TENTAMEN MEDISCHE ELEKTRONICA

OEFENTENTAMEN MEDISCHE ELEKTRONICA
Seizoen 2005-2006
Vooraf
 Bij dit tentamen mag geen gebruik worden gemaakt van aantekeningen of studiemateriaal.
 Op het echte tentamen kunnen vraagstellingen natuurlijk afwijken.
Opgave 1 Basale netwerkanalyse [25 pt]
UB
-
Gegeven het hiernaast afgebeelde netwerk.
Bereken in het Laplace domein de
onderstaande overdrachten:
U out s 
a. H A s  
[12.5 pt]
U A s 
U out s 
b. H B s  
[12.5 pt]
U B s 
+
+
+
R1
UA
Uout
-
C2
R3
-
Andere (deel)vraagstellingen zijn ook mogelijk, zoals bijvoorbeeld:
- geef van onderstaand netwerk de netwerkvergelijkingen (dus element- en
structuurvergelijkingen)
- bereken de spanning over R1 met behulp van superpositie
- vereenvoudig onderstaand netwerk door brontransformatie toe te passen
- bepaal het Thévenin equivalent van onderstaand netwerk
Opgave 2 Halfgeleiders: de werking van een JFET [15 pt]
a. Teken schematisch de structuur (dus niet het netwerksymbool!) van een JFET, benoem de
Drain, Source en Gate, geef aan welke gebieden n- of p-gedoteerd zijn. [7 pt]
b. Omschrijf de werking van deze JFET (tip: verwijs of maak gebruik van de onder (a)
getekende structuur). [5 pt]
c. Beschrijf wat er in het geleidingskanaal gebeurt als er ‘pinch-of’ optreedt. [3 pt]
Andere vraagstellingen zijn ook mogelijk, zoals bijvoorbeeld:
- beschrijf het verschil tussen een halfgeleider en een geleider, verklaar ook de begrippen
p-type en n-type (waarom heet dat zo, hoe worden deze eigenschappen bereikt).
- Beschrijf de werking van een diode aan de hand van een PN-overgang
- Geef de relatie tussen ingangsspanning en uitgangsspanning van een gegeven netwerk
(bijv. met een diode en een weerstand)
- Beschrijf de werking van een bipolaire transistor
1
Opgave 3 Versterkers en filters [25 pt]
+
R1
+
C2
+
-
-
C1
+
Uin
R1
-
Uout
Uin
+
C2
-
-
+
Uout
-
a. Bereken van bovenstaande versterkers de overdrachten (neem R1=1 kΩ, C1=1,6 µF en
C2=1,6 µF). [10 pt]
b. Beschrijf het gedrag van deze versterkers voor verschillende frequentiegebieden. Dat gaat
het beste met behulp van een Bodediagram (alleen magnitude is genoeg), maar dit is niet
verplicht. [10 pt]
c. Leg uit waarom je elk van deze versterkers wel of niet geschikt vind voor toepassing als
filtereenheid in een meetketen voor EEG onderzoek. Ga hierbij uit van een EEG signaal met
een frequentieinhoud van 2...70 Hz, dat tevens verstoringen van langzame oogbewegingen
en een elektrode-offset bevat (frequentieinhoud 0..0.5 Hz). Dit signaal is reeds beschikbaar
aan de uitgang van een instrumentatieversterker. [5 pt.]
Opgave 4 AD-conversie [15 pt]
a. Omschrijf de begrippen ‘Resolutie’ en ‘Nauwkeurigheid’ met betrekking tot AD-conversie
[5 pt]
b. Beschrijf de bouwstenen en werking van een Flash AD-converter [5 pt]
c. beschrijf de noodzaak en functie van een Sample&Hold schakeling [5 pt]
Andere vraagstellingen zijn ook mogelijk, zoals bijvoorbeeld:
- beschrijf de bouwstenen en werking van een Ramp&Compare AD-convertor
- idem, voor een Successive Approximation AD-convertor
- …
2
Opgave 5 AD-converter kopen [20 pt]
Prof. Barrabas heeft een mooie meetopstelling voor het digitaliseren van de vorm en amplitude
van enkelvoudige motorunit aktiepotentialen (MUAPs) in een bipolaire EMG afleiding waar nog
wat storing in aanwezig is:
Bronsignaal (differentiëel gemeten):
Amplitude
100 µV
Frequentie-inhoud
1 - 2 kHz
Common-mode signaal:
Amplitude
3V
Frequentie-inhoud
0 - 50 Hz
De elektrofysiologische versterker, die deze signalen versterkt voordat ze gedigitaliseerd worden,
heeft de volgende eigenschappen (flow en fhigh geven de 1e orde hoog- en laagdoorlaat
afsnijfrequenties aan):
Elektrofysiologische versterker:
Differentiële versterkingsfactor
CMRR
flow
fhigh
10.000
80 dB
500 Hz
5 kHz
Door zijn eigen verstrooidheid sluit de professor deze versterker echter verkeerd aan op zijn
snelle computer en blaast hij zo zijn AD-kaart op. Nu moet hij een nieuwe kopen. Hij heeft keuze
uit de volgende AD-converters:
AD-converter
Aantal bits
Ingangsbereik
Conversie snelheid
A
12
-1.5 V .. +1.5 V
20 kHz
B
8
-5 V … +5 V
20 kHz
C
16
-1 V … +1 V
100 kHz
a. Bereken met welke amplitude het common-mode signaal en het bronsignaal aan de uitgang
van de elektrofysiologische versterker verschijnen. [8 pt]
b. Vergelijk de AD-converters op bruikbaarheid. Welke AD-converter zou jij aan prof. Barrabas
aanraden om de vorm en amplitude van de MUAPs zo goed mogelijk te digitaliseren? [8 pt]
c. Bereken voor de gekozen AD-converter met welke resolutie het oorspronkelijke bronsignaal
(dus teruggerekend naar de ingangsamplitude!) gedigitaliseerd wordt. [4 pt]
3