S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNIIKK J KTONIIKK Kimmo Silvonen alto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu C Välikoe on kääntöpuolella! Tentti Tehtävät,, 4, 6, 7. Saat vastata vain neljään tehtävään! Sallitut: Kako, [gr.] laskin, [MO], [sanakirjan käytöstä on sovittava valvojan kanssa!] 6. aske jännite U B. Ω, Ω, 3 3 Ω, J, J, 0 V, V. U B + B J 3 J 7. aske virta I. Ω, H, C 0,5 F, ω rad, (8 + j9) V. s I C Merkitse paperiisi, suoritatko tentin vai välikokeen vai molemmat. Merkitse myös laboratoriotöiden arvioitu suorituslukukausi! Koepaperin saa pitää. Kurssi uudistuu syksyllä, mutta vanhamuotoisia tenttejä järjestetään syksyn välikokeiden (C-C40 Sähkötekniikka ja elektroniikka, 5 op) yhteydessä. Välikoe on kääntöpuolella!

2 S SÄHKÖTKNIIKK J KTONIIKK Kimmo Silvonen. välikoe Tehtävät 5. Saat vastata vain neljään tehtävään! Sallitut: Kako, [gr.] laskin, [MO], [sanakirjan käytöstä on sovittava valvojan kanssa!]. Käytännön operaatiovahvistimella U. aske piirin lähtöjännite ; likiarvo hyväksytään.,5 V, 3,4 kω, 6,8 kω, 3, kω, U. aske dynaamisen resistanssin r d avulla diodin jännite u D (t) ajan funktiona. e IN (t) (4 + 0,4 cos ωt) V. U D 0,7 V, 5600 Ω, I S 0,49 n, nu T 50 mv. e IN (t) u D (t) i D (t) 3. Paljonko virta I muuttuu (esim. prosentteina), jos β β 00 kaksinkertaistuvat arvoon 00? kω, 0 Ω, 00 Ω, 4 V, U B U B 0,7 V (eivät muutu). I Q Q 3 4. Fet toimii näillä lukuarvoilla triodialueella. aske virta I D. 4 V, U t V, K 0,5 m/v, 000 Ω, 000 Ω. I D 5. Kuva esittää step-down-tyyppistä hakkuriteholähdettä ja kytkimen virran aaltomuotoa. Koska ideaalinen kytkin, diodi, kela ja kondensaattori eivät kuluta tehoa, on kuormaan menevä energia yhtä suuri kuin kytkimen virran kuljettama energia. Koska jännite on vakio, on energia W Q, missä Q on virran i S kuljettama varaus (käyrän pinta-ala ampeerisekunteina). aske kuorman ottama keskimääräinen teho P yhden jakson aikana. V, I min 0,4, i 0,4, t ON 00 µs, T 300 µs. off i S on W, Q C i S I min i t ON T Tulokset tullevat Noppaan ylihuomenna. nna anonyymiä kurssipalautetta Oodissa! utat kehittämään opetusta. Jos palautteita tulee vähintään 46 (50 %), kaikki saavat yhden lisäpisteen! Koepaperin saa pitää. t

3 . Käytännön operaatiovahvistimella U. aske piirin lähtöjännite ; likiarvo hyväksytään.,5 V, 3,4 kω, 6,8 kω, 3, kω, U 3 + I + U 0 () U + I + 0 () Tarkka: ikiarvo: U + I 0 I + U (4) + + ( ),9999 V (5) U 0 (6) + I I 0 (7) 0 + I + 0 I 3 V (8) Kuten totesin, likiarvo hyväksytään. Heh, oikea etumerkki vaadittiin, vaikka ite sen unohin!. aske dynaamisen resistanssin r d avulla diodin jännite u D (t) ajan funktiona. e IN (t) (4 + 0,4 cos ωt) V. U D 0,7 V, 5600 Ω, I S 0,49 n, nu T 50 mv. (3) e IN (t) u D (t) i D (t) e IN + i D + u D 0 (DC + ac) (9) IN + I D + U D 0 (DC) I D IN U D 589 µ (0) e in + i d + r d i d 0 (ac) i d e in () + r d r d nu T I D 84,8 Ω () u d r d i d r d e in 5,97 cos ωt mv + r d (3) u D (t) U D + u d ( cos ωt) mv (4) u D (t) (699,84 + 5,99 cos ωt 0,77 cos ωt + 0,00689 cos 3ωt...) mv (5) lin, tarkka tulos on simuloitu PCilla.

4 3. Paljonko virta I muuttuu (esim. prosentteina), jos β β 00 kaksinkertaistuvat arvoon 00? kω, 0 Ω, 00 Ω, 4 V, U B U B 0,7 V (eivät muutu). (β I B I + )I B Q Q Q ja Q viittaavat transistoreihin, ei virtoihin. U B + (β + )I B + U B + (β + )I B (6) U B I B 9,44 µ (β + ) + (β + ) (7) I B I B I β I B U B β + β + β + β (8) β 00 I,94 m (9) β 00 I,97 m (0) I U B + Muutos virrassa on noin %. Hyvät transistoripiirit toimivat sitä paremmin, mitä korkeampi β on. Tarkistus (ei vaadittu): () U C (β + )I B (β + )I B 0,7 V 0,3 V () U C β I B (β + )I B,5 V 0,3 V (3) 4. Fet toimii näillä lukuarvoilla triodialueella. aske virta I D. 4 V, U t V, K 0,5 m/v, 000 Ω, 000 Ω. 0 I D U DS + (I D + ) + U DS 0 (4) I D K[(U }{{} GS U t ) U DS U }{{} DS] U DS U DS x (5) (4 )x x 4 x x K K (6) x x (7) { V x U DS 6 (8) 0 V U GS U t OK I D ( 0 8) 0,944 m (9) 5. Kuva esittää step-down-tyyppistä hakkuriteholähdettä ja kytkimen virran aaltomuotoa. Koska ideaalinen kytkin, diodi, kela ja kondensaattori eivät kuluta tehoa, on kuormaan menevä energia yhtä suuri kuin kytkimen virran kuljettama energia. Koska jännite on vakio, on energia W Q, missä Q on virran i S kuljettama varaus (käyrän pinta-ala ampeerisekunteina). aske kuorman ottama keskimääräinen teho P yhden jakson aikana. V, I min 0,4, i 0,4, t ON 00 µs, T 300 µs.

5 i S off on C U O asketaan kolmion ja suorakaiteen pinta-alat yhteen: i S I min t ON T i t Q i t ON + I min t ON 0 µs (30) W Q 440 µj (3) P W 4,8 W T (3) Tarkistus: U O t ON T 8 V (33) I min + i 0,6 (34) P U O U O U O 4,8 W (35) 6. aske jännite U B. Ω, Ω, 3 3 Ω, J, J, 0 V, V. U B + B J 3 J UJ + J + U B + tai: 3 J +U J {}}{ + (J + J ) 0 (36) U B J (J + J ) 0 V (37) 7. aske virta I. Ω, H, C 0,5 F, ω rad, (8 + j9) V. s I C I (I ) + ( + jω) jω (38) + jωc I + (I ) 0 (39) ( j I ) I ωc j ωc + +jω ( + j4) ( + j4)( j) {}}{ I + + jω (40) j +j4 ( + j4)(8 + j9) 5 + j (4) 0 + j V (4)