יום שני, 28 בדצמבר 2015

סיפרתית ב' ספרית ב' משרד החינוך הנדסאי אלקטרוניקה כיתה יד' תרגילים פתרונות תשובות מלאות הסברים טרנזיסטור כמתג משפחות לוגיות ממסר סליל קבל מונים חינם

סיפרתית ב' ספרית ב' משרד החינוך הנדסאי אלקטרוניקה כיתה יד' תרגילים פתרונות תשובות מלאות הסברים טרנזיסטור כמתג משפחות לוגיות ממסר סליל קבל מונים חינם

תרגילים בנושא: טרנזיסטור כמתג


תרגיל מספר אחד


א.מה צריך להיות הערך של Vin על מנת שהטרנזיסטור יהיה בתנאי רוויה?
נתון: Rb=5k
Rc=10k
Vcc=12V
VBE=0.7V
VCEׂS(S)=0.2V
β=50
ב.מה צריך להיות הערך של Rb על מנת שהטרנזיסטור יהיה בתנאי רוויה?
נתון:
Rc=10k
Vcc=12V
VBE=0.7V
VCEׂS(S)=0.2V
β=50
 Vin=2V

תשובה מלאה הסבר מלא איך פותרים

על מנת לפתור את התרגיל אנחנו צריכים לדעת את תנאי הרוויה



פתרון סעיף א'
נציב את הנתונים




חישוב לאחר הצבה





סעיף ב'
נציב נתונים אחרים, נשתמש באותו תנאי רוויה.





פתרון מלא לאחר הצבה








 תרגיל מספר 2


נתון V1 גורם לרווית הטרנזיסטור
נתון V2 גורם לקיטעון הטרנזיסטור
VCEׂ(sat)=0V
VBE=VD=0.7V

א. הסבר את תפקיד הדיודה.
ב. הנח כי המתג נימצא במצב V1 במשך זמן רב, אם מעבירים את המפסק למצב V2 לזמן T=10τ (טאו), ומחזירים שוב למצב V1, חשב ושרטט את מתח המוצא Vout עבור המעגל.
1. ללא דיודה
2. עם דיודה


פתרון מלא תשובה מלאה

לצורך הדוגמה בלבד!!!
לפני שנפתור את התרגיל נבדוק האם הטרנזיסטור עומד בתנאי הרוויה כאשר יש נגד:
נניח Vin הוא 5V, ו Rb=50, בטא=50





תנאי הרוויה אכן מתקיים!


סעיף א'
כאשר הטרנזיסטור נימצא בהולכה הזרם דרך הסליל זורם לקולקטור של הטרנזיסטור.
מעבר פתאומי של הטרנזיסטור לקטעון יגרום לזרם הסליל לזרום דרך נגד R ויגרום לעלייה גדולה במתח המוצא, מתח זה יכול לעבור את מתח VCE שהוא מתח בין קולקטור לאמיטר, כאשר הטרנזיסטור נימצא בקיטעון ולגרום לנזק בלתי הפיך לרכיב.


סעיף ב'

נעשה שרטוט של Vin, Vout ו-IL בו זמנית בצורה מסונכרנת.
Vin הוא גל ריבוע אשר גורם לרוויה ולקיטעון.
כאשר הטרנזיסטור ברוויה, Vin שווה ל VCE SAT אבל הוא שווה לאפס, כאשר הטרנזיסטור בקיטעון המתח עולה במכה מהירה מאוד ל-15.7וולט מה שגורם לדיודה להיפרץ ומשאיר את המתח על 15.7-0.7 כלומר על 15V.

אם היינו צריכים למדוד מתח על קבל, כלומר בשבילנו הוא Vout זה היה Low pass.
אם היינו צריכים למדוד מתח על קבל כאשר הוא לא ב-Vout  זה היה High pass.

איך נזכור את זה?


קבל ב- Vout


אנחנו רואים את הסימן L לכן זה Low pass filter



קבל לא ב-Vout


אנחנו רואים את הסימן H לכן זה High pass filter

יש לזכור שני כללים
* קבל הפוך מסליל, כאשר קבל הוא High pass filter אז סליל במקומו הוא Low pass filter וההיפך.
* מתח הפוך מזרם, כאשר מודדים מתח הוא High pass filter אז במדידת זרם במקומו זה יהיה Low pass filter וההיפך.

במקרה שלנו אנחנו מודדים זרם על הסליל, לכן זה יהיה Low pass.


כאשר המתג נמצא במצב V1 זמן רב, הטרנזיסטור ברוויה והסתיימו תופעות המעבר בסליל.


נשרטט עם דיודה ללא נגד:
המתח שואף ל-VCC!



על מנת לסרטט נחשב את קבוע הזמן שלנו.




בעת הטעינה של הסליל, הוא שואף להגיע למתח שזורם עליו, לכן הזרם המקסימלי, או הזרם האינסופי שלו:



אני סמוך ובטוח שהזרם הגיע ל-150mA כי הוא נישאר זמן רב במתח V1 אשר גורם לטרנזיסטור להיות ברוויה.
במצב רוויה זה המצב של הטעינה.

עכשיו העבירו את המתח למצב V2 למשך עשרה טאו, כלומר הזרם על הסליל מתחיל להתפרק.
הוא שואף לאפס, להתפרק.
הוא התחיל מ-150mA
משך הזמן הוא: עשרה טאו. (כאשר כבר חישבו את הטאו).




ברור לנו כי אחרי זמן של עשרה טאו הוא כבר יגיע לאן שהוא שואף (0A)




שרטוט ללא דיודה, עם נגד:

הזרם נשאר קבוע, מה שמשתנה זה המתח.
המתח עולה ל-45V ואז שואף ל-VCC



הזרם מתחיל מ-150 מילי אמפר, שואף ל-0 כי הוא מתפרק, קבוע הזמן (טאו) השתנה.





