Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Transkript

1 Lars-Erik Cederlöf Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 03 för D Tentamen omfattar 40 poäng, 2 poäng för varje uppgift. 20 poäng ger godkänd tentamen. Tillåtet hjälpmedel är räknedosa. Om beräkningar behövs för att få fram svaret skall de redovisas för att ge full poäng.. Beräkna strömmen som går genom resistorn med resistansen 3,3 kohm. 3,3 kohm 2,7 kohm 2 V 7 V,2 kohm De två parallellkopplade resistorerna kan ersättas med Kirchhoffs spänningslag på hela kretsen: 3,3 2,7 kω 3,3 2,7 =,485 kω 2 I 485 I =,86 ma 7 I 200 = 0 Strömgrening ger strömmen genom 3,3 kohm: I 2,7 =,86 ma 3,3 2,7 3, 3 = ma 2. Man vill mäta hur stor effekt som utvecklas i en glödlampa när den lyser. Utrustningen som finns tillgänglig är ett likspänningsaggregat, en voltmeter, en amperemeter och sladdar. a) Rita en figur som visar hur man skall koppla för att kunna få fram effekten. b) Visa vilka beräkningar som måste göras för att få fram effekten. a) A V b) P = U I te-0005.doc lec

2 3. När man mäter spänningen hos ett obelastat ficklampsbatteri får man spänningen till,6 V. Belastar man batteriet med en resistor på 0 Ω blir spänningen över batteriet,3 V. Rita batteriets ekvivalenta spänningstvåpol med utsatta komponentvärden. Spänningen vid obelastat batteri ger spänningskällan: E =,6 V Strömmen vid belastat batteri blir I,3 = A = 0,3 A 0 Spänningen över inre resistansen blir (,6-,3) V = 0,3 V Inre resistasen blir då med Ohms lag: 0,3 R = Ω = 2,3Ω 0,3 2,3 ohm,6 V 4. Vid tiden t=0 slås brytaren till. Skissera hur spänningen över resistorn och spänningen över spolen beror av tiden så noggrant som möjligt med de uppgifter som finns i figuren. 0 ohm 8 V ideal spole U L U R 8 V 8 V te-0005.doc lec

3 5. a) Beräkna strömmen genom kretsen om U = 2 V, R = 0 kω och C = 0 nf. R U C b) Vad händer med strömmen ( ökar, minskar, oförändrad ) om frekvensen ökar? c) Vad händer med strömmen ( ökar, minskar, oförändrad ) om resistansen ökar? d) Vad händer med strömmen ( ökar, minskar, oförändrad ) om kapacitansen ökar? Tyvärr fattades frekvensen i uppgiften varför det inte går att räkna ut ett exakt värde på strömmen. Uppgift a stryks. jωt U U 2 2 e a) ( I = = = ) R R j 0000 j 9 jωc ωc ω 0 0 b) Strömmen ökar när frekvensen ökar. c) Strömmen minskar när resistansen ökar. d) Strömmen ökar när kapacitansen ökar. 6. Vilken är den största ström som kan tas ut på utgången om effektivvärdet av inspänningen U in är 2 V och zenerdioden har zenerspänningen 8 V? 00 ohm Uin 000 µ F Uut Kondensatorn laddas till toppvärdet ( ,7) V = 5,6 V Spänningen över resistorn blir då ( 5,6-8 ) V = 7,6 V 7,6 Strömmen genom resistorn blir A = 76 ma 00 Zenerdioden kräver en liten ström ca 5 ma vilket ger max ca 7 ma på utgången. te-0005.doc lec

4 7. Dimensionera R b så att U CE blir 5 V då h FE är 200. Rb kω 2 V Om U CE är 5 V blir spänningen över kohm ( 2-5) V = 7 V. Kollektorströmmen blir då Basströmmen blir då Kirchhoffs lag på baskretsen ger: A = 7mA ma = 35 µ A R b 6 = 323 kω R b 0,7 = 0 8. Hur stort skall effektivvärdet av U in vara för att strömmen genom transistorn skall bli noll någon gång under en period av inspänningen. U in är en sinussignal. kohm BF245B 2 V Uin te-0005.doc lec

