Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET2405-D2) 19 juni 2006, 14:00 17:00 uur

Transcriptie

1 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina van Technische Universiteit elft Faculteit Elektrotechniek, W&I asiseenheden Elektronica (8 e ) en Netwerken en Systemen (7 e ) Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052) 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur eze toets bestaat uit open (ontwerp) vragen en gesloten vragen in multiplechoice (M) vorm. Geef op de volgende bladzijden je oplossing in het daarvoor gereserveerde kader of het naar jouw oordeel enige juiste antwoord aan door het omcirkelen van de letter die volgens jou bij het goede antwoord hoort. Geef per opgave niet meer dan één antwoord aan. Gebeurt dit toch, dan wordt de opgave als fout beantwoord gerekend. Het is toegestaan tijdens deze toets gebruik te maken van: een handgeschreven 4tje met een samenvatting van de bestudeerde stof een rekenmachine Zet je mobiele telefoon uit! Succes! Prefix reminder: a = atto = 0 8, f = femto = 0 5, p = pico = 0 2, n = nano = 0 9, µ = micro = 0 6, m = milli = 0 3, k = kilo = 0 3, M = mega = 0 6, G = giga = 0 9 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina van

2 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 2 van Gegeven het volgende filter. e waarden van de genormaliseerde capaciteiten en inductantie zijn: = 3 =,6876; L 2 = 0,5882 en 2 = 0,8508. Opgave. Wat voor type is dit filter? E analoog actief tijdcontinu analoog passief tijdcontinu analoog actief tijddiscreet digitaal asynchroon digitaal synchroon Opgave 2. Wat voor overdracht heeft dit filter: laag, hoog, banddoorlaat of bandsper? laagdoorlaat hoogdoorlaat banddoorlaat bandsper Opgave 3. Het filter heeft naast bovenbepaalde overdracht een specifieke frequentie waarvoor de overdracht gelijk is aan nul, bepaald door L 2 en 2. Geef een uitdrukking voor deze frequentie f 0 als functie van L 2 en 2. f 0 = Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 2 van

3 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 3 van Opgave 4. Veronderstel dat de waarden van L 2 en 2 een maximale afwijking van 5% hebben. ereken de worstcase afwijking van f 0,, in %. = Opgave 5. ereken de overdracht H(s). H(s) = Opgave 6. Schets de absolute waarde van de overdracht van ingang naar uitgang, H(f), als functie van de frequentie. H(f) f Opgave 7. Wat is de orde van het filter? Orde: Motivatie: Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 3 van

4 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 4 van Opgave 8. Leidt een toestandsbeschrijving (Eng: state space description) af van het filter. Opgave 9. Leidt een blokschema, bestaande uit takken (met coefficienten) en integratoren af van deze toestandsbeschrijving. Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 4 van

5 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 5 van Opgave 0. e integratoren worden gerealiseerd met behulp van een geaarde capaciteit (die de ingangsstroom integreert tot een spanning t.a.v. aarde) en een transconductantieversterker (die een nauwkeurige, frequentieonafhankelijke, spanningnaarstroom omzetter implementeert). Ontwerp de transconductantieversterker, gebruik makend van een nullor en een geschikt gekozen tegenkoppelnetwerk, bestaande uit een resistantie R. Geef duidelijk de ingangs en uitgangsklemmen, de bron (de geaarde capaciteit) en belasting en hun polariteit aan. Opgave. Wat is de overdracht H t van de door jou ontworpen transconductantieversterker? N. Let op het teken en de dimensie. H t = Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 5 van

