S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNIIKKA JA LKTONIIKKA 2. välikoe Saat vastata vain neljään tehtävään! Sallitut: Kako, (gr.) laskin, [MAOL], [sanakirjan käytöstä sovittava valvojan kanssa!] 1. Missä rajoissa lähtöjännite vaihtelee, jos kuvaan merkitty offset-jännite e OS vaihtelee välillä 5 mv mv. = 10 kω, = 40 kω, = 1 kω, = 10 kω, = 1 kω, 1 = 0,1 V. + 1 e OS 2. Kolme erilaista diodia on kytketty rinnan. Diodien jännitteeksi valitaan U D = 0,7 V. Mitoita vastus. = 1,2 V, U T = 25 mv, n = n 1 = n 2 = n 3 = 2, I S1 = 10 na, I S2 = 5,63 na, I S3 = 1 na. D 1 D 2 D 3 U D 3. Laske (piensignaali)lähtöjännite, kun = 1 V. Kondensaattorit ja tasajännitelähteet oletetaan oikosuluiksi. β = 99, = 2,5 kω, = 100 kω, = 3 kω, = 1 kω Laske jännite x = triodi-alueen yhtälöllä (TI). = 10 V, = = 2 kω, = 20 kω, U t = 2 V, K = 0,25 ma/v Jos lasket tämän tehtävän, jätä yksi tehtävistä 1-4 pois! Pienivirtaisissa teholähteissä riittää puoliaaltotasasuuntaus. Mikä on likimain suurin kuormavirta, jolla kondensaattorin jännite vielä pysyy 8 voltin yläpuolella. Muuntajan voit olettaa ideaaliseksi ja diodin jännitehäviötä ei oteta huomioon. U 2 = 6 V, = 5 V, f = 50 Hz, = 100 µf. 230 V U2 Tämän välikokeen voi uusia ti atkaisut ja tulokset tulevat Noppaan (noin) huomenna. Anna anonyymiä kurssipalautetta Oodissa; autat kehittämään opetusta. Jos palautteita tulee yli 130 kpl (50 %), kaikki saavat yhden lisäpisteen! 0

2 S SÄHKÖTKNIIKKA JA LKTONIIKKA 2. välikoe Saat vastata vain neljään tehtävään! Sallitut: Kako, (gr.) laskin, [MAOL], [sanakirjan käytöstä sovittava valvojan kanssa!] 1. Missä rajoissa lähtöjännite vaihtelee, jos kuvaan merkitty offset-jännite e OS vaihtelee välillä 5 mv mv. = 10 kω, = 40 kω, = 1 kω, = 10 kω, = 1 kω, 1 = 0,1 V. 1 0 u + e OS 0 i u + e OS + i 1 = 0 i 1 = 1 e OS (1) i 1 i 1 + = 0 (2) = + ( 1 e OS ) = mv (3) 2. Kolme erilaista diodia on kytketty rinnan. Diodien jännitteeksi valitaan U D = 0,7 V. Mitoita vastus. = 1,2 V, U T = 25 mv, n = n 1 = n 2 = n 3 = 2, I S1 = 10 na, I S2 = 5,63 na, I S3 = 1 na. I I 1 D 1 I 2 D 2 I 3 D 3 U D 1 nu T = 20 (4) + I + U D = 0 = U D I (5) I 1 I S1 e 20U D = I S1 e 14 (6) I = I 1 + I 2 + I 3 = (I S1 + I S2 + I S3 ) e 14 = 20 ma (7) 1,2 0,7 = = 25 Ω 16, e14 (8) Diodeja ei yleensä kannata kytkeä rinnan, koska niiden virrat voivat mm. lämpötilaerojen ja erisuurten saturaatiovirtojen takia jakautua erittäin epätasaisesti. Jokaisella diodilla tulisi olla ainakin pieni etuvastus lämpötilastabiilisuuden takia. Samat asiat on otettava huomioon mm. ledien rinnankytkennässä (ledin jännite on korkeampi, yleensä yli 2 V).

