsg pontos (rtkekkel adott) jelalakjt, ha a bemeneti feszltsg +/-1 V maximlis rtk szimmetrikus hromszg-jel T=0,1 ms peridusidvel (a jel indulskor -1 V rtkrl nvekszik +1 V rtkig).

    b) Adja meg, miknt vltozik a kimeneti jel alakja, ha a bemeneti jel peridusidejt a korbbi hsszorosra nveljk!

    c) Adja meg, mi vltozik a mkdsben, ha az els fokozat mveleti erstje nem kzvetlenl a teljes kapcsols fldpontjra csatlakozik, hanem egy R4-es ellenllson keresztl kerl oda lektsre.

    Adatok: R1 = 10 k R2= 20 k R3= 1 k C1 = 100nF Ut=+/-15 V

    Megolds:

    A kapcsolsi rajz:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 22/29

    A teljes kapcsols bemen jelnek alakja:

    Az els fokozat egy invertl ersts mveleti kapcsols, melynek erstse:

    1 = 21

    = 20 103

    10 103= 2

    Ezrt az els fokozat utn a kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 23/29

    A msodik fokozat egy differencil mveleti erst kapcsols. A fokozat erstse:

    () = 3 1

    a) A differencilsi idlland:

    = 3 1 = 1 103 100 109 = 0,0001

    A differencilst ebben az esetben szakaszonknt kell elvgezni! Fontos megjegyezni, hogy a kimeneten a differencils mellett eljelvlts is van! A fokozat bemen jele az els fokozat kimen jele:

    = 0,0001

    4

    0,05 103= 8

    Az els fl peridusban ezrt a kimen jel konstans 8 V lesz. A msik fl peridusban a kimen jel rtke konstans -8V lesz.

    A kimen jel alakja:

    b) A peridusid vltozsa az els fokozat kimenetn nem okoz jelalak (rtk) vltozst, de a differencil fokozaton igen. Ebben az esetben:

    = 0,0001

    4

    20 0,05 103= 0,4

    A kimen jel amplitdja ebben az esetben az elz huszadrszre vltozik. A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 24/29

    c) Az j, R4-es ellenlls a mkdsben nem okoz vltozst, mert a mveleti erst bemenetein idelis esetben nem folyik ram, gy az j ellenllson nem esik feszltsg, nem vltoznak meg a kapcsols feszltsgviszonyai.

    2. Adott egy ktfokozat mveleti erstkapcsols, mindkt mvelei erst idelis. Az els (bemeneti) fokozat mveleti erstjnek nem invertl bemenete a teljes kapcsols fldpontjra csatlakozik, invertl bemenetre a teljes kapcsols bemenetrl R1 ellenlls, a mveleti erst kimenetrl R2 ellenlls kapcsoldik. Az els fokozat kimenete a msodik fokozat bemenett hajtja meg. A msodik fokozat mveleti erstjnek nem invertl bemenete szintn a teljes kapcsols fldpontjra csatlakozik, invertl bemenete s a fokozat bemenete kztt C1 kondenztor tallhat, mg az invertl bemenet s fokozat egyben a teljes kapcsols kimenete kztt R3 ellenlls tallhat. A tpfeszltsg:+/-15 V.

    a) Adja meg a kapcsolsi rajzot! Hatrozza meg a kimeneti feszltsg pontos (rtkekkel adott) jelalakjt, ha a bemeneti feszltsg +/-1 V maximlis rtk szimmetrikus hromszg-jel T=0,1 ms peridusidvel (a jel indulskor -1 V rtkrl nvekszik +1 V rtkig).

    b) Adja meg, miknt vltozik a kimeneti jel alakja, ha a bemeneti jel peridusidejt a korbbi tizedre cskkentjk!

    c) Adja meg, miknt vltozik a kimeneti jel alakja, ha az a) esethez kpest az R2 ellenlls rtkt 200k-ra vltoztatjuk.

    Adatok: R1 = 10 k R2= 10 k R3= 1 k C1 = 100nF Ut=+/-15 V

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 25/29

    Megolds:

    a) A kapcsolsi rajz:

    A teljes kapcsols bemen jelnek alakja:

    Az els fokozat egy invertl ersts mveleti kapcsols, melynek erstse:

    1 = 21

    = 10 103

    10 103= 1

    Ezrt az els fokozat utn a kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 26/29

    A msodik fokozat egy differencil mveleti erst kapcsols. A fokozat erstse:

    () = 3 1

    A differencilsi idlland:

    = 3 1 = 1 103 100 109 = 0,0001

    A differencilst ebben az esetben szakaszonknt kell elvgezni! Fontos megjegyezni, hogy a kimeneten a differencils mellett eljelvlts is van! A fokozat bemen jele az els fokozat kimen jele:

    = 0,0001

    2

    0,05 103= 4

    Az els fl peridusban ezrt a kimen jel konstans 4 V lesz. A msik fl peridusban a kimen jel rtke konstans -4 V lesz.

    A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 27/29

    b) A peridusid vltozsa az els fokozat kimenetn nem okoz jelalak (rtk) vltozst, de a differencil fokozaton igen. Ebben az esetben:

    = 0,0001

    2

    0,05 103 101= 40

    Az idelis mveleti erst csak a tpfeszltsg rtkig tud ersteni, gy a kimen jel amplitdja +/-15 V lesz. A kimen jel alakja:

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 28/29

    c) Ha az R2 ellenllst 200 k-ra nveljk, akkor az els fokozat erstse:

    1 = 21

    = 200 103

    10 103= 20

    Ekkor mr az els fokozatnl elrjk az idelis mveleti erst kivezrlsi hatrt. Ezrt az els fokozat utn nem szablyos hromszgjel jelenik meg a kimeneten. A kimen feszltsg 15 V-rl indul, s addig konstans, amg a bemen feszltsg rtke -1 V-rl -0,75 V-ra n. Ez az idpont a t = 0,00625 msodpercnl van (-0,75*-20 = 15). Ez utn a kimen feszltsg rtke cskken a bemen jel vltozsa miatt, amg a -15V-ot el nem ri. Ekkor a bemen jel ppen 0,75 V, ez utn a kimeneten lland, -15V-os feszltsg jelenik meg, amelyet a t = 0,05 msodpercig lland. Ez a trspont a t = 0,04375 msodpercnl van. A kimen jel alakja a msodik fl peridusban az elzekben bemutatotthoz hasonlan szmthat. Az els fokozat utn ezrt a kimen jel alakja:

    Ez a kimen jel kerl a differencil mveleti erst bemenetre. A differencil mveleti erst erstse:

    =

    Abban az esetben, amikor a bemen jel konstans, a differencil mveleti erstn a kimenet zrus, hiszen dUbe = 0V.,amikor a bemen jel alakja vltozik, akkor a kimen jel alakja a kvetkezkppen vltozik (30 V cskkens 0,0375 msodperc alatt):

  • Pldatr az Elektrotechnika elektronika I.-II. (BSc) s az Elektronika elektronikus mrrendszerek (MSc) c. trgyakhoz

    Verzi: 1.2, 2014. jlius 7. 29/29

    = 0,0001

    30

    0,0375 103= 80

    Ez azt jelenti, hogy ebben az esetben konstans +/- 80 V-nak kellene a kimeneten megjelenni.

    Mivel az is a kivezrlsi tartomny felett van, gy a kimeneten tnylegesen +/- 15 V fog megjelenni. Ezrt a kimen jel alakja a kvetkez: