S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Transkriptio

1 S SÄHKÖTKNIIKKA JA KTONIIKKA Tentti : tehtävät,3,5,7,9. välikoe: tehtävät,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0 Saat vastata vain neljään tehtävään/koe; ne sinun pitää itse valita! Kimmo Silvonen. aske virta I. =4Ω, =Ω, 3 =Ω, J =3A, =6V, =V. J I. Kytkin suljetaan hetkellä t =0. Vastuksen rinnalla oleva kapasitanssi hidastaa jännitteen u nousua. Kuinka kauan kestää, että u t) nousee 90 prosenttiin maksimiarvostaan? =3Ω, =6Ω, =0, F, U 0 =0V. t =0 u t) 3. aske virta I. =0Ω, =0,0 F, =,5H, ω =0, s =0 80 V, =0 90 V. + I + 4. aske yksivaiheisen sijaiskytkennän avulla kuormavastusten yhdessä ottama teho. = 30 V, = 00 Ω, ω =4Ω. + + S + T 5. Koska T< t, näkyy jännitelähteen e =9V) lähettämä pulssi vaimenevana pulssijonona johdon toisessa päässä. aske neljännen pulssin korkeus u johdon loppupäässä. S =0Ω, Z =50Ω, =0Ω. { t }} { T + S e u Z u Vastaa vain neljään tehtävään. Käännä

2 6. Kahden yksisuuntaisen vahvistinlohkon peräkkäin kytkentää syötetään signaalilähteestä e = 00 mv, jonka sisäinen vastus S =0kΩ. nsimmäisen lohkon tuloresistanssi on in =5 kω ja molempien lohkojen lähtöresistanssit out = out =kω. ohkojen tyhjäkäyntijännitevahvistukset ovat A u0 =4ja A u0 =3. =kω. Tuloresistanssi in on tuntematon. Miten se pitäisi mitoittaa, jotta kuorman jännite u olisi mahdollisimman suuri, ja mikä tällöin on u:n arvo? Väittäisin, että kannattaa piirtää kytkentäkaavio. + S e A u0 u A u0 7. aske jännite U. =V, 0 =7kΩ, =0kΩ, =30kΩ, 3 = 4 =kω U 8. Piirissä on lähdejännite, jossa pieni sinisignaali ratsastaa suuremman tasajännitteen päällä: e IN t) =4+0,067 sin ωt) V. Diodin tasajännitehäviö on U D 0,7 V. aske dynaamisen resistanssin r d avulla diodin ajan funktiona vaihteleva kokonaisjännite u D t). Aaltomuodon vähäistä muuttumista ei oteta huomioon. = 5600 Ω, I S =0,49 na, nu T =50mV. + e IN t) u D t) i D t) 9. Kuvan signaalilähde vaihtelee sinimuotoisesti välillä u IN =5...7 V. Missä rajoissa vaihtelee tällöin u OUT? =3kΩ, =kω, β = 00, u B U B =0,7V, =0V. + u IN u OUT 0. Kuvan FT toimii vakiovirta- eli SAT-alueella. aske jännite U DS. D =3kΩ, S =kω, K =ma/v, U t =V, =5V. D S U DS Vastaa vain neljään tehtävään. atkaisut ovat ilmoitustaululla ja ehkä netissäkin.

3 S SÄHKÖTKNIIKKA JA KTONIIKKA Tentti : tehtävät,3,5,7,9. välikoe: tehtävät,,3,4,5. välikoe: tehtävät 6,7,8,9,0 Saat vastata vain neljään tehtävään viidestä; ne sinun pitää itse valita! Kimmo Silvonen. aske virta I. =4Ω, =Ω, 3 =Ω, J =3A, =6V, =V. J + I + 3 I + I + I + =0 ) I = I + J = + J =A + ). Kytkin suljetaan hetkellä t =0. Vastuksen rinnalla oleva kapasitanssi hidastaa jännitteen u nousua. Kuinka kauan kestää, että u t) nousee 90 prosenttiin maksimiarvostaan? =3Ω, =6Ω, =0, F, U 0 =0V. i i i u + i }{{} +u =0 3) i +i + i )+u =0 4) + ) }{{} u + ) B }{{ } munat + i }{{} du dt u }{{} + B+Ae t/τ + du dt }{{} 0 A τ et/τ + ) A e t/τ = }{{ } jauhot = 5) }{{} + A e t/τ 6) τ munat }{{} jauhot B = τ = + + 7) U 0 = B + Ae 0/τ = B + A A = B 8) u = B + A e t/τ = e ) t/τ + 9) e t/τ =0,9 e t/τ =0, 0) t/τ =ln0, t =,3 τ =,0 s )

4 3. aske virta I. =0Ω, =0,0 F, =,5H, ω =0, s =0 80 V, =0 90 V. + I I + + S + T +jωi + jω I + =0 ) I = + I 3) +j ω ) ω 0j 0 + j0 I = 0 0j j0 I }{{} + =0 4) +I ) 0 + I + 0j = 0 5) 0j 0 =j j= = 80 A 6) 4. aske yksivaiheisen sijaiskytkennän avulla kuormavastusten yhdessä ottama teho. = 30 V, = 00 Ω, ω =4Ω. + + I +jω + ) I =0 7) I = +jω =,36 3,5 A 8) U = I = +jω 9) P =e[ui ]= +jω +jω) = I 0) P = P + P S + P T =3P =,5 kw )

