Elektrotechnické obvody

Transkript

1 Elektrotechnické obvody Úkol č. 1 Obvod s rezistory a tranzistory (stabilizátor napětí) Do níže uvedeného elektrického schématu okótujte úbytky napětí. Respektujte spád potenciálu. U1 =18V;U2 =9V;UZD =6V;IRZ = 100 ma (max) ; IR1 =15mA;IBT1 =0,5mA;IBT2 =0,1mA;UBET1 =UBET2 =0,7V Vypočítejte: R1 Navrhněte proud Idel děličem (R3, R4) tak, aby platilo: Idel = 10*IBT2; pak řešte jako nezatížený dělič. R4 R3 Navrhněte proud IR2 tak, aby platilo: IR2 = 10*IBT1; pak řešte jako nezatížený dělič. R2

2 Úkol č. 2 Stabilizátor napětí Uveďte, jaké znáte stabilizátory (rozdělení stabilizátorů). Nakreslete jednoduchý stabilizátor se Zenerovou diodou a vysvětlete funkci. Vysvětlete funkci stabilizátoru zobrazeného nahoře (viz schéma otázka č. 1). Úkol č. 3 Dvoustupňový střídavý zesilovač Nakreslete typický tvar frekvenční charakteristiky střídavého zesilovače. Zakreslete do ní šířku přenášeného pásma, definujte, co jsou mezní kmitočty, a vysvětlete, na čem závisí jejich velikost.

3 Do připravených grafů nakreslete průběhy signálů za prvním zesilovacím stupněm a na výstupu dvoustupňového střídavého zesilovače, bude-li vstupní signál sinusový. Vstupní signál: Signál za 1. zesilovacím stupněm: Výstupní signál: Vypočítejte celkové zesílení dvoustupňového zesilovače, bude-li první stupeň zesilovat signál 80x a druhý stupeň 45x. Uveďte, jaké zpětné vazby se v zesilovačích používají a proč.

4 Úkol č. 4 Zpětnovazební LC oscilátor Popište princip činnosti zpětnovazebního LC oscilátoru, uveďte fázovou a amplitudovou podmínku pro vznik oscilací. Vypočítejte oscilační kmitočet oscilátoru, který má v řídicím obvodu níže uvedený paralelní rezonanční obvod. Úkol č. 5 Operační zesilovač Uveďte, co je operační zesilovač a jaké jsou vlastnosti ideálního operačního zesilovače. Nakreslete schematickou značku operačního zesilovače a popište jeho nejdůležitější vývody.

5 Nakreslete elektrická schémata zapojení invertujícího a neinvertujícího operačního zesilovače a definujte jejich zesílení. Úkol č. 1 Zapojení s rezistory Při rozpojeném spínači Sjenapětí mezi body A a B 7 V. Vypočítejte napětí mezi body A a B, bude-li spínač S sepnut. U0 =8V;R1 =R2 =6Ω

6 Úkol č. 2 Zapojení s tranzistorem Z charakteristik určete velikost stejnosměrného proudového zesilovacího činitele tranzistoru v jeho pracovním bodě P.

7 Elektrotechnické obvody Správná řešení Úkol č. 1 Obvod s rezistory a tranzistory (stabilizátor napětí) Do níže uvedeného elektrického schématu okótujte úbytky napětí. Respektujte spád potenciálu. Vypočítejte: R1 = 800 Ω U1-UR1-UZD=0 ; UR1=U1-UZD R1 =UR1/IR1=(U1-UZD)/IR1=(18-6)/(15*10-3 )=0,8*10 3 = 800 Ω R4 = 6700 Ω UR4-UBET2-UZD=0 ; IDEL=IR4=10*IBT2 R4 =UR4/IR4=(UBET2+UZD)/(10*IBET2)=(0,7+6)/10-3 =6,7*10 3 = 6700 Ω R3 = 2300 Ω U2-UR3-UR4=0 ; IDEL=IR3=10*IBT2 R3 =UR3/IR3=(U2-UR4)/(10*IBET2)=(U2-UBET2-UZD)/(10*IBET2)=(9-0,7-6)/10-3 = 2300 Ω R2 = 1660 Ω UR2-UCBT1=0 ; UCET1-UCBT1-UBET1=0 ; IR2=10*IBT1 R2 =UR2/IR2=UCBT1/(10*IBT1)=(UCET1-UBET1)/(10*IBT1)=(U1-U2-UBET1)/(10*IBT1)=(18-9-0,7)/(5*10-3 )=1,66*10 3 = 1660 Ω

