Examinations Document for Electronic Engineering Students - Semester I, 2008, Exams of Digital & Analog Electronics

Download Examinations Document for Electronic Engineering Students - Semester I, 2008 and more Exams Digital & Analog Electronics in PDF only on Docsity! Semester I Examinations 2008 Exam Code(s) 3BN1, 3BP1, Exam(s) Third Year Electronic Engineering  Third Year Electronic & Computer Engineering    Module Code(s) EE321 Module(s) Analogue Systems Design II Paper No. Repeat Paper External Examiner(s) Professor G. Irwin Internal Examiner(s) Prof. G. Ó Laighin Dr. P. Corcoran Instructions   :  Answer any three questions from four All questions carry equal marks (20 marks) Duration: 2 hrs  No. of Pages 6 Department(s) Electronic Engineering  Course Co­ordinator(s) Requirements: MCQ Handout Statistical Tables Graph Paper Log Graph Paper Other Material Page 1 of 6 Attempt 3 questions only  –  20 marks per question. (NB: Any rough­work and calculations must be included with your exam script.) Q 1. (a) Two types of amplifier are available to a design engineer as shown in Figure 1(a).  The first  amplifier  has   input   impedance  of   100   ohm,   amplifier  voltage   gain  of   10   and   an  output  impedance of 1000 ohm. The second amplifier has corresponding values of Ri = 1000 ohm, Ag  = 3 and  Ro  = 100 ohm. Calculate  the voltage gain when two of   the type I  amplifier  are  arranged in a two­stage amplifier cascade. Similarly calculate the voltage gain when two of  the type II amplifier are cascaded. Which combined amplifier has better performance?    [4 marks] (b) The two­stage amplifiers from part (a) are to be connected into a current­gain output stage as  shown in  Figure 1(b). Calculate the voltage gain of the combined voltage gain and current  gain  stages.  Which combination has  better  voltage  gain –  the dual   type  I  amplifier  stage  combined with the type III current gain output stage or the dual type II combined with type III  output stage? Explain why this is the case.   [3 marks] (c) Design a common­emitter transistor amplifier for AC signals with a single­sided power supply  of 20V. The 3dB frequency is 100 Hz and the gain should be ­100 at the quiescent point. The  quiescent   collector   current   should   be   0.5   mA.   Sketch   your   circuit   design   and   provide  explanations and calculations for each of the circuit elements, R1, R2, C1, C2, RC, RE and  R3. You may assume a minimum current gain for the transistor of 100 and VT = 25 mA.      [8 marks] (d) What is the gain of your amplifier when the output voltage swings from the quiescent point:  (i)  up  to  +15V; (ii)  down to +5V? What   is   the (iii)   input   impedance  and (iv)   the output  impedance   of   your   amplifier.   If   you   wanted   to   reduce   the   variability   in   amplifier   gain  demonstrated by results (i)   and (ii) how could you achieve this? How would this affect the  overall amplifier gain?        [5 marks] 1 0 0 A g  =   1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 A g  =   3 1 0 0 A m p l i f i e r   t y p e   I A m p l i f i e r   t y p e   I I 1 0 0 0 A g  =   1 1 0 0 A m p l i f i e r   t y p e   I I I Figure 1(a): Voltage Amplifier Building Blocks  Figure 1(b): Current Amplifier Output Stage Page 2 of 6 +12 AV Figure 3(c): Improved Two-Transistor CE (Cascode) Amplifier Page 5 of 6 Q4. (a) Given +12V/­12V symmetric power supply, design a Schmitt trigger circuit with asymmetric  switching voltages at ­2.5V and 5V? No other power supply is available so you must include a  resistor network to set the required reference voltage. You may assume that the op­amp output  can swing within 0.5V of the power rails.  [5 marks] (b) Convert your Schmitt trigger design into an astable multivibrator with an asymmetric period  of 200 uS. Suggest how you could adapt this multivibrator design to have a symmetric period  with identical rise and fall times of 100 uS?    [5 marks] (c) Show how an op­amp can be configured as (i) a logarithmic amplifier and (ii) an exponential  amplifier.   Derive   expressions   for   the   amplifier   gain   in   each   case.   Explain,   giving   some  examples, how these amplifiers may be used in practical circuit applications.  Finally, explain  what functionality is realized by Figure 4 below.  [5 marks] (d)  Design an analog circuit, using op­amps, to divide one input signal,  X    by a second input  signal, Y. Explain how your design achieves this voltage division functionality, explaining the  functionality of each of the independent circuit blocks. Discuss, in the context of a practical  log amplifier circuit, some of the limitations of this circuit.  [5 marks] Figure 4: Mixed Exponential/Logarithmic  Amplifier Circuit using Op­Amps Page 6 of 6