Forskjell mellom versjoner av «TFY4185 - Måleteknikk»

Fra Nanowiki
Hopp til: navigasjon, søk
(→‎Chapter 7: Field-Effect Transistors)
(→‎Anbefalte forkunnskaper)
 
(34 mellomliggende revisjoner av 10 brukere er ikke vist)
Linje 1: Linje 1:
 
{{Infobox
  
{{Infobox
  +
|
−
|Fakta høst 2010
  
  +
|*'''Institutt:''' Institutt for fysikk
−
|*Foreleser: ???
  
  +
*'''Vurderingsform:''' Skriftlig eksamen (50%) og arbeider (50%). Karakter: Bestått/ikke bestått
−
*Stud-ass: ???
  
  +
*'''Hjelpemidler:''' C: ''Spesifiserte trykte og håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.''
−
*Vurderingsform: Skriftlig eksamen (?? %), midtsemester (?? %), arbeider (?? %), prosjekt (?? %)
  
  +
*'''Øvingsopplegg:''' Faget har frivillige øvinger. For å ta avsluttende eksamen må man fullføre lab.
−
*Eksamensdato: ???
  
 
}}
  
}}
   
  +
== Om emnet==
−
{{Infobox
  
  +
Emnet er obligatorisk og med i fagplanen for 3. semester.
−
|Øvingsopplegg høst 2010
  
−
|* Antall godkjente: ??/??
  
−
* Innleveringssted: ???
  
−
* Frist: ???
  
−
}}
  
−  
−
{{Infobox
  
−
|Lab høst 2010
  
−
|* Info om lab
  
−
}}
  
−  
−
Dette faget er flyttet opp i 3. klasse f.o.m. neste skoleår(2009/2010).
  
   
−
== Fagets innhold ==
 +
=== Faglig innhold ===
 
Elektroniske kretselementer:
 
Elektroniske kretselementer:
 
*Enkle passive kretser
  
*Enkle passive kretser
Linje 31: Linje 20:
 
*Datamaskinlaboratorium: Simulering av kretser med dataverktøy (PSpice)
  
*Datamaskinlaboratorium: Simulering av kretser med dataverktøy (PSpice)
   
  +
=== Anbefalte forkunnskaper ===
−
== Vurderingsform ==
  
  +
Emner i fysikk, matematikk og IKT i de to første årskurs på studieprogrammet Fysikk og matematikk, eller tilsvarende kunnskaper. Man må ha grunnleggende kunnskaper innen fysikk og matematikk.
−
Det gis karakterene bestått/ikke bestått.
 
−
Faget har en (frivillig) semesterprøve som teller i endelig vurdering dersom den teller positivt.
  
−
For å ta avsluttende eksamen må man levere 5 av 6 øvinger, samt fullføre lab.
  
   
  +
Men er dette sant? Tja. Å ha noen form for innsikt i Fourierrekker og Fouriertransformer var i hvert fall noe jeg ([[Bruker:Yasharh|yasharh]]) følte var nyttig og ga et par a-ha-opplevelser når det kom til ting som filtere. Men det er ikke strengt nødvendig. Det er også praktisk å vite litt om hva kondensatorer og spoler er og åssen de fungerer fra før. Men det prates også litt om, så igjen: Ikke strengt nødvendig.
−
[[Kategori:Obligatoriske emner]]
  
−
[[Kategori:Fag 3. semester]]
  
−
[[Kategori:Fag 5. semester]]
  
−
[[Kategori:Fag]]
  
   
  +
===Pensumlitteratur===
−
== Oppsummering av pensum ==
  
  +
Electronics, A systems approach, Neil Storey, 5th edition, Pearson Education Limited, 2013, ISBN 978-0-273-77327-6.
   
  +
== Lenker ==
−
=== Kompendium: Gustafsson og Skullerud, TFY 4185 Lecture Notes 2008 ===
  
  +
=== Læringsressurser ===
−
*Voltage and current dividers
  
  +
*[http://www.hardware.no/artikler/guide_elektronikkens_verden_-_del_1/18842 Guide: Elektronikkens verden - del 1]
−
**Om man har to impedanser i serie (<math>Z_1</math> og <math>Z_2</math>), er forholdet mellom spenning <math>V_0</math> over <math>Z_1</math> og spenning <math>V</math> over begge:
  
  +
*[http://www.hardware.no/artikler/guide_elektronikkens_verden_-_del_2/20924 Guide: Elektronikkens verden - del 2]
−
::<math>\frac{V_0}{V} = \frac{Z_1}{Z_2 + Z_1}</math>
  
  +
*[http://www.hardware.no/artikler/guide_elektronikkens_verden_-_del_3/32707 Guide: Elektronikkens verden - del 3]
−
**Om man har to impedanser i parallell (<math>Z_1</math> og <math>Z_2</math>), er forholdet mellom strøm <math>I_0</math> gjennom <math>Z_1</math> og strøm gjennom begge <math>I</math>:
  
  +
*[[Faglige notater: TFY4185]]
−
::<math>\frac{I_0}{I} = \frac{Z_2}{Z_2 + Z_1}</math>
  
−
*Norton and Thevenin equivalents
  
−
**Thevenins theorem: Enhver krets med to poler uten andre aktive elementer enn spenningskilder og strømkilder, kan framstilles som en krets med en spenningskilde i serie med en resistans, <math>R_i</math>, som er den indre resistansen mellom polene.
  
−
::<math>V_T=</math> "open source voltage", spenningen mellom polene når de er åpne. Finnes ved hjelp av f.eks. Kirchhoffs lover.
  
−
::<math>R_T=R_i</math> "output resistance", total resistansen i kretsen. Finnes ved å kortslutte alle spenningskilder og sette inn åpne ender i stedet for strømkilder.
  
−
**Nortons theorem: Enhver krets med to poler uten andre aktive elementer enn spenningskilder og strømkilder, kan framstilles som en krets med en strømkilde i parallell med en resistans, <math>R_i</math>, som er den indre resistansen mellom polene.
  
−
::<math>I_N</math> "short circuit current", strømmen når polene er kortsluttet. Kan også finnes ved hjelp av f.eks. Kirchoffs lover.
  
−
::Sammnehengen mellom Thevenin og Norton<math>I_T=\frac{V_T}{R_T}</math>
  
−
*Impedance matching, input and output
  
−
*Maximum power transfer to the load (both AC and DC cases)
  
−
*Phase shift induced by passive components
  
−
*Resonant circuits: Give an example of a simple resonant circuit, its resonant frequency and what
  
−
the Q value is and what it means.
  
   
  +
=== Emnerapporter ===
−
=== Lærebok: Neil Storey, Electronics A Systems Approach ===
  
  +
*[https://irom.ivt.ntnu.no/ivt/adm/kvalitetssikring-utdanning/_layouts/15/WopiFrame.aspx?sourcedoc=/ivt/adm/kvalitetssikring-utdanning/Emnerapporter%20%20NT/IFY/TFY4185%20Emnerapport%202013%20H%C3%B8st.pdf&action=default Emnerapport høst 2013]
−
==== Chapter 3: Amplification ====
  
  +
*[https://irom.ivt.ntnu.no/ivt/adm/kvalitetssikring-utdanning/_layouts/15/WopiFrame.aspx?sourcedoc=/ivt/adm/kvalitetssikring-utdanning/Referansegrupperapporter%20%20NT/IFY/TFY4185%20Referansegrupperapport%203%202013%20H%C3%B8st.pdf&action=default Referansegrupperapport høst 2013]
−
*Definition of amplification
  
−
**Forsterkningen av en størrelse er forholdet mellom den forsterkede størrelsen <math>X_o</math> og den uforsterkede <math>X_i</math>. Vi definerer:
  
−
:: voltage gain (<math>A_V</math>) <math> = \frac{V_o}{V_i}</math>
  
−
:: current gain (<math>A_I</math>) <math> = \frac{I_o}{I_i}</math>
  
−
:: power gain (<math>A_P</math>) <math> = \frac{P_o}{P_i}</math>
  
−
**Ofte oppgis gain i dB. Da har vi:
  
−
:: voltage gain (<math>A_V</math>) <math> = 10 \cdot \log(\frac{V_o}{V_i})</math>
  
−
:: current gain (<math>A_I</math>) <math> = 10 \cdot \log(\frac{I_o}{I_i})</math>
  
−
:: power gain (<math>A_P</math>) <math> = 10 \cdot \log(\frac{P_o}{P_i}) = 20 \cdot \log(\frac{V_o}{V_i})</math>
  
−
*Simple High-pass and Low-pass filters including their Bode dagrams (Both amplification and
  
−
phase)
  
   
−
==== Chapter 4: Control and Feedback ====
 +
=== NTNUs sider om emnet ===
  +
*[https://www.ntnu.no/studier/emner/TFY4185#tab=omEmnet NTNUs side om emnet]
−
*Negative feedback
  
  +
*[https://www.ntnu.no/studier/emner/TFY4185#tab=timeplan Timeplan]
−
I et generelt elektronisk tilbakemeldingssystem (feedback) kan vi utrykke ytelsen (gain) som
  
  +
*[https://www.ntnu.no/studier/emner/TFY4185#tab=omEksamen Eksamensinformasjon]
−
::<math>G=\frac{A}{1+AB}</math> der A er "forward path" og B er "feedback path". Se utledning s.97 i boka.
 
−
::Hvis AB er negativ får vi positiv "feedback". I spesialtilfellet <math>AB=-1</math>, går G mot uendelig, noe som brukes i produksjonen av oscillatorer.
  
−
::Hvis AB er positiv får vi negativ "feedback". Når AB er mye større enn 1, kan vi forenkle G til:
  
−
::<math>G=\frac{1}{B}</math>
  
−
::G blir dermed bare avhengig av "feedback path". For å få et stabilt system må "feedback path" konstrueres av bare passive komponenter, og B må være mindre enn 1 for å få en positiv "gain".
  
−
*The advantage of using feedback amplifiers
  
−
**Fordel: En kan få en forsterkning som ikke avhenger av gainen til op-ampen satt fra produsentens side, så lenge den er veldig stor. (f.eks 200,000). Den negative feedbacken gjør at systemet er selvkorrigerende.
  
−
**Gain: Siden <math>AB>>1</math>, er <math>A>>\frac{1}{B}</math>, altså er "open-loop gain">>"closed-loop gain". Feedback reduserer altså "gain" med en faktor <math>1+AB</math>
  
−
**Frequency response: Ytelsen (gain) av en forsterker minker ved høye og lave frekvenser. Ved negativ "feedback" (og AB mye større enn 1> avhenger "gain" nesten bare av "feedback path", og denne effekten vil minke betraktelig. Vi får altså et mer stabilt system ved høye og lave frekvenser, dvs båndbredden øker for systemet.
  
−
**Input and Output resistance: Et negativt "feedback"system vil prøve å holde "output" konstant, uansett endringer i miljøet (f.eks. når man setter på en "load"). Dette gjør den ved å øke/minke "input" og "output"resistans (vanligvis med en faktor AB+1)
  
−
***Hvis feedback er "output"spenningen => redusering av "output"resistans
  
−
***Hvis feedback er "output"strømmen => økning av "output"resistans
  
−
***Hvis feedback er en spenning relatert til output => øking av "input"resistans
  
−
***Hvis feedback er en strøm relatert til output => redusering av "input"resistans
  
−
**Distortion, Noise: "Distortion" og støy fra forsterkeren reduseres av negativ feedback.
  
−
**Stability: A og B har ikke bare en størrelse, de har også en fasevinkel. Hvis A eller B opplever et faseskift på 180 grader, skiftes fortegnet på A eller B, og AB blir negativ. Man opplever dermed positiv feedback, i stedet for negativ. Hvis <math>AB=-1</math> begynner systemet å oscillere (se kap. 11), og systemet blir ustabilt.
  
   
  +
<!-- Byttt ut koden i lenkene og forandr til riktig semester i timeplanlinken -->
−
==== Chapter 5: Operational Amplifiers ====
  
−
*A simple operational amplifier based non-inverting amplifier
  
−
**Non-inverting:(se figur s. 118) Får <math>V_i</math> inn på plusssiden, og feedback på minussiden av forsterkeren.
 
−
::"Gain" er gitt ved <math>G=\frac{R_1+R_2}{R_2}</math>
  
−
**Unity gain: (figus s. 122) <math>R_1=0</math> og <math>R_2=</math>∞
  
−
*A simple operational amplifier based inverting amplifier
  
−
**Inverting:(se figur s. 120) Får både <math>V_i</math> og feedback inn på minussiden av forsterkeren.
  
−
::"Gain" er gitt ved <math>G=-\frac{R_1}{R_2}</math>
  
−
**Current-to-voltage converter: (figur s. 123) <math>R_2=0</math> og <math>I_i</math> inn på minussiden. <math>V_0=-I_iR</math>
  
   
  +
[[Kategori:Obligatoriske emner]]
−
*Characteristics for an ideal operational amplifier compared to a non-ideal (real world) operational amplifier
  
  +
[[Kategori:Fag 3. semester]]
−
** '''Gain:''' En ideell op-amp har voltage gain på uendelig, de fleste reelle op-amper har gain mellom 100-140 dB, 741 har 106 dB.
  
  +
[[Kategori:Fag]]
−
** '''Inputresistans:''' En ideell op-amp har uendelig inputresistans, ekte op-amper har gjerne fra 300 kOhm til 80 MOhm, 741 har 2 MOhm.
  
−
** '''Outputresistans:''' En ideell op-amp har null outputresistans, en 741 har 75 Ohm.
  
−
** '''Max utspenning:''' En ideell op-amp kan ha uendelig ut-spenning, mens en reell op-amp koblet til +-15V har gjerne max spenning på +-13V. Forskjellige amplifiere har forskjellige inn-spenninger fra stømkilden, fra +-30V til +-1,5V.
  
−
** '''Common-mode rejection ratio:''' Common-mode signals: Signaler som er felles for både + og - - inngangen på op-ampen. Differential-mode signals: Signaler som er spenningsforskjeller mellom inngangene. CMRR gir forholdet: (differential-mode signaler)/(common-mode-signaler). Måles i dB, jo høyere dB, jo bedre (bedre mot støy). En ideell op-amp har ikke Common-mode signaler.
  
−
** '''Input-strøm''': En ideell op-amp har 0 i input-strøm, en reell op-amp har gjerne inputstrøm i størrelse mikroA - nA, 741 har input-strøm på 80 nA.
  
−
** '''Input offset voltage''': Spenningen på en reell op-amp om inn-spenningen er 0. Gjerne noen hundre mikroV til noen mV.
  
−
** '''Frekvensrespons''': Alle reelle op-amps har en øvre cut-off frekvens. Gain er gjerne konstant opp til ~10 Hz, deretter avtar den til 1 ved omtrent 1MHz.
  
−
** '''Slew rate''': Maksraten til endringen i spenning, gjerne noen få V/mikrosekund. Alle reelle op-amps gir også støy til signalet.
  
−  
−  
−
*Frequency dependence of amplification and how it is influenced by feedback
  
−
** '''Båndbredde x Gain = konstant'''
  
−
*How the input and output impedance are influenced by feedback
  
−
** Se kap 4. Huskeregel: Current feedback gir mer ideell op-amp (høyere innresistans og lavere utresistans), omvendt for voltage feedback.
  
−  
−
==== Chapter 6: Semiconductors and Diodes ====
  
−
*How the [[ideal diode]] work and its typical applications
  
−
**One could characterise an ideal diode as a component that conducts no current when voltage is applied across it in one direction, but appears as a short circuit when a voltage is applied in the other direction.
  
−
**Diode circuit symbol: an arrow pointing in the direction of forward current.
  
−
**Wide range of applications: rectification of alternating voltages (AC to DC), Voltage control (Zener diodes), demodulation (making an AM signal meaningful), signal clamping.
  
−
*Describe the electrical properties of insulators, semi-conductors and metals in a simple energy band model
  
−
**Semi-conductors: Fermi level is between the conduction and valence bands, i.e. in an area of low density of states. The valence and conduction bands are close enough (~less than 2-3 eV) to allow considerable excitation of electrons by increasing temperature or doping.
 
−
**Conductors: The valence band (and in this case it is the same as the conduction band) is partly filled and the Fermi level is in the middle of this band. Electrons are easily excited over the Fermi level.
  
−
**Insulators: Have a full valence band and a large energy gap (i.e 6eV) to the next band. Electrons can't easily be excited to the next band.
  
−
*Give a simple description of “doping” and how it influences the material
  
−
**In silicon: boron-> p-type, phosphorus-> n-type.
  
−
*How a PN diode functions and its I-V characteristic
  
−
** Due to diffusion of charge in a pn-junction a voltage barrier is created between the p and n type semiconductors. This voltage barrier can either be enhanced or decreased depending on the direction current is sent through the depletion layer.
  
−
*The function of a Zener diode
  
−
**Voltage control (protection of a circuit from too high voltage values, or to make voltage output constant).
  
−  
−
==== Chapter 7: Field-Effect Transistors ====
  
−
*The construction and function of the different sorts of [[field-effect transistor]]
  
−
** Husk på at navngivingen Drain og Source er '''motsatt av det man skulle tro''', dvs positiv strøm går fra Drain til Source.
  
−
** '''MOSFET''': Bruker figur 7.4 s 173: Er en positiv spenning V(ds)=V(d) - V(s) mellom Drain og Source. Tilkoblingen på høyre side er Substratet, denne er gjerne jordet og setter nullpunkt for systemet (den er heller ikke noe videre forklart i boka, så tipper den har lite relevans). Gaten på venstre side er isolert fra halvlederen ved et MO-lag(MetallOksid). Setter vi på en positiv spenning over gaten, vil de negative ladningsbærerne fra P-feltet "trekkes" over mot N-feltet, og depletion-layeret vil bli mindre, dermed blir det flere ladningsbærere som kan sende strøm, og det går mer strøm. Om spenningen er negativ, vil på samme måte elektronene i N-laget "skyves" inn i P-laget, dvs depletion-lageret blir større.
  