3 3. Laske (piensignaali)lähtöjännite, kun = 1 V. Kondensaattorit ja tasajännitelähteet oletetaan oikosuluiksi. β = 99, = 2,5 kω, = 100 kω, = 3 kω, = 1 kω (β + 1) = 0 = + (β + 1) = 0 = = β + (β + 1) (10) β = + (β + 1) = 2,9 V (11) Tässä miinusmerkki tarkoittaa 180 vaihesiirtoa kyseessä on siis invertoiva eli etumerkkiä kääntävä vahvistin: tulojännitteen muutossuunta kääntyy lähtöjännitteessä. Monet olivat laskeneet yhteiskollektorikytkennän lähtöjännitteen (alempi lähtö), vaikka sitä ei kysytty. Huomaa myös, että tasajännite 0,7 V ei kuulu tähän tehtävään; u be, joka on hyvin pieni, tarkoittaa 0,7 voltin molemmin puolin vaihtelevaa signaalijännitettä (esim. ± 1 2 u be). 4. Laske jännite x = triodi-alueen yhtälöllä (TI). = 10 V, = = 2 kω, = 20 kω, U t = 2 V, K = 0,25 ma/v 2. (9) 0 I D U GS I D = K[2(U GS U t ) U 2 DS] (12) I D I D + = 0 I D = + (13) Huomaa, että U GS ratkaistaan yhtälöstä, eikä epäyhtälöstä. I D U GS 0 + = 0 U GS = I D = + ( )(14)

4 Merkitään x = : I D = x + (15) U GS = ( x) (16) + [ x = K 2( ] 2 ( x) U t )x x 2 (17) x 4000 = 0,25 [ ( ) ] (10 x) 2 x x 2 (18) 10 x = 1 [2(10 0,5 (10 x) 2)x x 2 ] (19) 10 x (20 (10 x) 4)x + x 2 = 0 (20) 10 x ( x 4)x + x 2 = 0 (21) 10 x 10x x 2 + 4x + x 2 = 0 (22) = x = 10 = 1,43 (23) 7 ( U GS = 10 0, ) = 40 = 5,71 (24) 7 7 U GS U t (25) Tulikin yllättäen vain yksi ratkaisu säästymme pähkäilyiltä. Fet toimii odotusten mukaisesti triodialueella, joten laskettu tulos x = 1,43 V on oikea vastaus! Joitakin opiskelijoita pitää taas muistuttaa, että virta ei ole koskaan helppoa eikö totta! 5. Jos lasket tämän tehtävän, jätä yksi tehtävistä 1-4 pois! Pienivirtaisissa teholähteissä riittää puoliaaltotasasuuntaus. Mikä on likimain suurin kuormavirta, jolla kondensaattorin jännite vielä pysyy 8 voltin yläpuolella. Muuntajan voit olettaa ideaaliseksi ja diodin jännitehäviötä ei oteta huomioon. U 2 = 6 V, = 5 V, f = 50 Hz, = 100 µf. 230 V U2 0 0 i i = du dt = u t u = t 1 f (26) (27) (28) u min 2U 2 u (29) 8 2 U 2 f Puoliaaltotasasuuntauksessa t on lähes jaksonajan pituinen. (30) MAX f( 2 6 8) = 2,4 ma (31)

5 S SÄHKÖTKNIIKKA JA LKTONIIKKA 2. Mid-Term xam Answer only four problems! Allowed: Kako, (graphical) pocket calculator, [MAOL], [dictionary; show it to the personel!] 1. What are the minimum and maximum values of if the offset voltage e OS varies between 5 mv mv. = 10 kω, = 40 kω, = 1 kω, = 10 kω, = 1 kω, 1 = 0.1 V. + 1 e OS 2. Three different diodes are connected in parallel. Their voltaghould be U D = 0.7 V. Find the corresponding value of resistor. = 1.2 V, U T = 25 mv, n = n 1 = n 2 = n 3 = 2, I S1 = 10 na, I S2 = 5.63 na, I S3 = 1 na. D 1 D 2 D 3 U D 3. Find thmall signal output voltage if = 1 V. The capacitors and dc voltages are assumed short circuits. β = 99, = 2.5 kω, = 100 kω, = 3 kω, = 1 kω Find voltage x = using the triode (TI) range equation. = 10 V, = = 2 kω, = 20 kω, U t = 2 V, K = 0.25 ma/v If you choose to do this problem, skip or delete one of the 1-4! Half-wave rectifier is sufficient if the load current is very small. What is approximately the maximum allowable load current that still keeps the capacitor voltage above 8 V. The transformer and the diode (no voltage drop) are assumed ideal. U 2 = 6 V, = 5 V, f = 50 Hz, = 100 µf. 230 V U2 This mid-term can be renewed or performed for the first time on Tue, Dec 21st The solutions and results will be found in Noppa tomorrow. The anonymous feedback system of the course is open in Oodi; you may help in developing the course (sorry if it is in Finnish). An extra exam point will be given if 130 student feedbacks (50 %) or more are given! 0