8 Úkol č. 2 Stabilizátor napětí Uveďte, jaké znáte stabilizátory (rozdělení stabilizátorů). Podle principu funkce se stabilizátory dělí na několik skupin: v sériovém nebo paralelním zapojení parametrické bez zpětné vazby nebo se zpětnovazební smyčkou lineární nebo spínané stabilizátory podle stabilizace polarity napětí kladné/záporné stabilizátory proudu, stabilizátory napětí Nakreslete jednoduchý stabilizátor se Zenerovou diodou a vysvětlete funkci. Stabilizátor využívá ve své funkci velmi strmého průběhu voltampérové (VA) charakteristiky Zenerovy diody v závěrném směru. Nevýhoda zapojení je vhodné pouze pro malé výstupní proudy. Výhodou je jednoduché zapojení a omezení zkratového proudu (odporem R). Vysvětlete funkci stabilizátoru zobrazeného nahoře (viz schéma otázka č. 1). T1 výkonový regulační tranzistor v zapojení emitorového sledovače; R2 budicí odpor báze T1; R1, ZD zdroj konstantního napětí; R3, R4 odporový dělič stabilizovaného napětí zpětné vazby; T2 zesilovač odchylky; RZ zátěž stabilizátoru. Funkce: Při poklesu výstupního napětí U2 vlivem zmenšení odporové zátěže RZ a nebo poklesem vstupního napětí U1 dojde k poklesu napětí báze tranzistoru T2 tvořeného na děliči R3 a R4. Protože napětí na emitoru T2 tvořené R1 a ZD je konstantní, dojde k přivření tranzistoru T2. Protože odpor R2, tranzistor T2 a ZD tvoří odporový dělič, dojde ke zvýšení napětí báze T1 (též kolektorového napětí T2). Bází T1 začne protékat větší proud, který způsobí větší otevření tranzistoru T1, tím se sníží jeho odpor; respektive sníží se napětí mezi jeho kolektorem a emitorem a výstupní napětí U2 se zvýší. Při zvýšení výstupního napětí U2 vlivem zvětšení odporové zátěže RZ anebo zvýšením vstupního napětí U1 je situace opačná, dojde k většímu otevření tranzistoru T2, což sníží napětí na bázi T1 a regulační tranzistor se přivře, tím poklesne vstupní napětí U2. Úkol č. 3 Dvoustupňový střídavý zesilovač body: 20

9 Nakreslete typický tvar frekvenční charakteristiky střídavého zesilovače. Zakreslete do ní šířku přenášeného pásma, definujte, co jsou mezní kmitočty, a vysvětlete, na čem závisí jejich velikost. FD je dolní mezní kmitočet. Je dán především vstupním derivačním RC členem a vazebními kapacitami. FH je horní mezní kmitočet a je určen mezními kmitočty použitých tranzistorů. B je šířka přenášeného pásma kmitočtů. Mezní kmitočty vymezují šířku pásma kmitočtů, které zesilovač zesiluje. Zisk zesilovače při nich poklesá o 3 db. Do připravených grafů nakreslete průběhy signálů za prvním zesilovacím stupněm a na výstupu dvoustupňového střídavého zesilovače, bude-li vstupní signál sinusový. Vstupní signál Signál za prvním zesilovacím stupněm Výstupní signál

10 Vypočítejte celkové zesílení dvoustupňového zesilovače, bude-li první stupeň zesilovat signál 80 x a druhý stupeň 45 x. A = A1 x A2 A = 80 x 45 = 3600 Zesílení dvoustupňového zesilovače je 3600 x. Uveďte, jaké zpětné vazby se v zesilovačích používají a proč. U zesilovačů se používá záporná zpětná vazba. Zmenšuje zesílení zesilovače. Zlepšuje stabilitu zesilovače a zvětšuje odolnost proti zakmitávání. Zmenšuje nelineární zkreslení zesilovače. Úkol č. 4 Zpětnovazební LC oscilátor Popište princip činnosti zpětnovazebního LC oscilátoru, uveďte fázovou a amplitudovou podmínku pro vznik oscilací. Zpětnovazební oscilátor se skládá ze zesilovače a řídicího obvodu tvořeného paralelním rezonančním obvodem zapojeným v kladné zpětné vazbě. Amplitudová podmínka je zabezpečena dostatečným zesílením zesilovače Au. Musí platit: Au x β =1 Au napěťové zesílení zesilovače β napěťový přenos zpětné vazby Fázová podmínka je splněna, jestliže platí: φa + φβ = 2π = 360 φa fázový posun způsobený zesilovačem φβ fázový posun způsobený zpětnovazebním obvodem Hartleyův oscilátor

