S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

Transkriptio

1 S SÄHKÖKNKKA JA KONKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu Kimmo Silvonen entti 0..0: tehtävät,3,5,6,8.. välikoe: tehtävät,,3,4,5.. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0. Saat vastata vain neljään tehtävään/koe. Sallitut: Kako, gr.) laskin, [MAO], [sanakirjan käytöstä on sovittava valvojan kanssa!] Merkitse kiertävään listaan arviosi siitä, milloin olet suorittanut labrat lukukausi)!. aske virta. = Ω, = 4 Ω, = 0 V, = 6 V, J = A, J = 3 A, J 3 = 5 A. J J 3 J. Kondensaattori on varattu jännitteeseen U 0 = 8 V. Kytkin suljetaan hetkellä t = 0. Piirissä alkaa kulkea virta i = Ae t/τ sin ωt. Kondensaattorin jännite on muotoa u = U 0 cos ωt + D sin ωt)e t/τ. ω = ) ja τ =, = 40 mf, = 5 H, = 0 Ω. t = 0 i Kuinka suuria ovat kertoimet A ja D? u 3. aske virta. = 0 0 V, = 0 90 V, = 0,4 H, = 0, H, = 0,05 F, ω = 0 rad s. 4. Virta = + 4j. Mikä on jännitelähteestä otettu kompleksinen teho? = 0 Ω, = H, = 4 H, ω = 5 rad. s 5. Aluksi johdolla yksi on vain oikealle virtaava tasajänniteaalto P = U Z ja johdolla kaksi vasemmalle virtaava P = U Z. Nämä aallot saavuttavat vastuksen samanaikaisesti. aske vastuksessa kuluva teho. P = 50 W, P = 5 W, = 50 Ω, Z = 50 Ω, Z = 00 Ω. Huom! ρ = Z Z +Z Z. +Z +Z Z ρ Vastaa vain neljään tehtävään! atkaisut ovat Nopan kohdassa Muu materiaali, tulosten pitäisi tulla Noppaan huomenna. Oodin palautejärjestelmä sulkeutuu tänään. Palauteaktiivisuuden takia kaikki saavat uumoillun lisäpisteen. Käännä P P Z

2 6. aske virta 3. 0 = = 0 kω, = 00 kω, 3 =?, J = ma. 0 J + 7. Oheisesta piiristä mitataan diodin jännite U kahdella eri jännitteellä. Kun = = 4,9 V, on U = U = 0,67 V, mutta kun = = 7,0 V, on U = U = 0,69 V. = 0 kω. aske likimain dynaaminen resistanssi r d. 3 3 U 8. Oleta, että U kyllästyy kuvan mukaisesti. aske virta. =,3 kω, = 700 Ω, = 00 Ω, β = 00, U B = 0,7 V, = 3,3 V. U 0,3 V 9. Millä :n arvolla F on - ja SA-alueiden rajalla? = 0 kω, = 0 kω, 3 = 0 kω, U t = V, K = 0, ma V. 3 U DS 0. Hakkurin kellotaajuus f S = = 00 khz. Mitoita oheisilla yhtälöillä ja. U N = 5 V, U OU 5 V, u OU = 50 mv, O = 75 ma, i = 0,5 A. i = U N t c = U OU U N u OU = O t d ) t d = O t d U N i O U OU i i t c t d t i t Vastaa vain neljään tehtävään/koe! Seuraava tentti on..03. Hauskaa Joulua! t. X

3 S SÄHKÖKNKKA JA KONKKA Kimmo Silvonen entti 0..0: tehtävät,3,5,6,8.. välikoe: tehtävät,,3,4,5.. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0. Saat vastata vain neljään tehtävään/koe. Sallitut: Kako, gr.) laskin, [MAO], [sanakirjan käytöstä on sovittava valvojan kanssa!] Merkitse kiertävään listaan arviosi siitä, milloin olet suorittanut labrat lukukausi)!. aske virta. = Ω, = 4 Ω, = 0 V, = 6 V, J = A, J = 3 A, J 3 = 5 A. J J 3 J J 3 ) + = 0 = J 3 + = 8 3 A ) = J + = 3 A ). Kondensaattori on varattu jännitteeseen U 0 = 8 V. Kytkin suljetaan hetkellä t = 0. Piirissä alkaa kulkea virta i = Ae t/τ sin ωt. Kondensaattorin jännite on muotoa u = U 0 cos ωt + D sin ωt)e t/τ. ω = ) = ja τ = =, = 40 mf, = 5 H, = 0 Ω. Kuinka suuria ovat kertoimet A ja D? t = 0 i u u + di dt + i = 0 3) U 0 cos ωt + D sin ωt)e t/τ + A ) τ et/τ sin ωt + e t/τ ω cos ωt + Ae t/τ sin ωt = 0 U 0 + Aω) e t/τ cos ωt + A D A ) e t/τ sin ωt = 0 4) }{{} τ mnt=0 }{{} jht=0 ) A = U 0 ω = 0,8 A D = τ A = 4 V 5) 3. aske virta. = 0 0 V, = 0 90 V, = 0,4 H, = 0, H, = 0,05 F, ω = 0 rad s. { + jω + jω + ) = 0 = jω jω +jω + + jω jω + ) = 0 + jω + jω + jω }{{} 0 + jω jω + jω = jω 6) jω jω + jω = 0 7) jω jω + jω 8) = jω + jω jω jω + jω 9) = +j ω + ω ω ω j ω = 30 j5 = 30,4 7 A 0)

4 4. Virta = + 4j. Mikä on jännitelähteestä otettu kompleksinen teho? = 0 Ω, = H, = 4 H, ω = 5 rad. s + U = U = j = = 4 j jω jω j0 ) = + = 4 j + + 4j = 6 + j ) = jω + U = j j = j 3) S = = j)6 j) = j800 VA 4) 5. Aluksi johdolla yksi on vain oikealle virtaava tasajänniteaalto P = U Z ja johdolla kaksi vasemmalle virtaava P = U Z. Nämä aallot saavuttavat vastuksen samanaikaisesti. aske vastuksessa kuluva teho. P = 50 W, P = 5 W, = 50 Ω, Z = 50 Ω, Z = 00 Ω. Huom! Z Z +Z ρ = Z. +Z +Z U Z P Z U + P ρ U = ± P Z = ±50 V U = ± P Z = ±50 V 5) τ =+ρ {}}{ Z +Z U = + ρ )U = + Z Z U +Z + Z = 4 5 U 6) U = + ρ )U = + Z +Z Z Z +Z + Z } {{ } τ =+ρ U = 5 U 7) P = U + U ) = 4 50 ± ) = 7 W P = 8 W) 8) 50 Jos jännitteet U ja U ovat samanmerkkiset, on P = 7 W. rimerkkiset jännitteet kumoavat toisiaan ja tehoksi jää 8 W. arkistusta varten todetaan, että alkuperäisten tehojen summa on sama kuin vastuksen teho + vasemmalle virtaava teho + oikealle virtaava teho. Kaksi viime mainittua koostuvat oman puolen heijastuksesta ja toiselta puolelta tulevasta rajapinnan läpäisseestä aallosta. Kerrostaminen tulee tehdä jännitteelle tai virralle. ehoja ei voi kerrostaa: P Z P ρ + P τ, mutta U = ρ U + τ U ja U + = τ U + ρ U! P + P = P + P Z + P Z 9) = P + U ) + U + ) = U + U ) + ρ U + τ U ) + τ U + ρ U ) 0) Z Z Z Z ) U = +50 ja U = +50 tai U = 50 ja U = 50: P + P Z + P Z = ) 50 U = +50 ja U = 50 tai U = 50 ja U = +50: Molemmat OK! P + P Z + P Z = ) ) ) 00 ) 3)

5 6. aske virta 3. 0 = = 0 kω, = 00 kω, 3 =?, J = ma. 0 J Monella oli virtalähde oikosulussa! +0 J + 3 J) = 0 4) 3 = + J = ma 5) 7. Oheisesta piiristä mitataan diodin jännite U kahdella eri jännitteellä. Kun = = 4,9 V, on U = U = 0,67 V, mutta kun = = 7,0 V, on U = U = 0,69 V. = 0 kω. aske likimain dynaaminen resistanssi r d. = U = U U U = Se U S e U S e U S e U = 0,43 ma = 0,63 ma U 6) = e UU 7) ln U U = ln e UU = U U 8) n =,00 U = 5 mv 9) S Näitä ei kuitenkaan tarvita, koska: r d = U = U U = r d = AV = Alempi tulos on tarkempi. e U = 0,64 na 30) 50 mv U + U U U = 96, Ω 3) U ) U ) = 94,9 Ω 3)

6 8. Oleta, että U kyllästyy kuvan mukaisesti. aske virta. =,3 kω, = 700 Ω, = 00 Ω, β = 00, U B = 0,7 V, = 3,3 V. U 0,3 V ineaarinen toiminta? B = = U B U B = ma 33) ransistori on kyllästynyt, β ei ole "voimassa": U = β B = 6,7 0,3 V 34) U = = 0,3 = 0,3 = 30 ma 35) 9. Millä :n arvolla F on - ja SA-alueiden rajalla? = 0 kω, = 0 kω, 3 = 0 kω, U t = V, K = 0, ma. V D 3 U DS U GS = V G = + 36) D = KU GS U t ) 37) /SA-rajalla: U DS = 3 D = U GS U t 38) ) U DS = 3 K U t = U t 39) + + ) 3 = 3 40) ) = 3 4) 0 = ) = 0 43) = 3 ± = 6 V > U t 44) Pakko valita tämä juuri, koska miinusmerkki veisi U GS :n pienemmäksi kuin U t!

7 0. Hakkurin kellotaajuus f S = = 00 khz. Mitoita oheisilla yhtälöillä ja. U N = 5 V, U OU 5 V, u OU = 50 mv, O = 75 ma, i = 0,5 A. i = U N t c = U OU U N u OU = O t d ) t d = O t d U N i O i i U OU t c t d t i t Step-up eli Boost: = f S = 0 µs 45) i = O t d t d = O i = 3 µs 46) i = U OU U N t d = U OU U N t d = 60 µh 47) i u OU = O t ) d = O t ) d 3,6 µf 48) u OU t c = i = 6 µs U N 49) t i = t c t d = µs 50) päjatkuvassa toiminnassa O i t OFF = i t ON ), missä t ON = t c ). Yhtälöt on johdettu lektroniikka ja puolijohdekomponentit -kirjassa.