Aufgaben Übung 9 - Oszillator - emsp.tu

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Übung Analog- und Digitalelektronik
Aufgabe 1:
WS 08/09
Phasenschieber
Gegeben ist das folgende RC-Netzwerk. Es dient der Phasenverschiebung von 180° im
Rückkoppelzweig eines Oszillators.
Ue
Ua
R
R
R
C = 10nF
1.1)
Berechnen Sie die Übertragungsfunktion der gegebenen Schaltung. Wie groß ist die
Resonanzfrequenz und welche Verstärkung besitzt das Netzwerk in diesem Punkt?
1.2)
Skizzieren Sie den Phasenverlauf!
1.3)
Entwerfen Sie eine Schaltung an, die das angegebene RC-Netzwerk verwendet und die
Schwingbedingung erfüllt.
1.4)
Die Schaltung soll mit einer Frequenz von f 0 = 33kHz schwingen. Dimensionieren
Sie die Widerstände entsprechend.
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Aufgabe 2: Schwingquarz/Pierce-Oszillator
Als Taktgeber für einen Mikrocontroller soll ein Pierce-Oszillator mit Schwingquarz dienen.
Der Hersteller des Quarzes hat folgende Ersatzdaten für den Schwingquarz angegeben:
Der 4 MHz-Quarz besitzt die Ersatzelemente L=100 mH, Cs=15 fF, Cp=5 pF, und Rs=100 Ω.
Er soll in einer Pierce-Schaltung bei seiner Parallelresonanzfrequenz schwingen.
2.1)
Zeichnen Sie das Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes
2.2)
Berechnen Sie die Serien- und die Parallelresonanzfrequenz des Schwingquarzes.
2.3)
Berechnen Sie die Güte des Schwingkreises.
2.4)
Beschreiben Sie kurz, was man unter „ziehen eines Quarzes“ versteht.
Die folgende Schaltung ist eine Pierce-Schaltung. Der Quarz soll in dieser Schaltung
eingesetzt werden. Der Hersteller gibt an, dass der Quarz für eine Lastkapazität von 12 pF
vorgesehen ist.
Pierce-Oszillator
2.5)
Berechnen Sie C = CE1 = CE2, damit diese Kapazitäten der vom Hersteller
angegebenen Lastkapazität entsprechen. Wie lautet die Lastresonanzfrequenz?
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Aufgabe 3: Astabiler Multivibrator.
Die folgende Schaltung ist ein astabiler Multivibrator. Die Stromverstärkung der Transistoren
ist B = 50, die Versorgungsspannung beträgt Ub = 10 V.
Abb.3 Multivibrator
3.1)
Beschreiben Sie die Funktionsweise des Multivibrators.
3.2)
Berechnen Sie den Spannungsverlauf UB1 am Kondensator C1.
3.3)
Leiten Sie daraus die Schaltzeiten t1 und t2 ab. Wann sperrt welcher Transistor?
3.4)
Der Multivibrator soll als Blinkschaltung dienen. Es wird jeweils eine LED in Serie
mit RC geschaltet. Berechnen Sie die Widerstände RC, R1 und R2, damit der Strom
durch die Dioden die im Datenblatt angegebenen ID = 20 mA beträgt. Weiterhin steht
im Datenblatt, dass über die Dioden eine Spannung von 2 V abfällt.
3.5*) Die Dioden sollen mit einer Frequenz von 1 Hz blinken. Allerdings soll nur während
einem drittel der Periode die Diode 2 leuchten; während der restlichen Periodendauer
soll die Diode 1 leuchten. Berechnen Sie die restlichen Elemente.
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Aufgabe 4*: Numerisch gesteuerter Oszillator (NCO)
Auf einem integrierten Baustein ist ein numerisch gesteuerter Oszillator untergebracht. Sie
müssen aber noch einen Taktgeber anschließen.
4.1*) Geben Sie die Formel zur Berechnung der Oszillatorfrequenz fNCO in Abhängigkeit der
Anzahl an Winkelinkrementen N0 an.
4.2*) Die Ausgabefrequenz eines NCO soll zwischen 1 MHz und 16 MHz liegen. Zum
Inkrementieren der Winkel haben Sie eine 4 Bit Steuerleitung zur Verfügung. In einer
Sinustabelle sind 50 Winkelinkremente abgelegt. Berechnen Sie die Frequenz fclk des
Taktgebers.
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