5 5. Koska T< t, näkyy jännitelähteen e =9V) lähettämä pulssi vaimenevana pulssijonona johdon toisessa päässä. aske neljännen pulssin korkeus u johdon loppupäässä. S =0Ω, Z =50Ω, =0Ω. t {}}{ T + S e u Z u ρ = S Z S + Z = 3 ρ = Z + Z = 3 7 ) u 0) = Z Z + S e = 5 6 e =7,5 V τ = + Z = 4 7 3) t = τ...τ + T ): u τ) =τ u 4) t =3τ...3τ + T ): u 3τ) =ρ ρ τ u 5) t =5τ...5τ + T ): u 5τ) =ρ ρ ρ ρ τ u 6) t =7τ...7τ + T ): u 7τ) =ρ ρ ) 3 τ u =0, V 7) 6. Kahden yksisuuntaisen vahvistinlohkon peräkkäin kytkentää syötetään signaalilähteestä e = 00 mv, jonka sisäinen vastus S =0kΩ. nsimmäisen lohkon tuloresistanssi on in =5 kω ja molempien lohkojen lähtöresistanssit out = out =kω. ohkojen tyhjäkäyntijännitevahvistukset ovat A u0 =4ja A u0 =3. =kω. Tuloresistanssi in on tuntematon. Miten se pitäisi mitoittaa, jotta kuorman jännite u olisi mahdollisimman suuri, ja mikä tällöin on u:n arvo? Väittäisin, että kannattaa piirtää kytkentäkaavio. + S e A u0 u A u0 + S e u in + out A u0 u u in + out A u0 u u Tässä siis oletetaan, että lohkon tulovirta ei riipu siitä, mitä lähtöliitäntään on kytketty. sim. yksitransistorisissa vahvistimissa tämä ei yleensä pidä paikkaansa, mutta moniasteisissa vahvistimissa myös operaatiovahvistimet) se pätee hyvin. u = u = in e u = S + in A u0 out + in out + in A u0 u u = in out + in A u0 out + A u0 u 8) in S + in e 9) mikä on tietysti maksimissaan, kun in on hyvin suuri; tällöin out menettää merkityksensä. u in A u0 A u0 e = 480 mv 30) out + S + in

6 7. aske jännite U. =V, 0 =7kΩ, =0kΩ, =30kΩ, 3 = 4 =kω U u + = 0 0= 3) u = u + 3) i = i u 0 = U u 33) U = + ) =4V 34) Kyseessä on ihan normaali ei-invertoiva kytkentä, missä 0 voisi olla signaalilähteen sisäinen vastus, ja 4 tietenkin kuormavastus. 3 voisi olla operaatiovahvistimen lähtöresistanssi sen arvo on tosin yleensä vain noin 00 Ω, mikä sinänsä kuulostaa paljolta, mutta ei siis yleensä käytännössä vaikuta mitään. 8. Piirissä on lähdejännite, jossa pieni sinisignaali ratsastaa suuremman tasajännitteen päällä: e IN t) =4+0,067 sin ωt) V. Diodin tasajännitehäviö on U D 0,7 V. aske dynaamisen resistanssin r d avulla diodin ajan funktiona vaihteleva kokonaisjännite u D t). Aaltomuodon vähäistä muuttumista ei oteta huomioon. = 5600 Ω, I S =0,49 na, nu T =50mV. u + e IN t) u D t) i D t) Huomaa "case-sensitiivisyys" muuten et ymmärrä tästä hölkäsen pöläystä! U = IN U D 35) I D = I = U 36) r d = nu T u d = r d e in I D + r d 37) u D = U D + u d =0,7+0,00 sin ωt) V 38)

7 9. Kuvan signaalilähde vaihtelee sinimuotoisesti välillä u IN =5...7 V. Missä rajoissa vaihtelee tällöin u OUT? =3kΩ, =kω, β = 00, u B U B =0,7 V, =0V. + u IN u OUT u IN + i B + u B + β +)i B 39) u IN u B i B = 40) + β +) u IN u B u OUT = β +)i B = β +) 4) + β +) 7 0,7 u OUTmax β +) =5,58 V 4) + β +) 5 0,7 u OUTmin β +) =3,8 V 43) + β +) Tehtävän voi laskea myös piensignaali-analyysin avulla; tällöin u in =75 tai esim. puolet siitä määrittelykysymys) ja U IN = 7+5. uulen, että joku lukijoista ymmärtää tämän, vaikkei sitä kokeessa kysyttykään. I B = 6 0,7 4k =0,0465 ma r π = U T = 538 Ω 44) I B u in i b = 45) + r π + β +) u out = β +)i b =,76 5,58 3,8) 46) U OUT = β +)I B =4,7 V 4,7+,76 =5,58 4,7,76 =3,8 47) 0. Kuvan FT toimii vakiovirta- eli SAT-alueella. aske jännite U DS. D =3kΩ, S =kω, K =ma/v, U t =V, =5V. D U GS S U DS I D = K U GS U t ) 48) U GS + S I D =0 49) x +x) 5 =0 }{{} 50) x 4x+4 x 7x +3=0 x =3 5) Toinen juuri x =0,5Vei käy, koska se on pienempi kuin U t =V. Siis U GS =3V. S I D U DS D I D + + =0 5) U DS = S + D ) I }{{} D =5V 53) 0,003)