Bài tập điện tử tương tự có lời giải

Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ sở thành phố Hồ Chí Minh ********** Bài tập mơn: Điện Tử Tương Tự Giáo viên hướng dẫn thực hiện: th.s Nguyễn Lan Anh Nhóm sinh viên thực hiện: - Nguyễn Văn Bền Vũ Tuấn Chung Mai Tất Đạt Phạm Văn Đại Nguyễn Văn Lý Nguyễn An Phát Nguyễn Văn Quân Nguyễn Công Tâm Lê Xuân Quyết Thắng Phan Ngọc Việt TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 4- 2011 BÀI TẬP CHƯƠNG CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU BÉ Bài 3-19 IDSS = 10 mA, UP= - 4V, UGS = -1,9 V, IDO = 2,8 mA, Rt = 10 kΩ Tìm KU, RV, Rra, Ura, Ut ECC 2,4 kΩ Ura 100 µF C5 10 MΩ R6 R4 T2 100 µF 680 Ω R3 3,3 MΩ R2 R5 T1 10 mV C4 680 Ω C1 C2 C3 UV 2,4 kΩ R1 +20V Tầng ECC C1 100 µF C3 680 Ω R3 Rra1 = R1 = 2,4 kΩ 3,3 MΩ RV1 = R2 = 3,3 MΩ C2 T1 UV R2 KU1 = -gm.R1 = - 2,625.2,4 = - 6,3 2,4 kΩ R1 +20V Tầng 2: ECC C2 C5 R6 3,3 MΩ R4 Hệ số khuếch đại toàn mạch: KU = KU1.KU2 = (-6,3)(-6,3) = 39,69 Điện áp ra: Ura = KU.UV = 39,69.10 (mV) = 0,397 (V) Trở kháng vào: RV = RV1 = 3,3 MΩ Trở kháng ra: Rra = Rra2 = 2,4 kΩ Khi mắc tải, điện áp tải: Bài 3-64 IDSS = 8mA UP= - 4.5V Tìm Ura ECC C3 390 Ω C4 10 MΩ R6 R4 T2 0.1 µF Ura 50 µF 2.2 kΩ R5 0.05 µF 50 µF R3 10 MΩ 0.05 µF 390 Ω T1 C2 C5 C1 R1 UV 2.2 kΩ R2 +18V 100 µF T2 RV2 = R4 = 3,3 MΩ Rra2 = R5 = 2,4 kΩ C4 680 Ω KU2 = -gm.R5 = - 2,625.2,4 = - 6,3 2,4 kΩ R5 +20V Tầng ECC = ID1(R2 + R3) ECC → UGS1 = UG1 – US1 = -ID1.R3 = - 6,95.390 = - 2,71 V KU1 = -gm.R2 = -1,41.2,2 = - 3,102 RV1 = R1 = 10 MΩ Rra1 = R2 = 2,2 kΩ 0.05 µF 50 µF R3 10 MΩ 390 Ω T1 0.05 µF R1 UV C2 C5 C1 2.2 kΩ R2 +18V Tầng 2: ECC = ID2(R5 + R6) → ECC UGS2 = UG2 – US2 = -ID2.R6 C2 RV2 = R4 = 10 MΩ Rra2 = R5 = 2,2 kΩ Hệ số khuếch đại toàn mạch: KU = KU1.KU2 = 3,102.3,102 = 9,622 →Ura = KU.UV 50 µF C4 R6 10 MΩ R4 0.05 µF KU2 = -gm.R5 = - 1,41.2,2 = - 3,102 C3 T20.1 µF 390 Ω = - 6,95.390 = - 2,71 V 2.2 kΩ R5 +18V Bài 3-65 + 3-66 I DSS = 6mA, UP = - V, β = 150 E Ura 0.1µF 100µF 2.7kΩ T2 C4 C5 R5 100µF C3 330Ω R3 10ΩM R1 24kΩ R6 UV 0.05µF 2.2kΩ 0.1µF 8.2kΩ R7 T1 C2 R4 C1 1.8kΩ R2 +10V Tầng ECC = ID(R2 + R3) → UGS = UG – US = -ID.R3 E = -4,69.330 = - 1,55 V RV1 = R1 = 10 MΩ Rra1 = R2 = 1,8 kΩ 0.1µF 100µF = - 0,027 10ΩM = -0,86.(1,8k // 31,32) R1 KU1 = -gm.(R2 // RV2) R3 0.05 µF 330Ω T1 C2 C3 C1 1.8kΩ R2 +10V Trở kháng vào khuếch đại: RV = RV1 = 10 MΩ Trở kháng khuếch đại: Rra = Rra2 = 2,7 kΩ Hệ số khuếch đại điện áp: KU = KU1.KU2 = (-0,027).