−
*** '''DE MOSFET''' Depletion - Enhancement MOSFET: som beskrevet overfor, '''kan gi signal både for positiv og negativ Gate-spenning.'''
  
−
*** '''Enhanced MOSFET''' - her går P-laget i figur 7.4 fra høyre side av transistoren og helt inn til gaten, dvs det er ikke et N-lag mellom P-laget og gaten. Poenget med denne MOSFETen er at man '''hele tiden må ha en positiv spenning''' på gaten. Da dras de få ledende elektronene i P-laget inn mot gaten, og det lages en "bro" av elektroner som kan lede strøm mellom Source og Drain.
  
−
** '''JFET''': Bruker figur 7.7 s 175: I denne transistoren må Gate-spenningen '''alltid være negativ''' for at det ikke skal gå noen strøm gjennom gaten(her er det ikke noe MO-lag mellom gaten og halvlederen). Poenget med denne FET-en er at man bruker Reverse Bias-egenskapene ved halvlederen til å regulere strømmen mellom Source og Drain. Dvs, jo mer spenning man setter på "feil vei" fra Source til Gate, jo større vil depletion-laget være (figur b), og dermed er det færre ladningsbærere som kan sende strøm fra Drain til Source. Hadde man satt på en positiv strøm, ville strømmen gå fra Gate til Source som i en diode.
  
−
** '''Symboler''': Sammenlign figur 7.3 og figur 7.5: Dette er logisk, for MOSFET er det ikke kontakt mellom Gate og Source-Drain. Samtidig er Enhancement tegnet med stiplet linje, for der er det ikke kontakt mellom Source- og Drain-lagene. '''Generelt for alle transistorsymboler går pilen i Substrate eller Gain fra P-dopet til N-dopet i den fysiske transistoren''' På samme måte for figur 7.6 og 7.8: Her er Gaten fysisk koblet til transistoren, så også i symbolet.
  
−
*How a transistor is used in a simple amplifier
  
−
*The I-V characteristics for the different sorts of field-effect transistors
  
−
**Input characteristics: Veldig høy input resistans
  
−
**Output charatcteristics: Det viktigste her er at tykkelsen til kanalen er ikke bare bestemt av spenningen til gaten, men også av drain-to-source-spenningen <math>V_{DS})</math>. Når man setter på en positiv <math>V_{DS}</math> vil det gå en strøm <math>I_D</math> gjennom kanalen. Mens den går gjennom kanalen vil den "føle" et potensialfall. Altså at resistansen er høyere ved Drain enn ved Source. Dette gjør at spenningen mellom Gate og kanalen er forskjellig på forskjellige steder i kanalen. '''Generelt blir kanalen mindre ved drain, og større ved source for en n-kanal'''.Dette gjelder for både MOSFET og JFET.
  
−
***Hvis vi ser nærmere på en MOSFET (se figur s. 177): Her er <math>V_{GS}</math> positiv, og <math>V_{DS}</math> er enda mer positiv. Da vil det i området rundt drain være et positivt potensial. Altså vil området være depleted => kanalen blir mindre. I området rundt source vil det være et negativt potensial (i forhold til gate), og kanal blir enhanced => kanalen blir større.
 
−
***Hvis vi ser nærmere på en JFET (se figur s. 177): Her er <math>V_{GS}</math> negativ og <math>V_{DS}</math> positiv. Potensialet langs kanalen i forhold til gaten er altså hele tiden negativ, men mye mer negativ ved drain, enn source. Vi vil altså få et tykkere depletionlag ved drain, og dermed en mindre kanal.
 
−
***'''Pinc-off'''Ved å øke <math>V_{DS}</math> vil vi etterhvert komme til et punkt der kanalen ved drain blir lukket. Dette vil ikke hindre strøm i å gå igjennom, men strømmen kan ikke økes mer. Dette punktet kalles Pinch-off-voltage.
  
−
***'''Ohms region/saturated region'''<math>I_D</math>-<math>V_{DS}</math> karakteristikken vil altså ha to regioner: '''Ohms region''': for små verdier av <math>V_DS</math> vil vi få en tilnærmet rett linje, altså <math>I_D</math> øker lineært med <math>V_{DS}</math>.'''Saturated region''' er etter pinch-off, der vil <math>I_D</math> være tilnærmet konstant hele tiden. (se figur s. 178)
  
−
***'''<math>V_{GS}</math>'''Forskjellige <math>V_{GS}</math> vil gi den samme kurveformen, men med høyere pinch-offverdi for høyere <math>V_{GS}</math>verdi
  
−
***'''<math>I_{DSS}</math>'''Drain-to-source saturation current er definert som strømmen ved <math>V_(GS)</math>=0
  
−
***'''<math>V_T</math>''' Tresholdvoltage, <math>V_T</math> er spenningen <math>V_{GS}</math> der transistoren begynner å gi strøm. Denne er negativ for en DEMOSFET og positiv for en ehancement MOSFET.<math>V_{DS}</math>(ved pinch-off)=<math>V_{GS}-V_T</math> For JFET kalles <math>V_T</math> for <math>V_p</math> pinch-off voltage. <math>V_p</math> er ikke lik den andre pinchoffverdien.
  
−
**Transfer charcteristics: dvs et <math>I_D-V_{GS}</math>plot. Dette plotet kan bare gjøres innen saturated region. Se figurer s. 181.
 
−
***'''JFET''' parabolsk kurve som krysser spenningsaksen i <math>V_p</math> og strømaksen i <math>I_{DSS}</math>.
 
−
:::<math>I_D=K(V_{GS}-V_p)^2</math>
  
−
***'''MOSFET''' parabolsk kurve som krysser spenningsaksen i <math>V_T</math> og strømaksen i <math>I_{DSS}</math>.
 
−
:::<math>I_D=K´(V_{GS}-V_T)^2</math>
  
−  
−
==== Chapter 8: Bipolar Juction Transistors ====
  
−
*How a bipolar transistor works
  
−
** Tar for oss en NPN-transistor (for figur, se boka s. 224)
  
−
** Denne består av et tungt N-dopet Emitter-lag (tilsvarer Source i MOSFET), et tynt, relativt svakt P-dopet Base-lag (tilsvarer Gate), og et N-dopet Collector-lag (Drain).
  
−
** Har positiv spenning fra Collector til Emitter - Om Base er åpen, vil det gå en liten strøm ''I(CEO)'' fra Collector til Emitter. Setter man opp en positiv strøm fra Base til Emitter, vil elektroner gå motsatt vei, fra Emitter til Base, som i en vanlig diode. Forskjellen er at siden Emitter er sterkt N-dopet og Base er svakt P-dopet, vil '''ladningsbærerne i Base-laget også være elektroner'''. I overgangen mellom Base og Collector vil det som i alle p-n-overganger være et depletion layer med positiv ladning på N-siden og negativ ladning på P-siden. '''Siden P-laget er så tynt''', vil elektronene som kommer fra Emitter og over i P-laget merke et positivt elektrisk felt fra Collector-siden og bli trukket over til Collector. Strømmen fra B til E er liten sammenlignet med strømmen fra C til E.
  
−
** To viktige karakteristikker for en Bipolar Transistor:
 
−
*** '''Emitter et tungt dopet og Base er svakt dopet''' - siden det i dette P-N-systemet er flest negative ladningsbærere, vil ladningsbærerne i Base være elektroner, og disse vil tiltrekkes av det positive feltet i Collector.
  
−
*** '''Base er tynn''' - Dersom ikke Base var tynn, ville elektronene bare gått fra Emitter til Base som i en vanlig diode.
  
−
** En bipolar transistor gjør om et '''strømsignal''' til en ut-strøm, i motsetning til FET, der man bruker spenning som input.
  
−  
−
==== Chapter 9: Power Electronics ====
  
−
*The different classes of power amplifiers
  
−
**Det viktige i dette kapitlet er hva slags ut-signal de forskjellige forsterkerklassene gir og hvor effektive de er. Dere kommer til å se en grei linearitet i dette, og klassene er logisk delt inn.
 
−
**Effekten måles i % og er gitt ved E=(Effekten forbrukt i lasten)/(Effekten fra kraftforsyningen)
  
−
***'''Klasse A''' (s 291 for illustrasjoner): En effektforsterker som overfører '''hele''' signalet fra inputen. Mindre fare for distortion, men effektiviteten har et maksimum på ca. '''25 prosent'''.
  
−
***'''Klasse B''' (s 292) : Overfører '''50 prosent''' av signalet fra inputen, dvs enten den positive eller negative delen av et sinussignal. Effektiviteten kan komme opp i '''78 prosent''', men faren for distortion er større.
  
