Technische Universiteit Eindhoven Fculteit Elektrotechniek EXAMENONDEDEEL ELETONISCHE INSTUMENTATIE (5GG8) gehouden op woensdg juni 5, vn 4. tot 7. uur. Het geruik vn het collegedictt Elektronische Instrumenttie is toegestn; vn vrgstukkenundels, uitgewerkte oefenopgven, etc. echter niet. Opgve I Gegeven de onderstnde schkeling. C Uit V Vin C Gevrgd:. Leid een uitdrukking f voor de uitgngsspnning vn de deze schkeling ls functie vn de frequentie vn de ingngsspnning V in.. Als vervolgens gegeven is dt kω en C C C nf, schets dn de mplitude- en fsekrkteristiek vn deze schkeling. c. Verklr in het kort, zonder erekeningen mr op sis vn inzicht, wrom de mplitudekrkteristiek dit verloop heeft. d. Welke wrden heen de kntelfrequenties?
Elektronische Instrumenttie -6-5 Opgve II Met ehulp vn de onderstnde schkeling wordt een prllelle DAC gereliseerd. N.B.: de referentiespnning is hier geïnverteerd, zodt de DAC een niet-negtieve uitgngsspnning heeft. p De nominle wrden vn de weerstnden p met p,..., n edrgen p, nom /. In werkelijkheid kn elke weerstnd fzonderlijk (dus ook de terugkoppelweerstnd t ) een reltieve fwijking vn mximl q % (zowel nr oven ls nr onder) t.o.v. zijn nominle wrde ezitten, d.w.z. p p ( q / ) / p ( + q / ) / en ( + q /) t, nom t ( q /) t, nom worden.. Voor het overige mg de schkeling idel verondersteld Gevrgd:. Hoe groot is de mximle reltieve fwijking vn de uitgngsspnning t.o.v. de nominle uitgngsspnning, met ndere woorden: hoe groot is de mximle (reltieve) versterkingsfout?. Ten gevolge vn de tolernties vn de weerstnden zl de DAC lst heen vn differentiële niet-lineriteit. De overgng vn n,n,n 3,...,,,,..., nr,,,..., is het meest gevoelig voor dit effect. Als we de tolerntie vn t uiten eschouwing lten, hoe hoog is dn mximl ( worst cse ) de uitgngsspnning ls n,n,n 3,...,,,,...,? En hoe lg is dn mximl ( worst cse ) de uitgngsspnning ls,n,n 3,...,,,,...,? Schrijf n deze spnningen ls functie vn o.. n,, t en q. c. Hoe groot mg q dn mximl zijn, om een gegrndeerd monotone conversie te reliseren?
d. Als deelvrg en c, mr nu voor het gevl ook de tolerntie vn t in rekening wordt gercht. 3
Elektronische Instrumenttie -6-5 Opgve III P x In ovenstnde figuur is een spnningsgestuurde wisselschkelr getekend. Deze heeft twee wisselcontcten, P en, en een lopercontct. De stnd vn de loper wordt epld door het stuursignl x: deze eplt drmee of het logische niveu vn klem P of dt vn klem wordt doorgegeven n klem. De logische expressie die door de getekende ouwsteen wordt gereliseerd is x + x P. Deze ouwsteen wordt geruikt voor de relistie vn logische schkelingen. Elk lopercontct wordt drij veronden met een wisselcontct vn een ndere schkelr, of vormt een uitgng vn de schkeling. Elk wisselcontct wordt veronden met een lopercontct vn een ndere wisselschkelr, of met een constnt logisch of niveu. Gevrgd:. M..v. een ntl vn deze ouwstenen kn een O-functie worden gereliseerd volgens ( + ) Y + +. Hierij worden de vrielen en geruikt ls stuursignlen. Teken de ijehorende schkeling, geruikmkend vn een miniml ntl vn deze wisselschkelrs.. Hoe reliseer je met dit soort wisselschkelrs een NAND-functie? Geef zowel een eenvoudige schkeling ls ook de ijehorende één-op-één vertling nr een logische expressie. c. Idem voor een NO-functie. 4
Elektronische Instrumenttie -6-5 Opgve IV Vn een sequentiële schkeling, met ingng P en uitgng U is hieronder het toestndsdigrm getekend en de toestndscodering met de ijehorende wrden vn het uitgngssignl U gegeven. A B P D X C E F S U A B C D E F Gevrgd:. Stel voor deze schkeling de toestndstel op.. Leid een zo eenvoudig mogelijke relistie in formulevorm f, geruikmkend vn J-flipflop s, ngevuld met een miniml ntl poorten. Vermeld de rnugh-digrmmen die je hiertoe geruikt. De uiteindelijke relistie hoeft niet getekend te worden. Veel succes! 5
Antwoorden tentmen Elektronische Instrumenttie d.d. juni 5 Opgve I: vuit ) v jωc in + jωc + + + jωc jωc ω C C + jω C jω ( C + C + C ) + ) In stndrdvorm schrijven: v v uit in jω jω ( ω ) + j3ω + ( + jω )( + jω ) met en + 3 wrij C µ s dus 3 3 5 en + 5 stijgend: +6dB/octf en 9 tot 45 grden fsedriing tot ω vlk: db/octf met een constnt niveu vn -6dB en 45 tot tot -45 grden fsedriing voor < ω < dlend: -6dB/octf en -45 tot -9 grden fsedriing vnf ω c) Voor zeer lge frequenties is een onderreking, dus voor zeer lge C frequenties zeer hoge demping; Voor zeer hoge frequenties is C een kortluiting, dus ook voor zeer hoge frequenties heeft de schkeling een zeer hoge demping; Alleen signlen met gemiddelde frequentie kunnen worden doorgelten. d) Zie ): 3 3 5 en + 5 met C µ s Opgve II: ) worst cse : t / m miniml en mximl: o n t + q / VA VA,nom. VA, nom ( + q /) q / rel. verst. fout c + q% worst cse : t / m mximl en miniml: o n t
V A V A,nom. q / V + q / A, nom ( q /) rel. verst. fout c q% tvef o n ) ( + +... + VA,mx ) ( q /) tvef ( ( q /) n ) V V t EF n A,min ( + q /) c) tvef ( ( q /) n ) < tvef ( + q /) n dus q < n t ( + q /) n d) VA,mx VEF ( ) ( q /) V ( q /) ( + q /) t n A,min VEF mr de fwijking in t is onfhnkelijk vn de inire vector, dus eis lijft q < n Opgve III: III III +.+.(. +.o)..(.o +.) +.
III c +.o +.(.o +.) Opgve IV: OUD S P NIEUW S J J J A C X X X A B X X X B C X X X B D X X X C E X X X C B X X X D E X X X D F X X X E F X X X E D X X X F A X X X F A X X X U J J J P + + P + P + + P P + P