(70,24) =1,896 Tầng 2: E Ta có: 0.1µF 100µF C4 C5 R7 8.2kΩ R5 Rra2 = R6 = 2,7 kΩ 2.2kΩ T2 0.1µF RV2 = RB // re = 31,32 Ω 2.7kΩ R6 C2 24kΩ EB = IB.RB + UBE + IE.R7 R4 +10V BÀI TẬP CHƯƠNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Bài 4-1: Cho mạch khuếch đại công suất, biết: Ecc=12V, Rc=R1= 20Ω, UBE=0,5V, β=50 Dịng điện vào có biên độ Iv=IB=5mA a) Xác định điểm làm việc tĩnh đường tải điện chiều, xoay chiều b) Xác định dòng IC ứng với Iv=5mA +E Re R1 C2 T1 C1 Ura Uv Bài giải a) Dòng điện tĩnh IBO xác định IBO= (E - UBEO)/R1= (12 – 0,5)/(2.103)= 5,75mA Dòng tĩnh colecto ICO ICO= β IBO= 50.5,75=287,5 mA Điện áp UCEO= 12- IC.RC= 12 – 287,5.103.20=6,25V Điểm làm việc tĩnh O có tọa độ: O(6,25V;287,5mA) Để vẽ đường tải xoay chiều chiều ( R= = R~ = RC) cần xác dunh95 thêm điểm ngồi điểm O Biết phương trình đường tải Ura= E – IC.RC Cho IC =0 -> Ura=UCE=E=12V Nối điểm O với điểm 12V trục hoành ta tải chiều Trong trường hợp R=R~ nên đường tải chiều xoay chiều trùng b) Khi dịng điện IB biến thiên 5mA dịng điện biến thiên IC=β IB=50.5.10-3 =250mA Bài 4-2 Lặp lại số liệu 4.1 Xác định: a) Hiệu suất tầng b) Công suất tiêu tán colectơ Tranzitor Bài giải: a) Công suất ra: Pra=I2cm.Rc/2= 20= 0,625W Công suất tiêu thụ từ nguồn: Po=E.Ico=12.287,5.10-3=3,45W Hiệu suất: ŋ= 100%= 18,1% b) Công suất tiêu tán colector Pc= P0 – Pra = 3.45 – 0,625 =2,825W Bài 4-3 Lặp lại số liệu 4.1 giảm biên độ dịng tín hiệu vào cịn 3mA Xác định: a) Công suất b) Hiệu suất ŋ tầng c) Công suất tiêu tán collector d) Cho nhận xét Bài giải: a) Xác định cơng suất ra: Dịng điện Icm=IB.β=3.50=150mA Công suất Pra= (Icm2.Rt/2 = 150.10-3)2.20/2= 0.225W Công suất tiêu thụ, không đổi: Pra=Ico.E=12.287,5.10-3=3,45W b) Hiệu suất tầng Ŋ = (Pra/Po).100%=6,52% c) Công suất tiêu tán collector Pc= Po-Pra= 3,45 – 0,225 = 3,225W d) Nhận xét: - Công suất tiêu thụ từ nguồn cố định, khơng phụ thuộc vào mức tìn hiệu vào, tầng làm việc chế A - Biên độ tín hiệu vào giảm hiệu suất giảm công suất tiêu tán PC tăng lên Bài 4-4 Cho mạch khuếch đại cơng suất có biến áp hình Biết dịng điện tĩnh IBO=5mA, β=20, E=12V, UBEO=0,6V, biên độ dòng điện vào IBm=4mA Sụt áp RE=1V, Rt=8Ω,n= =4 a) Xác định R1,R2 b) Xác định điểm làm việc tĩnh, đường tải chiều xoay chiều T= (với K = = =2) T= = 2R.C = 2.100.103.0,01.10-6 = 0,002s = 2ms c) Tần số dao động f= = d) Trị số đỉnh xung chữ nhật U1P-P = =500 Hz 12 V Trị số đỉnh xung tam giác