−
***'''Klasse AB''' (s 292) : Overfører '''mellom 50 og 100 prosent''' av inn-signalet, kutter gjerne av toppen eller bunnen av sinussignaler. Effektiviteten et sted mellom A og B, og samme med mengden distortion.
  
−
***'''Klasse C''' (s 293) : Gir ut-signal for '''under 50 prosent''' av sinusbølgen, f.eks. signal for topp eller bunn i sinussignalet. Effektiviteten kommer '''opp mot 100 prosent'''.
  
−
***'''Klasse D''' (s 293) : Gir '''av eller på-signal''' med uendelig resistans når den er av, og null resistans når den er på.
  
−
*How TRIAC’s and thyristors are used within power control circuits
  
−
** '''En Thyristor''' (s 301) kan forstås som en sammensetning av to bipolare transistorer. Den fungerer slik at om man gir et signal i gaten, vil thyristoren slås på og det vil gå en strøm fra anoden(a) til katoden(c) så lenge denne strømmen er stor nok (større enn thyristorens "holding current" som sikkert varierer fra thyristor til thyristor). I eksemplene antar man at "holding current" er lav, dvs at thyristoren er slått på så lenge det går strøm fra anoden til katoden (V(a) - V(c) er positiv). Om spenningen snus, vil det i et punkt slutte å gå strøm, og thyristoren slås av (signalet stoppes). Thyristorer brukes i en krets for å kun gi en del av en AC-strøm. Den må trigges i gaten for å starte, og så leder den strøm fram til strømmen stoppes (spenningen snus) (s 302).
  
−
** '''En Triac''' er en bidireksjonal Thyristor, dvs den kan fungere både når spenningen fra (a) til (c) er negativ OG positiv, men den slår seg i begge tilfeller av når spenningen blir ~0.
  
−
*The different ways to convert AC-DC as well as the advantages and disadvantages of the different methods
  
−
**Kan være lurt å forstå hvordan en "Full-wave rectifier" fungerer (s. 163, s. 305- 306).
  
−  
−
==== Chapter 10: Analogue Signal Processing ====
  
−
*The difference between a Butterworth, Chebyshev and Bessel filter
  
−
** Side 317 - 319
  
−
**: '''Kort bakgrunn:''' Man kan dele elektriske filtre inn i passive og aktive. Aktive filtre inneholder en eller flere aktive komponenter, for eksempel en operasjonsforsterker. De tre filtrene beskrevet her er alle eksempler på aktive filtre. Foruten operasjonsforsterker(e), inneholder aktive filtre resistanser og kondensatorer (merk: ikke spoler). Ulike filterdesign gir ulike filteregenskaper. Dessverre er det ofte slik at én ''gunstig'' filteregenskap er forbundet med en annen ''ugunstig'' filteregenskap. Filterkretsen må derfor skreddersys slik at filteret får den egenskapen som er viktigst med tanke på dets funksjon.
  
−
**# '''Butterworth-filter'''
  
−
**#: Laget for å gi "flatest" mulig respons innenfor passband. Det vil si at gain skal være så lik som mulig for alle frekvenser som er innenfor passband.
  
−
**# '''Chebyshev-filter'''
  
−
**#: Laget for å få en skarp overgang i gain mellom passband og stopband. Det vil si at gain skal falle drastisk med én gang frekvensen til input-signalet er utenfor passband.
  
−
**# '''Bessel-filter'''
  
−
**#: Laget slik at faseforskjellen mellom input- og output-signal står i et lineært forhold til input-frekvensen. Dette gjør at alle frekvens-komponenter som går gjennom filteret (innenfor passband) forsinkes med det samme tidsintervallet. Fordelen med dette er at bølgeformen fra input-signalet bevares i output-signalet. Denne typen filter er derfor ideell når det er viktig å bevare en komplisert bølgeform (som består av flere ulike frekvens-komponenter).
  
−
 
−  
−
*Sketch out a general measurement system, explain where you think the best places to filter the signal are and why
  
−  
−
==== Chapter 11: Positive Feedback, Oscillatiors and Stability ====
  
−
*Positive feedback and the Barkhausen criteria
  
−
::"Gain" er gitt som <math>G=\frac{A}{1+AB}</math> (se kap. 4), og positiv feedback er når AB er negativ og mindre enn 1.
 
−
::Ved <math>AB=-1</math> får vi at G går mot uendelig. Da vil systemet generere en output, selv om det ikke finnes noen input. Vi får altså en oscillator. Forutsetningen for slik oscillering er gjengitt av Barkhausen kriteriene på en litt annen måte:
  
−
::1. Størrelsen av AB må være lik 1
  
−
::2. Faseskiftet av AB må være lik 180 grader, eller 180 pluss et heltall ganger 360 grader.
  