11 Vypočítejte oscilační kmitočet oscilátoru, který má v řídicím obvodu níže uvedený paralelní rezonanční obvod. Oscilační kmitočet oscilátoru je 123 Hz. Úkol č. 5 Operační zesilovač Uveďte, co je operační zesilovač a jaké jsou vlastnosti ideálního operačního zesilovače. Operační zesilovač je symetrický rozdílový stejnosměrný zesilovač a dnes se vyrábí jako analogový integrovaný obvod. Vlastnosti ideálního OZ jsou: nekonečně velké napěťové a proudové zesílení nekonečně velká vstupní impedance nulová výstupní impedance nezávislost na teplotě a frekvenci nekonečně velké potlačení součtového signálu (přivede-li se stejný signál na invertující i neinvertující vstup na výstupu je signál nulový) Nakreslete schematickou značku operačního zesilovače a popište jeho nejdůležitější vývody. Nakreslete elektrická schémata zapojení invertujícího a neinvertujícího operačního zesilovače a definujte jejich zesílení. Invertující OZ

12 Neinvertující OZ Úkol č. 1 Zapojení s rezistory U0=8V; R1=R2=6Ω ; S sepnut UAB=? Spínač S rozepnut: I = UR1/R1=7/6 = 1,17 A ; Ri = URi/I=(U0-UR1)/I=(8-7)/1,17 = 0,857 Ω Spínač S sepnut: UAB = U0*R12/(Ri+R12)=8*3/(0,857+3) = 6,22 V Úkol č. 2 Zapojení s tranzistorem Z charakteristik určete velikost stejnosměrného proudového zesilovacího činitele tranzistoru v jeho pracovním bodě P. Stejnosměrný proudový zesilovací činitel tranzistoru = 100

13 Elektrotechnické obvody Test Tabulka pro záznam odpovědí žáka Číslo otázky Číslo otázky Číslo otázky 1 a b c d 11 a b c d 21 a b c d 2 a b c d 12 a b c d 22 a b c d 3 a b c d 13 a b c d 23 a b c d 4 a b c d 14 a b c d 24 a b c d 5 a b c d 15 a b c d 25 a b c d 6 a b c d 16 a b c d 26 a b c d 7 a b c d 17 a b c d 27 a b c d 8 a b c d 18 a b c d 28 a b c d 9 a b c d 19 a b c d 29 a b c d 10 a b c d 20 a b c d 30 a b c d

14 Elektrotechnické obvody Test 1. Dva rezistory 40Ω/20W jsou zapojeny paralelně na napětí 20 V. Jaký je celkový výkon, který zapojení spotřebovává? a) 5 b) 10 c) 40 d) Dva kondenzátory C1 = 5 μf a C2 = 200 nf jsou zapojeny paralelně. Jaká je celková kapacita? a) 5,002 μf b) 5,2 μf c) 190 nf d) 19 nf 3. Na rezistoru změříme napětí 10 V, rezistor má hodnotu 2 kω. Jaký proud prochází rezistorem? a) 2 ma b) 5 ma c) 50 ma d) 20 ma 4. Předřadníkem zvětšujeme rozsah: a) voltmetru b) ampérmetru c) teploměru d) diody 5. Elektrostatickým výbojem jsou nejvíce ohroženy: a) světelné vodiče b) bipolární tranzistory c) unipolární tranzistory d) cívky vinuté slabým vodičem (průměr pod 0,3 mm) 6. Zesilovače třídy B zesilují signál po dobu: a) poloviny kmitu vstupního signálu b) celého kmitu vstupního signálu c) která je delší než polovina kmitu a kratší než celý kmit vstupního signálu d) která je kratší než polovina kmitu vstupního signálu

15 7. Parametr β nebo h21 v zapojení se společným emitorem je: a) výstupní odpor b) napěťový zesilovací činitel c) proudový zesilovací činitel d) výstupní odpor 8. Kapacitní vazba mezi zesilovacími stupni se používá z důvodu: a) oddělení střídavého signálu od stejnosměrného b) zajištění kladné zpětné vazby c) zvětšení vstupního odporu d) vyhlazení nežádoucích brumů 9. Modulace je proces, při kterém se: a) generuje nosná vlna b) využívá kladná zpětná vazba c) vysílá signál d) používá nosné vlny pro kódové vysílání 10. Amplitudová modulace se užívá pro: a) drátový telefonní přenos b) satelitní přenos c) rozhlasové vysílání DV, SV, KV d) mobilní telefony 11. Superhet je přijímač: a) přímo zesilující b) přímo zesilující se zpětnou vazbou c) nepřímo zesilující s mezifrekvenčním kmitočtem d) s nejmenším počtem součástek 12. U tranzistoru NPN: a) kolektor je nejkladnější elektrodou b) kolektor je nejzápornější elektrodou c) emitor je kladný vzhledem ke kolektoru a kolektor záporný k bázi d) emitor je kladný k bázi a kolektor je záporný k bázi 13. Jalový výkon se udává ve: a) W b) VAr c) VA d) J