điện áp ngưỡng Ung = = = 6V BÀI TẬP CHƯƠNG MẠCH CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ-SỐ, SỐ-TƯƠNG TỰ Bài 8.1 : a Xác Định Tần Số Lấy Mẫu? Tần Số lấy mẫu nhỏ theo lý thuyết : Faamin = Fmax tần số lấy mẫu thực tế chọn lớn lý thuyết 50% Faa = 1,5.2 Fmax = 1,5.2.2,5 = 7,5 kHz b Xác Định Chu Kỳ Lấy Mẫu : Chu kỳ lấy mẫu T xác định : T= 1/Faa = 1/7500 = 133.3 uS c Xác định độ rộng bit ? chuyển đổi AD có khả biến đổi mỗi trị số tương tự thành từ không vượt 133.3uS Độ rộng bit t = 133.3/N = 16.66 uS Bài 8.2 : a Xác định tần số cao tín hiệu tương tự theo lý thuyết tạo lại tín hiệu số : Từ biểu thức lấy mẫu ta có : Fmax = Faa / = 20.05 kHz b Xác định thời gian biến đổi tối đa chuyển đổi AD (chu kỳ lấy mẫu T) T = 1/ Faa = = 22.6 uS Bài 8.3 : a Tần số lấy mẫu thực tế : Faa = 1,25.2 Fmax = 1,25.2.10000 = 25000 Hz = 25kHz b Chu kỳ lấy mẫu : T = 1/ Faa = =40 uS c độ rộng Bit cực đại : t= = = 2,5 uS Bài 8.4 : Số mức lượng tử n phụ thuộc vào số bit lượng hóa N xác định theo biểu thức : n = Log2 = 2048 = N = Log2 2048 = 11 Bài 8.5 : a Số mức lượng tử : n= = = 1024 mức b Bước lượng tử Q : Q= = 1.955 mV Bài 8.6 : a Số mức lượng tử : n= = = 4096 mức b Bước lượng tử : Q= = 2.442 mV c Sai số lượng tử cực đại Emax : Emax = = = 1.221 mV d Sai số lượng tử theo phần trăm : E% = 100% = 0.1221 % Bài 8.7 : Mức điện áp Uch phân áp điện trở R R/2 đưa vào đầu vào so theo mức lượng từ 0,5V 1,5V 2,5V 3,5V 4,5V 5,5V 6,5V Bước lượng tử Q hay 1ULSB xác định : Q = ULSB = =1V Để giải trình việc chuyển đổi điện áp sang tín hiệu số thiết lập bảng , diễn tả mối quan hệ điện áp analog UA , trị số đầu mạch so tín hiệu số Up đầu Mức UA , V X0 1 1 1 X1 0 1 1 1 X2 0 1 1 Đầu mạch so X3 X4 0 0 0 0 1 1 1 UD X5 0 0 0 1 X6 0 0 0 C BA 000 001 010 011 100 101 110 111 UA = 1V  UD = 001 UA = 3V  UD = 011 UA = 5V  UD = 101 UA = 7V  UD = 111 Bài 8.8 : a Trước hết xác định bước lượng tử hay bit nhỏ : ULSB = = 0.4 V b Trường hợp chuyển đổi UA = 0.6 V - So sánh lần : UM =  UA(0,6) > UM(0)  B =1 , xung đưa vào đếm mã hóa , UD = 0001, chuyển đổi ngược UM = 0,4V - So sánh lần : UA = 0,6V ; UM = 0,4V UA > UM  B =1 , them xung vào đếm UD = 0010 chuyền đổi ngược UM = 0,8V - So sánh lần : UA = 0,6V ; UM = 0,8V  UA < UM đầu B = 0, trình đếm dừng , UA = 0,6V  UD = 0010 c Trường hợp : UA = 1,75 V - Vòng : UA = 1,75 V ; UM = 0,8V  UA > UM  B =1 UD = 0011, chuyển đổi ngược DAC, UM = 1,2V - Vòng : UA = 1,75 V ; UM = 1,2V  UA > UM UD = 0100 , chuyền đổi ngược DAC , UM = 1,6V - Vòng : UA = 1,75 V ; UM = 1,6V  UA > UM  B =1 UD = 0101, chuyền đổi ngược DAC , UM = 2,0V - Vòng : UA = 1,75 V ; UM = 2,0V  UA < UM  B =0 trình chuyển đổi dừng Vậy : UA = 1,75 ứng với UD = 0101 Bài 8.9 : a Bit có nghĩa nhỏ ứng với b4 = tất b1=b2=b3=0 ULSB = Uch = = 0,375V b Theo biểu thức tính UA : UA = Uch.