Tentamen den 20 oktober TEL108 Introduktion till EDI-programmet. TEL118 Inledande elektronik och mätteknik. Del 1

Transkript

1 Karlstads universitet / Elektroteknik / TEL108 och TEL118 / Tentamen / BHä 1 (5) Tentamen den 20 oktober 2003 TEL108 Introduktion till EDI-programmet TEL118 Inledande elektronik och mätteknik Del 1 Examinator: Bengt Hällgren Hjälpmedel: Näslund, Formler och fakta Räknedosa Denna tentamen består av 8 uppgifter som var och en är uppdelad i 5 delfrågor. Varje rätt besvarad delfråga ger 1 poäng. Det går alltså maximalt att få 40 poäng. För betyget 3 fordras 20 poäng För betyget 4 fordras 27 poäng För betyget 5 fordras 34 poäng Fullständiga lösningar och motiveringar erfordras. Använda formler och beteckningar ska tydligt redovisas. Uppgifterna är inte ordnade efter svårhetsgrad. Börja varje uppgift på ett nytt papper och sortera dem i nummerordning innan du lämnar in. På så sätt kan du lösa uppgifterna i vilken ordning du vill. Lycka till! Bengt

2 Karlstads universitet / Elektroteknik / TEL108 och TEL118 / Tentamen / BHä 2 (5) Uppgift 1 E R 12 R 23 R Två studenter har kopplat upp kretsen i fig 1 på en kopplingsplatta. De har tagit fram två digitala multimetrar och har dragit ut fyra anslutningar 1, 2, 3 och 4 för att enkelt kunna ansluta dem. Rita och berätta hur studenterna skall koppla och eventuellt räkna för att med så god noggrannhet som möjligt bestämma a) spänningen över motståndet R 23 b) strömmen genom motståndet R 23 c) resistansen hos motståndet R 23 d) effektutvecklingen i motståndet R 23 e) energiutvecklingen under en minut i motståndet R 23 Fig 1 - Krets Uppgift 2 Studenterna har fått i uppgift att undersöka noggrannheten i mätvärdena från uppgift 1. Hjälp dem genom att beräkna maximalfelet i a) spänningen U 23 där de läst av värdet V b) strömmen I 23 där de läst av värdet ma c) resistansen R 23 där de läst av värdet 6.53 k d) Vad hade maximalfelet i R 23 blivit om studenterna i stället för att mäta resistansen hade beräknat den med Ohms lag ur U 23 och I 23? e) Hur stort blir maximalfelet i effektutvecklingen P 23? Utdrag ur manualen för det använda mätinstrumentet Forts på nästa sida

3 Karlstads universitet / Elektroteknik / TEL108 och TEL118 / Tentamen / BHä 3 (5) Uppgift 3 Som nyutexaminerad ingenjör får du anställning hos en elektroniktillverkare. Företaget har just köpt ett parti med lika stor motstånd från en underleverantör. Du får i uppgift att testa dem. Du väljer slumpmässigt ut ett antal motstånd och mäter deras resistans med en 4 ½ -siffrig ohmmeter. a) Förklara vad som menas med ett 4 ½-siffrigt mätinstrument. b) Ungefär hur många resistorer måste du minst mäta för att kunna behandla resultatet med statistiska metoder? c) Utgående från dina mätvärden skall du uppskatta resistansen hos ett godtyckligt valt motstånd ur partiet. Hur skall du göra? d) När du har mätt resistansen hos 100 motstånd, vill du bestämma ett 95-procentigt konfidensintervall för resistansen hos ett godtyckligt valt motstånd ur partiet. Hur skall du göra det? e) Du tänker ta ut ytterligare 100 motstånd att mäta. Med de data du redan har kan du ta fram ett 95-procentigt konfidensintervall för medelvärdet av de nya resistanserna. Hur gör du det? Uppgift 4 A 10 V 4.0 k 5.0 k 6.0 k B Fig 2 - Krets 10 k a) Beräkna en ersättningsresistans för motstånden på 4, 6 och 10 k. b) Beräkna strömmen genom 5 k-motståndet. c) Beräkna strömmen genom 10 k-motståndet. d) Beräkna potentialen i punkten A. e) Beräkna potentialen i punkten B.

4 Karlstads universitet / Elektroteknik / TEL108 och TEL118 / Tentamen / BHä 4 (5) Uppgift 5 20 V 6.0 k 30 k 10 k a) Beräkna strömmen genom spänningskällan. b) Beräkna spänningen över 10 k-motståndet. c) Beräkna strömmen genom 6 k-motståndet. d) I vilket av de fyra motstånden utvecklas högst effekt? Motivera! e) Hur mycket kan man höja spänningen innan något av motstånden överhettas, om alla motstånden är märkta max 40 mw? 5.0 k Fig 3 - Krets Uppgift 6 Fig 4 a Fig 4 c Fig 4 b Fig 4 d I elektrotekniken är vissa kopplingar omöjliga eftersom de i princip skulle leda till oändlig ström eller spänning. Kommentera var och en av kopplingarna i fig 4 och ange om den är möjlig eller omöjlig. Motivera kortfattat varje svar. Alla ström- och spänningskällor är ideala och ger olika ström resp spänning. Var noga med ange rätt nummer på dina svar. Annars kan du gå minst om poäng som du skulle ha haft. Fig 4 e

5 Karlstads universitet / Elektroteknik / TEL108 och TEL118 / Tentamen / BHä 5 (5) Uppgift V Fig 5 Krets med vridresistor I kretsen till vänster finns två fasta resistorer på 100 vardera och en vridresistor som går att variera mellan 0 och 200. a) Beräkna spänningen över vridresistorn när den är inställd på 20. b) Beräkna strömmen genom vridresistorn vid samma inställning. c) Hur stor blir strömmen i vridresistorn som mest? Vid vilken inställning gäller det? d) Uttryck effektutvecklingen i vridresistorn som funktion av inställt resistansvärde. e) Vid vilken inställning har effektutvecklingen i vridresistorn sitt maximum? Uppgift V 6.0 A 4.0 A Fig 6 Kretsproblem att lösa med hjälp av maskanalys Beräkna samtliga strömmar i ovanstående krets med hjälp av så kallad maskanalys (mesh analysis). Du får 1 poäng för vart och ett av följande delmoment: a) Rita en figur där du inför maskströmmarna. b) Ställ upp ekvationer för spänningsfallen i slingorna med hjälp av Kirchhoffs andra lag. c) Ställ upp ekvationer för strömmarna i noderna med hjälp av Kirchhoffs första lag. d) Lös samtliga strömmar ur ekvationssystemet. e) Beskriv kortfattat vilka steg som skulle ingått i lösningen om du i stället hade använt dig av nodanalys. - o -