S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNKK Kimmo Silvonen Tentti: tehtävät 1,3,4,8,9 1. välikoe: tehtävät 1,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,1 Tässä kokeessa on myös välikoeuusinta, koska joulukuussa ei ollut tilaa tentille. 1. Laske virta. =7V, =1,5 V, J =, =4Ω, =Ω, 3 =Ω. 3 + J. Tasajännitelähde antaa yhden pulssin korkeudeltaan. Muuten sen jännite on nolla. Mikä on korkein arvo, jossa u(t) ehtii käydä? =V, U =V, =1kΩ, T = 3 ms, =,1 mf. T 3. Laske virta. =4Ω, =Ω, =,5 F, L =H, ω =1 1, s 1 =1 V, =1 3 9 V Virta tunnetaan. Laske vasemmalta oikealle virtaava pätöteho P. L = 1 H, ω = 1, s = 1j V, =1 V, 1 =,15 F, =,5 F, = 15 + j1. P 1 u(t) 5. Oheista siltaa voidaan käyttää induktanssimittarina. Laske L 1 ja, kun silta on säädetty tasapainoon lukuarvoilla =4Ω, 3 =3Ω, 4 =6Ω, 4 = 5 mf. 6 L Käännä

2 6. Diodin jännite on yleisesti muotoa U = nu T ln S, kun >> S. Kuvassa on kaksi erilaista diodia (n 1 n ) vastuksen kanssa sarjassa. Laske virta iteroimalla tai kokeilemalla. S1 = S =43n, n 1 =1, n =, U T =5mV, =1V, =1,3 kω. D 1 D U 3 7. Kuva esittää Darlington-transistoripariin perustuvaa laajakaistaista vahvistinastetta, joka esiteltiin :n lectronics Letters -lehdessä Huipputekniikka on usein simppeliä! Laske piirin tasavirtavahvistus 3 / B1. Transistorit ovat identtisiä (ainakin T ja T 3 ), ja ne toimivat lineaarisella toiminta-alueellaan. β 1 = β = β 3 = 1. t tarvitse muita lukuarvoja. B1 T 1 3 T T 3 8. Laske jännite U L. =1V, =1kΩ, = 1 kω, 3 = 1 Ω, L =kω. + 3 L U L 9. Syntyi kiistaa siitä, saako kolmas osapuoli lukea toiselle osapuolelle tarkoitettuja monitoriin kiinnitettyjä keltaisia muistilappuja ("saa lukea" =1, "ei saa lukea" =). Vastaajina olivat = tietosuojavaltuutettu, B = viestintävirasto, = Tomera-Liisa ja D = yleinen kansalaismielipide. Koska laki ei ota tähän suoraan kantaa, tehdään päätös tilastollisesti: Q =1("saa lukea"), jos kolme tai neljä vastaajaa on tällä kannalla. Laadi totuustaulukko, joka ottaa huomioon kaikki 16 mahdollista vastausyhdistelmää, sekä kytkentäkaavio, joka toteuttaa totuustaulukon sarakkeen Q. 1. /D-muunnin on kytketty kuvan mukaisesti D/-muuntimeen. Jälkimmäisen muuntimen biteistä yksi on kytketty kiinteästi loogiseen ykköstilaan ja yksi loogiseen nollatilaan. Millä jännitteen e arvolla jännite u =4,5 V. U FS1 = U FS =5,1 V. e /D n =8 U FS1 MSB 1 D/ n =1 U FS u atkaisut ovat ilmoitustaululla. Tulokset tulevat sinne noin 11.1.