( b1 + b2 + b3 + b4 ) Với UD = 0110 có nghĩa : b1=b4 =0 ; b2=b3=1 Thay vào biểu thức ta : UA = 2,25V Với UD = 0011 có nghĩa b1=b2=0 , b3=b4=1 Thay vào biểu thức ta : UA = 1,125V c Xác định điện áp toàn thang : Điện áp toàn thang ứng với trường hợp b1=b2=b3=b4=1 UA = = Uch.( b1 3.( + b2 + + b3 + + b4 + ) ) = 5,62V Bài 8.10 : a Xác định bit có trị số nhỏ : ULSB ứng với trường hợp b8= , tất bk= 1ULSB = Uch.( ) = 0.0234V b Nếu UD = 10000000 có nghĩa b1= 1; b2=b3 =b4=b5=b6 =b7=b8=0 UA = Uch.( b1 ) = 3V Nếu UD = 10101010 có nghĩa b1=b3 =b5=b7= ; b2=b4 =b6=b8=0 UA = Uch.( b1 + b3 + b5 + b7 ) = 3,984V c Điện áp toàn thang ứng với trường hợp tất số hạng bk có trị số UA = Uch.( b1 + b2 + b3 + b4 + b5 + b6 + + + b7 + b8 ) = 3.( + +1 + + = 5,9765V Bài tập 8-11 Bộ chuyển đổi DAC 4bit hình 8-7 Biết Uch=3V R=10kΩ a) Hãy xác định trị số RN để ứng với UD = 1001 UA=2,2V b) Xác định điện áp tồn thang cho trương hợp Bài giải a) theo biểu thức: b1=b4=1 b2=b3=0 Suy b) xác định điện áp toàn thang Bài tập 8-12: Cho mạch chuyển đổi DAC bit hình 8-7 + ) Biết RN = 30kΩ Uch = 6V a) b) Hãy xác định trị số điện trở R để ứng với UD=1000 UA=9V Hãy xác định bit có nghĩa nhỏ ULSB bit có nghĩa lớn UMSB Bài giải a) Biểu thức tính UA Nếu UD=1000 b1=1, b2=b3=b4=0 Suy b) Bit có nghĩa nhỏ b4=1 cịn b1=b2=b3=0 Bit có nghĩa lớn UMSB ứng với trường hợp b1=b2=b3=b4=1 Bài tập 8-13: cho mạch chuyển đổi ADC mạng điện trở R-2R , bit hình 8-8 biết : R=10 ; Rp =10 ; Uch=10V xác định RN để: = 0.5V a) b) ứng với UD =1000 c) điện áp tồn mạch thang a) =6V =10V Bài giải theo biểu thức xác định điện áp UA Bit có nghĩa nhỏ 1ULSB ứng với trường hợp b4=1, b1=b2=b3=0 Suy b) UD=1000, ứng với b1=1, b2=b3=b4=0 Đây bit có nghĩa cao UA=UMSB=6V Suy c) Điện áp toàn thang ứng với trường hợp b1=b2=b3=b4=1 Bài tập 8-14: Bộ chuyển đổi DAC mạng điện trở R-2R bit Biết RN = 20kΩ Uch = 6V a) Hãy xác định điện trở R 2R để bit có trị số nhỏ ULSB=0,046875 b) Xác định bit có trị số lớn UMSB trường hợp c) Tính điện áp tồn thang Bài giải a) Bit có nghĩa nhỏ ứng với trường hợp b8=1, số hạng bk lại Suy ra: 2R=20kΩ b) Bit có nghĩa lớn UMSB ứng với trường hợp b1=1, số hạng bk lại c) Điện áp toàn thang ứng với trường hợp b1=b2=b3=b4=b5=b6=b7=b8=1 Bài 8-15:Cho mạch chuyển đổi DA sau Biết N=4 bit R=10 kΩ RN=10 kΩ a)Hãy xác định điện áp chuẩn Uch cần biết để UD=1100 UA= 4.5V b)Tính ULSB c)Tính điệp áp tồn thang Bài giải a)Điện áp xác định theo biểu thức: UA= Uch(b12-1 + b22-2 + b32-2 + b42-4 ) Với UD= 1100 b1= 1,b2= 1,b3=b4= UA= Uch( b12-1 + b22-2 )  Uch= = =6 V b)Xác định bit có nghĩa nhỏ b4=1;b1=b2=b3= 1ULSB= Uch2-4= 6.2-4=0.375 V c)Điện áp UA toàn thang,ứng với trường hợp b1=b2=b3=b4=1 UA= Uch(2-1 + 2-2 + 2-2 + 2-4 )= 6(2-1 + 2-2 + 2-2 + 2-4)=5,625 V Bài 8-16:Cho mạch chuyển đổi DA hình N=5 bit;Uch=10V;R=10k Ω Hãy xác định RN cần thiết để đạt điều kiện sau: a)Ứng với bit có nghĩa nhỏ UA= 200mV b)Khi điện áp UD=10001 UA= 5V c)Điện áp tồn thang UA=12V Bài giải a)bit có nghĩa nhỏ b5=1,b1=b2=b3=b4=0 ULSB=0, 2V= Uch.2-5  RN= b)Khi UD=10001 ứng với b1=b5=1;b2=b3=b4=0 UA= 5V= Uch(2-1+ 2-5 )  RN= c) Điện áp toàn thang UA= 12V ứng với trường hợp UD= 11111;b1=b2=b3=b4=b5= UA= 12V= Uch( 2-1 + 2-2 + 2-3 + 2-4 + 2-5 )  RN= =12,387 kΩ Bài 8-17 a) Bit cónghĩanhỏnhấtứngvới b8=1 cịntấtcảcácsốhạngbKcịnlạiđềubằng UA=ULSB=RN/R.Uch.2-8 =10/10.5,12.2-8=0,02 V b) Điệnáptoànthang UAứngvớitrườnghợp b1=b2=b3=b4=b5=b6=b7=b8=1 UAmax = RN/R.Uch (2-1+2-2+2-3+2-4+2-5+2-6+2-7+2-8) = 10/10.5,12 (1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128+1/256) = 5,1 v Bài 8-18: Đốivớimỡitrong điệnápđượctính đâychỉcómột bit duynhấtứngvớimức 1, cịn bit khácứngvớimức 00000001  U1 = 5,12 V.2-8 = 20mV 00000010 U2 = 5,12 V.2-7 = 40mV 00000100 U3 = 5,12 V.2-6 =80 mV 00001000 U4 = 5,12 V.2-5 = 160 mV 00010000 U5 = 5,12 V.2-4 = 320 mV 00100000 U6 = 5,12 V.2-3 = 640 mV 01000000 U7 = 5,12 V.2-2 = 1280 mV 10000000 U8 = 5,12 V.2-1 = 2560 mV ... 53,3% Bài 4-12: Bài giải: Ta có: Dịng tĩnh: Ico= = = 1,454A  Công suất tiêu thụ từ nguồn cung cấp: Po=Ecc.Ico= 22.1,454=34,896W Bài 4-13: = = 15,8W Bài giải: Ta có: Pra== = 9W =>Biên độ điện. .. R2 1k + + Bàigiải: Ura= - UV = -10 V Điện áp 10V lớn E = -12 V nên tín hiệu nằm vùng tuyến tính ko bị méo Bài 5.2 Bàigiải : Vì điện áp ngược pha với điện áp vào nên mạch khuếch đại đảo có sơ đị... 5-15 U1 = 0,2V ; U2 = 0,3V Bài giải a)Đây khuếch đại có hai tầng IC1 IC2 có hai điện áp vào Trước hết xác định điện áp Ura1 ).U1 Đây điện áp đưa vào cửa đảo IC2 Giải mạch điện IC2: + + -E IC2 U2