−
Man ser at dette er i prinippet akkuratt det samme, ettersom en gain på -1 er ekvivalent med en faseforskyvning på 180grader.
  
−  
−
==== Chapter 12: Digital Systems ====
  
−
*The difference between combinational and sequential logic
  
−
*Reducing a logical expression with the aid of Boolean algebra or the Karnough diagram
  
−
==== Chapter 13: Sequential Logic ====
  
−
*The function and workings of: Bi-stable, mono-stable and astable sequential logic
  
−
**Multivibrators are the most important building blocks in sequential logic
  
−
***A '''bistable multivibrator''' has two stable output states, which means that it needs a change in input in order to change its output state. This is the most important and widely used multivibrator.
 
−
***A '''monostable multivibrator''' has one stable and one metastable output state. Once triggered, it stays in its metastable state only for a certain amount of time determined by the circuit, before it switches back to the stable state where it stays until an appropriate change in input signal.
  
−
***An '''astable multivibrator''' has two metastable output states, which means that it will oscillate between these two with a time interval determined by ciruit parameters.
  
−
*The function and workings of a shift register and counter
  
−  
−
==== Chapter 14: Digital Devices ====
  
−
*How transistors are used within digital electronics
  
−
*The important parameters for the TTL and CMOS digital-logic families
  
−
*How one couples to an open collector logical circuit
  
−
==== Chapter 15: Array Logic ====
  
−
*The function of PLA, PAL, GAL, EPLD, PEEL, PROM, FPGA
  
−
*Describing the building up of a micro-computer
  
−  
−
== Eksterne linker ==
  
−
<!-- Byttt ut koden i lenkene og forandr til riktig semester i timeplanlinken -->
  
−
*[http://www.ntnu.no/studier/emner?emnekode=TFY4185 NTNUs fagbeskrivelse]
  
−
*[http://www.ntnu.no/studieinformasjon/timeplan/h10/?emnekode=TFY4185-1 Timeplan Høst10]
  
−
*[http://www.hardware.no/artikler/guide_elektronikkens_verden_-_del_1/18842 Guide: Elektronikkens verden - del 1]
  
−
*[http://www.hardware.no/artikler/guide_elektronikkens_verden_-_del_2/20924 Guide: Elektronikkens verden - del 2]
  
−
*[http://www.hardware.no/artikler/guide_elektronikkens_verden_-_del_3/32707 Guide: Elektronikkens verden - del 3]
  

Nåværende revisjon fra 18. nov. 2016 kl. 11:52

  • Institutt: Institutt for fysikk
  • Vurderingsform: Skriftlig eksamen (50%) og arbeider (50%). Karakter: Bestått/ikke bestått
  • Hjelpemidler: C: Spesifiserte trykte og håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.
  • Øvingsopplegg: Faget har frivillige øvinger. For å ta avsluttende eksamen må man fullføre lab.

Om emnet

Emnet er obligatorisk og med i fagplanen for 3. semester.

Faglig innhold

Elektroniske kretselementer:

  • Enkle passive kretser
  • Halvleder kretselementer
  • Aktive kretser, operasjonsforsterkere
  • Digitale kretser

Laboratorium i kretsteknikk:

  • Bygging og utprøving av et utvalg av elektroniske kretser
  • Datamaskinlaboratorium: Simulering av kretser med dataverktøy (PSpice)

Anbefalte forkunnskaper

Emner i fysikk, matematikk og IKT i de to første årskurs på studieprogrammet Fysikk og matematikk, eller tilsvarende kunnskaper. Man må ha grunnleggende kunnskaper innen fysikk og matematikk.

Men er dette sant? Tja. Å ha noen form for innsikt i Fourierrekker og Fouriertransformer var i hvert fall noe jeg (yasharh) følte var nyttig og ga et par a-ha-opplevelser når det kom til ting som filtere. Men det er ikke strengt nødvendig. Det er også praktisk å vite litt om hva kondensatorer og spoler er og åssen de fungerer fra før. Men det prates også litt om, så igjen: Ikke strengt nødvendig.

Pensumlitteratur

Electronics, A systems approach, Neil Storey, 5th edition, Pearson Education Limited, 2013, ISBN 978-0-273-77327-6.

Lenker

Læringsressurser

Emnerapporter

NTNUs sider om emnet

Hentet fra «http://nanowiki.no/index.php?title=TFY4185_-_Måleteknikk&oldid=6242»