3 S SÄHKÖTKNKK Kimmo Silvonen Tentti: tehtävät 1,3,4,8,9 1. välikoe: tehtävät 1,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,1 1. Laske virta. =7V, =1,5V, J =, =4Ω, =Ω, 3 =Ω J 4 7 1, Tarkistus 1 = = 7 4 (1) 3 = = () ( 1 = = + ) 1 =1 (3) 3 Hypoteesi: Jos tarkistuksen jälkeen kaikki näyttää olevan kohdallaan, olet ehkä tehnyt tarkistusvaiheessa saman periaatevirheen, jonka teit myös laskiessasi. Älä käytä lähdemuunnoksia. Kurssilla niitä ei harjoitella; ehkä juuri siksi kukaan ei ole koskaan laskenut yhtään tehtävää oikein sähkötekniikan tentissä lähdemuunnosten avulla (jos lievä kärjistys sallitaan). lla olevassa kuvassa 1 = + J J. Tasajännitelähde antaa yhden pulssin korkeudeltaan. Muuten sen jännite on nolla. Mikä on korkein arvo, jossa u(t) ehtii käydä? =V, U =V, =1kΩ, T = 3 ms, =,1 mf. 7 t = i u(t) u(t) T + }{{} i +u = (4) du dt -piiri, kasvava jännite, vakioiden arvot reunaehdoista (t =, t = ), ratkaisu on muotoa: u(t) =B + e t/τ (5) u( ) = = B + (6) u() = U = B + = U (7) u(t) = e t/() (8) u(t )= ( 1 e T/()) =1,8 V (9)

4 3. Laske virta. =4Ω, =Ω, =,5 F, L =H, ω =1 1, s 1 =1 V, =1 3 9 V. 1 ( + jωl + 1 ) ( 1 + )+ 1 = (1) jω 1 + (j j) ( 1 + )+4 1 = 1 = 1 4 =,5 (11) = (1) 4,5+ 1 3j= (13) = j = 6 =1 6 (14) 4. Virta tunnetaan. Laske vasemmalta oikealle virtaava pätöteho P. L = 1 H, ω = 1 s, = 1j V, =1 V, 1 =,15 F, =,5 F, = 15 + j1. nergiaperiaate rulaa! P 1 U S = U (15) U = jωl = 1j j(15 + j1) = j + (16) S = ( j)(15 j1) = 3 j 3j = 1 5j (17) P = 1 W (18) Lyhyemmin : P =e[ ] = e[1j(15 j1)] = e[1 + 15j] (19) Huom : S L = U L L =jωl =jωl = j 65 V (S = S L ) () 5. Oheista siltaa voidaan käyttää induktanssimittarina. Laske L 1 ja, kun silta on säädetty tasapainoon lukuarvoilla =4Ω, 3 =3Ω, 4 =6Ω, 4 = 5 mf. 6 Laskuharjoitustehtävä: = 3 4 =Ωja L 1 = 3 4 =1mH. L

5 6. Diodin jännite on yleisesti muotoa U = nu T ln S, kun >> S. Kuvassa on kaksi erilaista diodia (n 1 n ) vastuksen kanssa sarjassa. Laske virta iteroimalla tai kokeilemalla. S1 = S =43n, n 1 =1, n =, U T =5mV, =1V, =1,3 kω. D 1 D U 3 = U 1 + U + U 3 (1) = n 1 U T ln + n U T ln + S1 S () =(n 1 + n )U T ln + S, = x S S S (3) 1 = (1 + )5 1 3 ln x +, x (4) 1 = 75 ln x +,559x (5) x (6) = x S 7, m (7) 7. Kuva esittää Darlington-transistoripariin perustuvaa laajakaistaista vahvistinastetta, joka esiteltiin :n lectronics Letters -lehdessä Huipputekniikka on usein simppeliä! Laske piirin tasavirtavahvistus 3 / B1. Transistorit ovat identtisiä (ainakin T ja T 3 ), ja ne toimivat lineaarisella toiminta-alueellaan. β 1 = β = β 3 = 1. t tarvitse muita lukuarvoja. B1 T 1 3 T T 3 }{{} 1 = + }{{} B + }{{} B3 (8) (β 1 +1) B1 β B B3 1 = β B3 + B3 B3 = 1 β + (9) (β 1 +1) B1 3 = β 3 B3 = β 3 (3) 3 β 1 +1 = β 3 B1 β + β + (31) 8. Laske jännite U L. =1V, =1kΩ, = 1 kω, 3 = 1 Ω, L =kω. Laskuharjoitustehtävä: U L =. + 3 L U L

6 9. Syntyi kiistaa siitä, saako kolmas osapuoli lukea toiselle osapuolelle tarkoitettuja monitoriin kiinnitettyjä keltaisia muistilappuja ("saa lukea" =1, "ei saa lukea" =). Vastaajina olivat = tietosuojavaltuutettu, B = viestintävirasto (ent. telehallintokeskus), = Tomera-Liisa ja D = yleinen kansalaismielipide. Koska laki ei ota tähän suoraan kantaa, tehdään päätös tilastollisesti: Q =1("saa lukea"), jos kolme tai neljä vastaajaa on tällä kannalla. Laadi totuustaulukko, joka ottaa huomioon kaikki 16 mahdollista vastausyhdistelmää, sekä kytkentäkaavio, joka toteuttaa totuustaulukon sarakkeen Q. B D Q D B B 1 D D B & & 1 Q Q = B( + D)+D( + B) (3) 1. /D-muunnin on kytketty kuvan mukaisesti D/-muuntimeen. Jälkimmäisen muuntimen biteistä yksi on kytketty kiinteästi loogiseen ykköstilaan ja yksi loogiseen nollatilaan. Millä jännitteen e arvolla jännite u =4,5 V. U FS1 = U FS =5,1 V. e /D n =8 U FS1 MSB 1 D/ n =1 U FS u U 1 = U FS1 =mv 8 (33) U = U FS =5mV 1 (34) 4,5 V = 9 U (35) 9= (36) 9 1 = 1 } 111 {{} (37) 111 = (38) e 194 U 1 =3,88 V (39)

7 S Basics of lectrical and lectr. ng Kimmo Silvonen xam: problems 1,3,4,8,9 1. mid-term exam: problems 1,,3,4,5. mid-term exam: problems 6,7,8,9,1 This exam contains also the mid-term renewals, because there were no room for exam in December. The pictures are in the Finnish version! 1. Find current. =7V, =1,5 V, J =, =4Ω, =Ω, 3 =Ω.. d.c. voltage source gives one pulse (height ). Otherwise its voltage is zero. What is the highest value reached by voltage u(t) during the pulse? =V, U =V, =1kΩ, T = 3 ms, =,1mF. 3. Find current. =4Ω, =Ω, =,5 F, L =H, ω =1 1 s, =1 V, =1 3 9 V. 4. urrent is known. Find the average power P flowing from left to right. L =1H, ω = 1 s, = 1j V, =1 V, 1 =,15 F, =,5 F, = 15 + j1. 5. The bridge shown can be used as an inductance measuring device. Find L 1 and if the bridge is balanced with the following numerical values =4Ω, 3 =3Ω, 4 =6Ω, 4 = 5 6 mf. 6. Diode voltage equals generally U = nu T ln S if >> S. There are two different diodes (n 1 n ) in series with the resistor. Find current (by iteration or based on experimenting). S1 = S =43n, n 1 =1, n =, U T =5mV, =1V, =1,3kΩ. 7. wide-band amplifier stage based on a Darlington transistor pair was presented in lectronics Letters (journal) High tech is often simple! Find the d.c. current gain 3 / B1. The transistors (especially T and T 3 ) are identical, operating at the linear operating region. β 1 = β = β 3 = 1. No other numerical values are needed. 8. Find voltage U L. =1V, =1kΩ, = 1 kω, 3 = 1 Ω, L =kω. 9. People were arguing, whether a third person is allowed to read the yellow sticky notes (often attached on the computer monitor), written by the first person, to be read by the second person. Four highly appreciated officers (, B,, D) gave their decision, as follows: 1 = yes, =no. The final verdict is made statistically: Q =1if 3 or 4 officers say yes. Write the truth table (16 rows) and design a circuit using logical gates that fulfills column Q as a function of, B,, D. 1. n /D-converter is connected to the D/-converter, as shown. The most significant bit of the latter converter is set to 1 and the LSB is zero. What is the value of voltage e if voltage u =4,5 V. U FS1 = U FS =5,1 V. The solutions are on the info board. The results will be there on January the 11th.