S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNKKA A KTONKKA Kimmo Silvonen Tentti : tehtävät,3,5,6,8.. välikoe: tehtävät,2,3,4,5. 2. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0. Saat vastata vain neljään tehtävään/koe. Sallitut: Kako, (gr.) laskin, [MAO], [sanakirjan on käytöstä sovittava valvojan kanssa!] Merkitse kiertävään listaan arviosi siitä, milloin olet suorittanut labrat (lukukausi)!. aske jännite U. = 2 Ω, 2 = 2 Ω, 3 = 3 Ω, 4 = 5 Ω, = 2 A, = 4 V, = 6 V. + 2 U Kytkin k2 avataan ennen tarkastelun alkua (t < 0). Aika-akselin nollakohdaksi valitaan se hetki t, jolloin u(t) = 5 V. Tällöin kytkin k suljetaan (siis hetkellä t = 0). aske virta i(t), kun t 0. = = 8 V, C = 0,5 F, = 3 Ω, 2 = 0 Ω. k t = 0 k2 i(t) 2 t < 0 C u(t) 4 3. aske virta. = 0 0 V, = V, = 4 Ω, = 0,2 H, C = 50 mf, ω = 0 rad s. + C + 4. Yhden kelan ottama loisteho Q = 460 VA. aske yhden vastuksen ottama pätöteho P. T = V, = 38 Ω, ω = 23 Ω. + + S T + 5. Tasajännitelähde liitetään parijohtoon hetkellä t = 0. Mikä on korkein jännitteen u 2 (t) arvo? = 70 V, S = 6 Ω, Z C = 50 Ω, = 200 Ω. s {}}{ S t = 0 u u 2 Z C Vastaa vain neljään tehtävään! atkaisut Nopassa, tulokset tulevat sinne noin huomenna. Käännä

2 6. Operaatiovahvistimen lähtövirta on O = k, missä on virtalähteen virta. aske kerroin k. = 0 kω, 2 = 00 kω, 3 = 2 kω. + 2 O 3 7. Diodin jännite U = U = 0,7 V, kun = 0 V. Millä :n arvolla diodin jännite on U = U 2 = 0,705 V? = 0 kω, nu T = 50 mv. U 8. aske jännite U C. = 2 kω, 2 = 20 kω, 3 = kω, = = 5, V, U B = 0,7 V, β = 99. U C aske oheisen vahvistimen jännitevahvistus A u = u out. = D = 20 kω, S = kω, g m = ms, = ma (d.c.), U t = 2 V. g D u gs g m u gs + S 0. egulaattoria kuormitetaan pulssimaisella virralla, jonka arvo on joka toisella puolijaksolla 0,5 A ja joka toisella 3,5 A. ännite U 2 V ja U 2 = 5 V. ämpöresistanssit: regulaattori θ C = 3 C/W, ripa θ SA = 4 C/W ja θ CS = 0,5 C/W. aske regulaattorin ytimen keskimääräinen lämpötila T. T A = 25 C V C U U 2 0 Vastaa vain neljään tehtävään/koe! Seuraava tentti on heti alkusyksystä. Hikistä kesää! / X u out

3 S SÄHKÖTKNKKA A KTONKKA Kimmo Silvonen Tentti : tehtävät,3,5,6,8.. välikoe: tehtävät,2,3,4,5. 2. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0. Saat vastata vain neljään tehtävään/koe. Sallitut: Kako, (gr.) laskin, [MAO], [sanakirjan on käytöstä sovittava valvojan kanssa!] Merkitse kiertävään listaan arviosi siitä, milloin olet suorittanut labrat (lukukausi)!. aske jännite U. = 2 Ω, 2 = 2 Ω, 3 = 3 Ω, 4 = 5 Ω, = 2 A, = 4 V, = 6 V U 3 + ( ) + 4 = 0 = + + = 2 A + 4 () U + 4 = 0 (2) U = + 4 = 4 V (3) Virtalähteen kanssa sarjassa ( 2 ) tai jännitelähteen rinnalla ( 3 ) oleva vastus ei vaikuta muualla piirissä oleviin virtoihin tai jännitteisiin. 2. Kytkin k2 avataan ennen tarkastelun alkua (t < 0). Aika-akselin nollakohdaksi valitaan se hetki t, jolloin u(t) = 5 V. Tällöin kytkin k suljetaan (siis hetkellä t = 0). aske virta i(t), kun t 0. = = 8 V, C = 0,5 F, = 3 Ω, 2 = 0 Ω. k t = 0 k2 i(t) 2 t < 0 C u(t) C du dt {}}{ + 2 i +u = 0 u = B + Ae t/τ (4) + 2 C A τ et/τ + (B + Ae t/τ ) = 0 (5) B }{{ + } A 2C A τ et/τ = 0 B= }{{} τ= 2 C=5 s (6) u(0) = B + Ae 0/τ = B + A A = u(0) B (7) i(t) = u(t) = B (u(0) B)e t/τ = ( u(0))e t/τ (8) i(t) = 0,3 e t/5 s A (9)

4 3. aske virta. = 0 0 V, = V, = 4 Ω, = 0,2 H, C = 50 mf, ω = 0 rad s + C + { + jω + = 0 = jω+ + ( jωc + ) + = 0 + jωc + j ( ωc + = ( j ωc j + ( ωc j ωc (0) ( ) jω + jωc + 2 = 0 () ) jω + 2 j = 0 (2) ωc ) 2 ) jω = j0,5 4 (j0,5 4 + ) 4 + (j0,5 4 + ) j2 = jωc (jωc + ) + (jωc + ) jω j2 0 (j2 + ) 20j = 4 + (j2 + ) j2 (3) (4) = 40 j2 = A (5) 4. Yhden kelan ottama loisteho Q = 460 VA. aske yhden vastuksen ottama pätöteho P. T = V, = 38 Ω, ω = 23 Ω. Yksivaiheinen sijaiskytkentä: + + S + T U T = /3 /3 3 U S = U = Z = jω 2 (6) S = jq ω 2 Q = Q = = 4,47 A (7) ω S = U = 3 = 3 2 (8) Tarkistus: P = S = 3 T = T jω + 3 Q ω = 920 W (9) = j = 4,47 93,4 A (20)

5 5. Tasajännitelähde liitetään parijohtoon hetkellä t = 0. Mikä on korkein jännitteen u 2 (t) arvo? = 70 V, S = 6 Ω, Z C = 50 Ω, = 200 Ω. S t = 0 u s {}}{ Z C u 2 Z C u (0) = = 3500 S + Z C 56 V (2) ρ 2 = Z C = 50 + Z C 250 = 3 5 (22) τ 2 = + ρ 2 = 2 = Z C 250 = 8 5 (23) u 2MAX = u 2 ( t) = τ 2 u (0) = = 00 V 5 56 (24) 6. Operaatiovahvistimen lähtövirta on O = k, missä on virtalähteen virta. aske kerroin k. = 0 kω, 2 = 00 kω, 3 = 2 kω O ( O + ) = 0 (25) O = + 2 (26) k = + 2 = (27) Tulos ei muutu, vaikka :n kanssa olisi vastus sarjassa. simerkiksi virtamittarisovelluksessa mitään sarjavastusta ei tässä kytkennässä kuitenkaan tarvita.

6 7. Diodin jännite U = U = 0,7 V, kun = 0 V. Millä :n arvolla diodin jännite on U = U 2 = 0,705 V? = 0 kω, nu T = 50 mv. U + + U = 0 (28) ( ) + S e U nu U T + U = 0 S = ( ) = 0,773 na (29) e U nu T ( ) = S e U 2 nu T + U 2 = 0,98 V (30) ännitteen muutos on niin pieni, että myös epätarkempi mutta suoraviivaisempi piensignaalianalyysi käy: r d = nu T = nu T U = 53,76 Ω (3) U = U 2 U = r d = U = 93 µa r d (32) ( + ) + ( + ) + (U + U) = 0 (33) + = + U }{{} +( + r d ) (34) + = + + r d r d U = 0,94 V (35) 8. aske jännite U C. = 2 kω, 2 = 20 kω, 3 = kω, = = 5, V, U B = 0,7 V, β = 99. U C B 3 2 U B 2 B + U B + (β + ) B = 0 B = = 20 µa 2 + (β + ) (36) + 3 β B + U C + (β + ) B = 0 (37) U C = 3 β B (β + ) B + = 4,22 V (38)

7 9. aske oheisen vahvistimen jännitevahvistus A u = u out. = D = 20 kω, S = kω, g m = ms, = ma (d.c.), U t = 2 V. g u gs g m u gs + S D u out + u gs + S g m u gs = 0 u gs = D i o g m u gs u gs + S u out + S g m e (39) i o D (g m u gs + i o ) = 0 i o = Dg m u gs + D (40) u out = i o = D + D g m u gs = D + D g m + S g m e (4) A u = D + D g m + S g m = 5 (42) 0. egulaattoria kuormitetaan pulssimaisella virralla, jonka arvo on joka toisella puolijaksolla 0,5 A ja joka toisella 3,5 A. ännite U 2 V ja U 2 = 5 V. ämpöresistanssit: regulaattori θ C = 3 C/W, ripa θ SA = 4 C/W ja θ CS = 0,5 C/W. aske regulaattorin ytimen keskimääräinen lämpötila T. T A = 25 C V + C U U 2 0,5 + 3,5 AV = = 2 A 2 (43) P AV = (U U 2 ) AV = 4 W (44) T = T A + (θ C + θ CS + θ SA )P AV = 30 C (45)