6 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 6 van Opgave 2. e ruis afkomstig van de resistantie R kan gemodelleerd worden als een ruisspanningsbron of een ruisstroombron (beide zijn goed!). Geef het Norton of het Theveninequivalent van een ruisende resistantie. Opgave 3. Wat is de grootte van het ruisvermogensdichtheidsspectrum (S R ) van deze ruisende resistantie? Wat is de dimensie van S R? (N. e dimensie van stroom is ampere, ; de dimensie van spanning is volt, V, etc.) S R = imensie = Opgave 4. Transformeer de ruisbron van de resistantie in de transconductantieversterker naar de ingang van de integrator (dus tot vóór de integrerende capaciteit) en bereken het vermogensdichtheidsspectrum S R,eq van de equivalente ingangsruisstroom. S R,eq = Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 6 van

7 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 7 van e transconductantieversterkers worden ingevuld met onderstaand gedegenereerde verschilpaar in bipolaire technologie. e biasing is niet getekend. + + R Van de bipolaire transistoren is gegeven dat zij in hun normale gebied werken, waarvoor geldt: v be ic = IS exp VT N. het Earlyeffect is verwaarloosbaar. Opgave 5. epaal de kleinsignaal transconductantiefactor g m van beide transistoren, uitgedrukt als functie van de in bovenstaande transistorvergelijking voorkomende variabelen (i c en/of v be ) en parameters (I S en V T ). g m = Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 7 van

8 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 8 van Opgave 6. Teken het statische (frequentieonafhankelijke) kleinsignaal vervangingsschema van bovenstaande transconductor. Opgave 7. Wat is de kleinsignaal transconductantie G van de transconductor, uitgedrukt in de g m s van de transistoren en de resistantie R? G = Opgave 8. Gegeven is verder dat de stroomversterkingsfactor van de transistoren gelijk zijn aan b en dat het Earlyeffect (nog steeds) verwaarloosbaar is, m.a.w. r o =. epaal de kettingmatrix van bovenstaande transconductor. = Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 8 van

9 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 9 van Opgave 9. Gegeven onderstaand Ropamp laagdoorlaatfilter. V 3 = V is het uitgangssignaal. /4 sv V g /5 /4 + s 2 V V + V 2 + V 3 V(s) 2 26 ( F) 26V V 4 + e toestanden van dit filter zijn (nog) niet geschaald. Voor een goede schaling is het gewenst om V 00 zo klein te maken, V 2 0 zo klein en V 4 26 zo klein, met behoud van de overdracht. Pas deze schaling toe, m.a.w., kies geschikte waarden voor de diverse resistanties, in onderstaand schema.. sv/0 V g... + s 2 V/00. V + V 2 + V 3.. V(s) ( F) V V 4 + Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 9 van

10 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 0 van e volgende drie opgaven hebben betrekking op de onderstaande schakeling. Q I Van deze schakeling is gegeven: I = m van Q : I S = 0 5, b = β F = 50, V F = 80 V, kt/q = 25 mv Opgave 20. e gelijkspanning U bedraagt bij goede benadering E F 0 V 25 mv 0,59 V 0,69 V 0,78 V,56 V Opgave 2. e differentiaalweerstand r tussen de klemmen en, uitgedrukt in de parameters van het kleinsignaalvervangsschema van de bipolaire transistor is precies r π r 0 g m r // π g m E r r π // 0 F r // π // r0 g m Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina 0 van

11 Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina van Opgave 22. ls aan Q een identieke transistor Q 2 parallel wordt geschakeld, is het gevolg hiervan ten opzichte van de oorspronkelijke situatie: E F r is onveranderd, U is kleiner r is onveranderd, U is groter r is kleiner, U is kleiner r is kleiner, U is groter r is groter, U is kleiner r is groter, U is groter Opgave V I E +8V Q 0 R 2kΩ Van Q is bekend: I S = 0 5, b = 50, kt/q = 25 mv. Wat is uit de onderstaande waarden de grootste die I E mag hebben zodat Q nog is ingesteld in het actieve (normale) gebied? E F,6 m,0 m 0,6 m 0,4 m 0,3 m 0, m Einde toets! Tentamen Elektronische Signaalbewerking (ET24052), 9 juni 2006, 4:00 7:00 uur, pagina van