16 14. Tyristor je polovodičový prvek: a) se dvěma přechody PN b) se čtyřmi přechody PN c) se třemi přechody PN d) bez přechodu PN 15. Správný vzorec pro výpočet induktivní reaktance je: a) XL = ωl b) XC = (2πfC) -1 c) XL = πfl d) Z=U/I 16. Měděné dvouvodičové vedení s průřezem 1 mm 2 má délku 400 m. Na začátku vedení je napětí 42 V. Vedením prochází proud 2 A. Rezistivita mědi je ρ = 1, Ωm. Určete napětí na konci vedení. a) 14,8 V b) 32 V c) 27,2 V d) 42 V 17. Zmenšení napětí UBE má u tranzistoru za následek: a) zmenšení emitorového a zvětšení kolektorového proudu b) zvětšení emitorového i kolektorového proudu c) zvětšení emitorového a zmenšení kolektorového proudu d) zmenšení kolektorového i emitorového proudu 18. Zenerova dioda se používá pro: a) jednocestné usměrnění b) dvoucestné usměrnění c) stabilizaci napětí d) detekci 19. Vyberte vhodnou pojistku pro jištění primárního vinutí síťového transformátoru. Sekundární napětí je 23 V a zatěžovací rezistor 23 Ω. a) 60 ma b) 6 A c) 600 ma d) 150 ma 20. Úbytek napětí na běžné LED diodě v propustném směru je přibližně: a) 0,3 V b) 10 V c) 1,7 V d) 0,7 V

17 21. Zařízení má účinnost η =90%.Příkon je 2000 W. Jaká je ztráta na zařízení? a) 200 W b) 1800 W c) 1600 W d) 22,22 W 22. Na kontaktech přepínače je při proudu 10 A úbytek napětí 0,08 V. Jak velký je přechodový odpor mezi kontakty? a) 0,8 Ω b) 8 mω c) 800 mω d) 1,25 kω 23. Proud předbíhá před napětím na: a) indukčnosti b) kondenzátoru c) rezistoru d) termistoru 24. Správný postup záchranných prací pořadí úkonů při poskytování první pomoci je: a) vyproštění postiženého, zajištění lékařské pomoci b) vyproštění postiženého, poskytnutí první pomoci, zajištění lékařské péče c) zajištění lékařské pomoci, vyproštění postiženého, poskytnutí první pomoci d) poskytnutí první pomoci, vyproštění postiženého 25. Znovu se podrobit zkoušce v plném rozsahu se musí pracovníci, kteří přerušili svoji činnost na el. zařízení na dobu delší než: a) 4 roky b) 5 roků c) 3 roky d) doba není jednoznačně určena a řeší se podle konkrétních případů 26. Dvoubarevná kombinace zelená-žlutá se používá pro: a) neutrální vodič b) ochranné vodiče a smí se používat i pro jiný účel c) pracovní vodiče d) ochranné vodiče a nesmí se používat pro žádný jiný účel 27. Kolika diodami prochází v každém okamžiku proud v můstkovém usměrňovači? a) jednou b) dvěma c) třemi d) čtyřmi

18 28. K fázovému posuvu výstupního signálu o 180 oproti vstupnímu signálu dochází u těchto základních zapojení tranzistoru: a) u všech základních zapojení tranzistoru b) v zapojení SE a SK c) pouze v zapojení SE d) pouze v zapojení SB 29. Na jaké napětí musíme připojit spotřebič s odporem 200 Ω, aby jím protékal proud 60 ma? a) 12 V b) 0,03 mv c) W d) 3,3 V 30. Vidlice a zásuvky pro obvody SELV a PELV musí mimo jiné splňovat tyto požadavky: (ČSN ed. 2, čl ) a) z hospodárných důvodů musí být vidlice univerzální b) vidlice musí mít možnost zasunout se do zásuvek sítí o větším napětí c) vidlice nesmí mít možnost zasunout se do zásuvek sítí o jiném napětí d) vidlice musí mít možnost zasunout se do zásuvek sítí o menším napětí

19 Elektrotechnické obvody Test - správná řešení 1. d 2. b 3. b 4. a 5. c 6. a 7. c 8. a 9. d 10. c 11. c 12. a 13. b 14. c 15. a 16. a 17. d 18. c 19. d 20. c 21. a 22. b 23. b 24. b 25. c 26. d 27. b 28. c 29. a 30. c