Elektronische basisschakelingen

Ga naar: navigatie, zoeken

Inleiding

Dit vak wordt gegeven in het eerste semester van het derde jaar informatica in de minor verbreding optie techniek. Dit vak wordt samen gevolgd met de derdejaars burgerlijk ingenieurs met hoofd/nevenrichting elektrotechniek, dus kijk zeker eens op de de vakpagina op hun wiki.

Voorkennis

Zoals eerder vermeld is de overgrote meerderheid van de studenten bij dit vak burgerlijk ingenieur en dit is dan ook de "doelgroep". Terwijl informatici alleen maar een kleine basis netwerken meekrijgen bij Natuurkunde I en II, hebben zij al twee vakken volledig/grotendeels gewijd aan elektronica gevolgd: Elektrische netwerken en Informatie-overdracht en -verwerking (dit neem je ook op in hetzelfde semester, met een extra 1-SP module Elektrische wisselstroomnetwerken, maar de relevante zaken worden pas later in het semester gezien). Hierdoor zul je in het begin waarschijnlijk moeten bijbenen op vlak van de volgende onderwerpen, die als herhaling beschouwd worden:

  • Frequentiedomein/tijdsdomein (wordt later besproken bij IOV, de theoretische basis zoals Fouriertransformaties is hier wel niet zo belangrijk)
  • Transferfuncties, complexe impedanties en Bodeplots (wordt later besproken bij IOV)
  • Impedanties tussen knopen (ingangsimpedantie, uitgangsimpdantie, ...) en V_test/I_test
  • Thevenin- en Norton-equivalent
  • Bipolaire transistoren zijn door de burgies al gekend van het einde van IOV, maar worden om een of andere reden toch besproken als nieuwe leerstof.

De meeste van deze zaken zijn van belang bij de oefenzittingen en op het examen, dus zorg dat je dit begrijpt. Gelukkig staat er een redelijk goede herhaling aan het begin van de cursus en kan je ook andere bronnen zoals het internet raadplegen voor de meeste zaken.

Blackman

Aangezien dit niet in de cursus staat, nogal onduidelijk is in de slides maar wel altijd op het examen terugkomt, hier een stappenplan om de impedantie met feedback van een circuit te berekenen met Blackman's methode. We berekenen de impedantie tussen C en de grond:

  1. Knip het circuit open op een punt zodat één kant hoogimpedant is, we noemen deze knoop A en de andere knoop B. Volgens de prof kan je ook de lus openknippen op een plek waar één kan laagimpedant is (als geen van beide hoog- of laagimpedant is, dan gaat het technisch gezien ook, maar in de les werd dit sterk afgeraden omdat het dan erg ingewikkeld wordt), deze methode werkt echter alleen met en hoogimpedante knoop. In de relevante oefeningen volstaat dit bijna altijd (input op-amp, gate MOS-transistor, ...). We werken voortaan alleen verder met het opengeknipte circuit.
  2. Bereken Z_x, de impedantie tussen C en de grond in het opgeknipte circuit. Hiervoor mag je v_A = 0V nemen. Dit kan je doen met de V_test/I_test-methode.
  3. Bereken RR_open, hoeveel spanning er "terugkomt" bij B in functie van de spanning van A in het opgeknipte circuit, dus wiskundig gezien v_B/v_A.
  4. Bereken RR_short op dezelfde wijze als RR_open, maar wanneer C kortgesloten is met de grond.
  5. De impedantie met feedback is nu: Z_x,fb = Z_x*(1 + RR_short)/(1 + RR_open).

Het examen

Het examen verloopt mondeling met schriftelijke voorbereiding. De prof komt langs na 2 uur, maar zelfs als je meer tijd nodig hebt is dit zelden een probleem, er zijn bijna altijd andere studenten aan het wachten. Verder is het erg gestandardiseerd, er wordt zelden afgeweken van de volgende formule:

(Voor het volledige examen mag je het eenvoudige model voor transistoren gebruiken, waarbij r_0 verwaarloosbaar groot is. Je kan dus de transistorvergelijkingen uit bv. oefenzitting 1 sterk versimpelen!)

  1. Gegeven een circuit (meestal met een ideale op-amp), maak de Bodeplots van de transferfunctie. Veel voorkomende fouten: log-log vergeten of geen faseplot getekend. (3pt)
  2. Gegeven een circuit met concrete waarden. (6pt)
    1. Bepaal de DC-instelling.
    2. Geef het klein-signaalschema.
    3. Bereken de AC-versterking (v_uit/v_in).
  3. Gegeven een circuit met feedback, bereken de impedantie op knooppunt Z_in (en de grond), zowel met V_test/I_test als Blackman (dit staat expliciet op recente examens). (3pt)
  4. Gegeven de Bodeplots van een circuit met feedback. Duid aan: DC gain (A_o), bandwidth, GBW, f unity, phase margin (PM) en gain margin (GM). Wat is de optimale PM en f2/GBW voor tijdsdomein en frequentiedomein applicaties? (Deze laatste zin komt voor op elk examen en komt letterlijk neer op het onthouden van vier getallen uit het hoofdstuk over feedback. Je kan ze normaal gezien terugvinden in de slides.) (3pt)
  5. Teken een bepaalde basisschakeling (source/emittor follower, differentieel paar, stroomspiegel, ...), of gegeven een deel van één van de op-amp-schakelingen van hoofdstuk 7, vul het circuit aan met een bepaalde basisschakeling. (3pt)
  6. Bijvragen: Hoe ziet je bodeplot er verder naar links uit (in de zin van, het is een logaritmische schaal, dus je geraakt nooit bij f = 0 ofzoiets)? Als ik hier een weerstand plaats (in één van de circuits van de andere vragen), hoe beïnvloedt dat dan de versterking, impedantie, ...? (2pt)

Zoals je ziet is degelijke theoretische kennis alleen maar nuttig voor vraag 5 en de bijvragen, focus dus eerst op de methoden die vereist zijn voor de oefeningen en theoretische basiskennis zoals vraag 4 als je niet veel tijd hebt om te studeren. Als je die kan zonder te veel fouten dan is dit best een makkelijk examen.

Voor concrete examens zouden de drie voorbeeldexamens aan het einde van de cursus waarschijnlijk moeten volstaan. Indien je meer oefeningen nodig hebt, kijk dan ook eens op de vakpagina op de VTK wiki of de BurgieClan MEGA folder.