תרגיל מספר 3

נתון:
β=50
VBE=0.7V
VCE[SAT]=0.1V

זרם תפיסה 50mA
זרם שחרור 20mA




א. חשב את ערכו של הנגד Rb הדרוש לתפיסת המססר.
ב. עבור הנגד Rb=470 חשב ושרטט את מתח המוצא Vout ואת הזרם IL כאשר במבוא מופיע פולס יחיד המתואר בשרטוט.
ג. חשב את זמן התפיסה ואת זמן השחרור.


פתרון מלא

עוד לפני שנפתור את התרגיל נחשב מה צריך צריך להיות הנגד Rb על מנת שהטרנזיסטור יהיה ברוויה.







אנחנו חייבים ערך של נגד קטן מ-900 אום על מנת שתנאי הרוויה יתקיים.



פתרון סעיף א'

כדי לתפוס את הממסר אנחנו צריכים זרם של 50mA בקולקטור  (על הסליל) נציב בתנאי הרוויה שלנו:




הערך הכי גדול שהנגד Rb יכול להיות כדי שהממסר יהיה בתפיסה הוא 4.3K.
אם ניקח התנגדות יותר קטנה הממסר ייתפס כי הזרם יהיה יותר גדול.



פתרון סעיף ב'
Rb=470, זה עומד בתנאי הרוויה הכל בסדר.

ברור לנו שהטרנזיסטור היה לפני זה במצב קיעטון, לכן ב-VOUT היה VCC, וברוויה ב-VOUT יהיה אפס. (VCESׂ 0.1V)

נחשב את קבוע הזמן שלנו:



במצב רוויה הריי שמדובר בטעינת הקבל, כמו LPF.




נחשב את טעינת הסליל בעזרת משוואת הדפקים:










תרגיל מספר 4



נתון מעגל שבו טרנזיסטור ממתג סליל של ממסר.
נתוני הממסר:
זרם תפיסה 50mA
זרם שחרור 30mA

נתונים הטרנזיסטור:
VCES=0.2V
VBE=0.7V
β=50

א. חשב את הערך המנימלי של Vin אשר מבטיח את סגירת הממסר.
ב. רוצים למתג את המעגל באופן מחזורי על ידי סדרת דפקים, כאשר האמפליטודה של כל דופק היא 12V. חשב מהו הרוחב המינימלי של הדופק ומהו הזמן המינימלי בין דופק לדופק.
ג. כיצד ניתן היה להגן על הטרנזיסטור במעגל מפני מתחי יתר בזמן מיתוג הממסר?
שרטט את הפתרון המקובל של ההגנה על הטרנזיסטור.


פתרון תשובה מלאה

סעיף א'

כל מתח גדול מ-5.8K יגרום לכך שתובטח תפיסת ממסר.

סעיף ב'

נבדוק האם תנאי הרוויה בכל מקרה



תנאי הרוויה אכן מתקיים.



נחשב את IL מקסימום




אנחנו צריכים לעבוד כל פעם מתפיסה לשחרור.. ואז שוב לתפיסה ולשחרור

נחשב את קבוע הזמן שלנו:


בעת הטעינה:

טעינה:





בעת הפריקה




פריקה:





הרוחב המינימלי שצריך להיות הוא:
זמן הטעינה

הזמן בין דופק לדופק הוא:
זמן הפריקה


סעיף ג'
על מנת לפתור את סעיף ג' יש לעיין בחלק התיאורטי של סיפרתית ב'





שאלה מספר 5


נתוני הטרנזיסטור

VCE[SAT]=0.2V
β=60
VBE=0.7V
Vin=5V



א. עבור Vin הנתון חשב ושרטט מתחת ל-Vin את האותות הבאים: IL ו-Vout כתלות בזמן.
ב. מהו ערכו של הזרם IL דרך הסליל בזמן t=2mS.
ג. חבר דיודת הגנה בצורה המקובלת במיתוג סליל על ידי טרנזיסטור.


נבדוק האם הטרנזיסטור עומד בתנאי רוויה:

תנאי רוויה מתקיים!!!





נחשב קבוע זמן





זאת הקפיצה של המתח, המתח שואף להיות ב-VCC, מתחיל ב-248 וולט, משך הזמן הוא 1m לפי השרטוט



הזרם מתחיל מהזרם המקסימלי, כי ברוויה הוא נטען אליו, 118mA, שואף להגיע ל-0A כי הוא מתפרק, במשך זמן של 1mSec, בקבוע זמן של פריקה כמו שחישבנו למעלה.





סעיף ב'
בזמן t=2m אנו במצב של רוויה, כלומר טעינה, הסליל שואף להגיע לזרם המקסימלי (118mA).
חישבנו לעיל את קבוע הזמן (טאו), משך הזמן הוא 2m-1m לכן הוא 1m.
הערך ההתחלתי של הסליל הוא 14.45mA.


סעיף ג'
יש תשובה מלאה בחלק התיאוריה ובשאלה מספר 2 סעיף ב' יש הסבר נוסף


**שאלת בונוס**
נניח וזרם השחרור הוא 20mA וזרם התפיסה הוא 50mA חשב כמה זמן הממסר היה תפוס בקטע הקטעון המוצג בשרטווט.

פתרון
הריי שבזמן אפס הממסר היה כבר תפוס, כי הזרם על הסליל חצה את ה-50mA בוודאות.
נחשב את הזמן שבו הזרם הגיע ל-20mA, מרגע t=0.
במצב קיטעון הסליל מתפרק ושואף לאפס, אנחנו מתחילים בזרם של 118mA על הסליל, קבוע הזמן שלנו מחושב למעלה (טאו של פריקה).





אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה