S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNIIKKA JA KTONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakol Kimmo Silvonen Tentti : tehtävät,3,4,6,0.. välikoe: tehtävät,,3,4,5.. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0. Saat vastata vain neljään tehtävään/koe. Sallitt: Kako, gr. laskin, [MAO], [sanakirjan käytöstä on sovittava valvojan kanssa!] Merkitse kiertävään listaan arviosi siitä, milloin olet sorittant labrat lkkasi!. aske jännite U. Ω, 8 Ω, V, J A, J 4 A. + J J U. aske virta i t hetkellä t s, kn tasajännitelähde irrotetaan piiristä avaamalla kytkin hetkellä t 0. Kondensaattorin alkjännite U V, 6 Ω, 49 i t 0 6 F. 3. aske virta I. 0,9 Ω,,8 Ω, 0,8 H, 0, F, ω 0 rad s, 4, + j54,8 V. + I I 4. aske näennäistehot S S ja S S. 4 + j V, ω 0 rad/s, Ω, 0, H, 50 mf + S I I I S 5. Kinka sreksi jännite 3 t ehtii kohota sadassa mikroseknnissa kytkimen slkemisen jälkeen? 0 Ω, 00 Ω, 48 V. Siirtojohtojen ominaisimpedanssit ja pitdet: 60 Ω, Z 0 Ω, t µs, t 50 µs. t 0 t t {}}{{}}{ t t Z 3 t Vastaa vain neljään tehtävään! atkaist ovat Nopan kohdassa M materiaali, yritän saaada tlokset Noppaan homenna. Oodin palatejärjestelmä slket tänään. Palateaktiivisden takia kaikki saavat moilln lisäpisteen. Käännä!

2 6. aske jännite O. 0,0 V, 0 kω, 0 kω, 3 0 kω, 4 40 kω, 5 0 kω O 7. Kn mtt sopivasti, diodin jännite saa kaksi arvoa: U D U D0 + ja U D U D0. Näitä jännitteitä vastaavat virrat I D ja I D. aske shdelk I D I D, kn 97,8 mv. U D0 0,7 V, n, U T 0,05 V, e a+b e a e b U D 8. Oheista transistoria käytetään logiikkapiirissä invertterinä. Mitoita, kn haltaan, että loogisessa 0-tilassa U 0,3 V. U B 0,7 V, β 0, 3,3 V, 5 kω. U 9. aske oikealla olevasta piensignaalisijaiskytkennästä vahvistimen lähtöjännite ot, kn 5 mv. D 4 kω, S kω, kω, g m ms. I D + D S ot D g m gs gs + S ot 0. Sodatskondensaattorin latasplssi on likimain kolmion motoinen. aske jännitteen aaltoil, kn tiedetään, että positiivinen ja negatiivinen pinta-ala eli varas ovat yhtä sret: Q i MAXt 0 f. 04 ma, f 50 Hz, µf. ikiarvokaavat: t 0 T t i MAX π û f πf û + 50 Hz i i i MAX t t, i < 0 0 t Vastaa vain neljään tehtävään/koe! Syksyllä alkaa 5. sähkötekniikan krssini. ämmintä kesää! t. X T

3 S SÄHKÖTKNIIKKA JA KTONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakol Kimmo Silvonen Tentti : tehtävät,3,4,6,0.. välikoe: tehtävät,,3,4,5.. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0.. aske jännite U. Ω, 8 Ω, V, J A, J 4 A. + J J U + J J J + U 0 U + J J + J 50 V. aske virta i t hetkellä t s, kn tasajännitelähde irrotetaan piiristä avaamalla kytkin hetkellä t 0. Kondensaattorin alkjännite U V, 6 Ω, 49 6 F. i t 0 i U 0 i + d + 0 t Ae t/τ dt A τ et/τ + Ae t/τ A e t/τ 0 τ 49 s 4 τ 0 A e} 0/τ {{} U 0 A U 0 5 t U 0 e t/τ 6 i e/49 50 ma 7 3. aske virta I. 0,9 Ω,,8 Ω, 0,8 H, 0, F, ω 0 rad s, 3,7 3 + j4 V. + I I I I + + jω I 0 I + + jω 8 + jω I + I I 0 9 j I I ω j ω + +jω I {}}{ I + + jω 0,8 j 0,5,8,7+j3,6 0,9 3 + j4 3 + j4 3,7 3 + j4 0,9 3 + j4,8 j 0,5 0,9,9 + j3 I V

4 4. aske näennäistehot S S ja S S. 4 + j V, ω 0 rad/s, Ω, 0, H, 50 mf + S I I I S I jω + j j 7 + j j I 8 6j 4 3j + jω + j + 4 I I + I + j 5 S I I 4 + j j 50 j50 VA 6 S I I 4 + j 4 + j j50 VA 7 :n olisi pitänyt olla 5 mf meni hono vitsi pilalle! Joka tapaksessa kyseessä on ylikompensointi, jos loisteho olisi ollt tarkoits nollata. 5. Kinka sreksi jännite 3 t ehtii kohota sadassa mikroseknnissa kytkimen slkemisen jälkeen? 0 Ω, 00 Ω, 48 V. Siirtojohtojen ominaisimpedanssit ja pitdet: 60 Ω, Z 0 Ω, t µs, t 50 µs. t 0 t t {}}{{}}{ t t Z 3 t Aalto saap kormaan ajassa t + t. Oikealta takaisin heijastnt ja sen jälkeen :stä oikealle heijastnt aalto saap kormaan vasta ajassa t +3 t eli liian myöhään. Sen sijaan :n edestakainen heijasts tlee paikalle ajoissa eli ajassa 3 t + t. Hetkellä 5 t + t saapva heijasts on jo myöhässä. Vastas koost siis kahdesta osasta: + Z + Z Z + }{{ } τ τ + Z + + Z + Z }{{ } ρ ρ Z + Z Z + }{{ } τ τ asekkeen ensimmäisessä termissä on ensin jännitteenjakajan kaava ja sitten molempien rajapintojen läpäisykertoimet. Toisessa termissä on lisäksi heijastskertoimet :n molemmista päistä. 3 t + t t + t µs Z 60 V 8 + Z Z + + Z + Z Z + Z Z V 0 Tehtävän motoil jäi kiireessä hieman epätarkaksi, mtta tota 50 volttia haettiin vastakseksi.

5 6. aske jännite O. 0,0 V, 0 kω, 0 kω, 3 0 kω, 4 40 kω, 5 0 kω. + Homaa, että + 3 : O O O O mv 3 Vastas voidaan tlkita jännittenjakajan ja ei-invertoivan vahvistimen peräkkäin kytkennäksi: O Kn mtt sopivasti, diodin jännite saa kaksi arvoa: U D U D0 + ja U D U D0. Näitä jännitteitä vastaavat virrat I D ja I D. aske shdelk I D I D, kn 97,8 mv. U D0 0,7 V, n, U T 0,05 V, e a+b e a e b I D I S e U+ nu T I D I S e U nu T I D U nu T e nu T U D I D I S e U nu T e nu T 5 I S e U nu T e nu T 6 I Se e I D I S e U nu T e nu T e nu T e nu T e nu T Tämä tarkoittaa sitä, että virta 50-kertaist, jos diodin jännitettä mtetaan vajaat 0, V. Vastaavasti, jos signaali mttaa diodin jännitettä U T :n verran keskiarvon molemmin polin, on maksimi- ja minimivirran shde e. Voitaisiinko peräti sanoa, että e:n keksijä Napier oli nero!? 8. Oheista transistoria käytetään logiikkapiirissä invertterinä. Mitoita, kn haltaan, että loogisessa 0-tilassa U 0,3 V. U B 0,7 V, β 0, 3,3 V, 5 kω. U + I B + U B 0 I B U B 0,5 ma 8 U I + 0 U I 0,3 V 9 0,3 V βi B 5, kω olisi ollt haskempi :n arvo! 3 0 0,5 kω 48 Ω 30

6 9. aske oikealla olevasta piensignaalisijaiskytkennästä vahvistimen lähtöjännite ot, kn 5 mv. D 4 kω, S kω, kω, g m ms. + D S ot i D g m gs i gs + S g m gs S ot + gs + S g m gs 0 gs + S g m 3 g m gs i + i ot + ot D 3 ot g m gs + g m D + 50 mv D + S g m 33 Tasavirtatarkastelja eivät kl koetehtävään: U DS > U GS U t vahvistimen on oltava SATaleella! g m KU GS U t I D K U GS U t g m 4K U DS D + S I D D + S g m 4K U GS S I D S g m 4K Sodatskondensaattorin latasplssi on likimain kolmion motoinen. aske jännitteen aaltoil, kn tiedetään, että positiivinen ja negatiivinen pinta-ala eli varas ovat yhtä sret: Q i MAXt 0 f. 04 ma, f 50 Hz, µf. ikiarvokaavat: + 50 Hz t 0 T t πf û i i MAX π û f i i MAX t t, i < 0 0 t i T MAXt 0 37 π û f 38 πf û f f 39 f 40 5 mv f 4 T