5 Typkurva för BF245 B, I D (ma) som funktion av U GS ( V ) ID ma ID ma För att strömmen skall bli noll måste inspänningen nå ner till -3,2 V enligt diagrammet. 3,2 Då måste effektivvärdet av inspänningen vara minst V = 2,26 V 2 9. Utför subtraktionen 25 TIO - 2 TIO med hjälp av komplementaddition i det binära talsystemet. Ordlängden är 6 bitar. 2 TIO i binär form med sex bitar 0000 Ettkomplementet av samma tal 00 Tvåkoplenentet av samma tal TIO i binär form med sex bitar Spillsiffran stryks och 000 TVÅ = 3 'TIO 0. Visa med logisk algebra att funktionen f = A B A B representerar en XOR-grind dvs f = A B A B f = A B A B = A B A B = ( A B) ( A B) = A A A B B A B B = = A B B A = A B A B te-0005.doc lec

6 . Rita Karnaughdiagram och visa hur man med diagrammet kan förenkla funktionen f = A C A B C B C AB C Av diagrammet framgår att f = C 2. Logiska grindar kan ha olika typer av utgångar. Beskriv med ord och eventuellt figur utgångarna: a) totempåleutgång b) three-state-utgång c) öppen kollektorutgång a) Totempåleutgången har två transistorer, en övre transistor ansluter utgången till matningsspänningen och en undre transistor ansluter utgången till jord. När man lägger ut en etta på utången stryper man den undre och bottnar den övre. När man lägger ut en nolla gör man tvärt om. b) Vid three-state-utgången kan man få utgången helt bortkopplad och man får således ett tredje tillstånd. c) Vid öppen kollektorutgång finns endast en transistor som kan ansluta utgången till jord. För att man skall få en etta på utången måste man använda en pullupresistor. 3. a) Vilken logisk funktion är f(a,b)? b) Angiv V OL och V ILmax för grinden. f A 6 V B a) f ( A, B) = A B dvs en NAND-grind b) V OL = 0,2 V den lägsta utspänningen när transistorn är bottnad, U Cesat. V Ilmax = 0,7 V För att transistorn skall få basström måste inspääningen vara över ca 0,7 V. te-0005.doc lec

7 4. a) Gör en sanningstabell för denna kombinatoriska krets. b) Namngiv kretsen. A B = = S Cin & & Cut & a) b) Kresen är en heladderare. C In A B C UT S Bilden visar en IC-krets med två D-vippor. Rita ett schema som visar hur kretsen skall kopplas för att man skall få en T-vippa dvs en koppling som halverar frekvensen hos den inkommande klocksignalen. Alla ingångar skall kopplas på den vippa som används. Vi använder den övre vippan. För att vippan skall fungera måste ben och 4 anslutas till en etta. Kopplar man sedan ben 6 till ben 2 kommer utgången ben 5 att ändra tillstånd för varje klockpuls som kommer in på ben 3. te-0005.doc lec

8 6. a) Förklara skillnaden mellan en kombinationskrets och en sekvenskrets. b) Sekvenskretsar kan beskrivas med två modeller, Mealy-modellen och Moore-modellan. Förklara skillnaden mellan dessa två modeller. a) För en kombinationskrets beror utgångarna endast av ingångarna, ej av tidigare tillstånd. För en sekvenskrets beror utgångarna av både ingångarna och tidigare tillstånd. b) för Mealy-modellen gäller att utgången ändras då ingången ändras oberoende av klocksignalen. Man säger att den är asynkron. Hos Moor-modellen ändras utgången endast vid kolckpulsen, den är synkron. 7. Schemat visar ett sekvensnät. a) Teckna funktionerna för q, q 2 och Y. b) Angiv värdet på q, q 2 och Y efter nästa klockpuls om före klockpulsen q =, q 2 = 0 och X = 0. X D q & Y C & D C q2 Clock q = X q = X q Y = X q 0 2 = a) 2 2 b) q = q = 0 Y 0 te-0005.doc lec

9 8. a) Förklara vad som menas med accesstid för ett minne. b) Förklara skillnaden mellan ett statiskt RAM och ett dynamiskt RAM. a) Accesstid är den tid det tar att komma åt en minnescell. b) Ett dynamiskt RAM behöver en refreshpuls med jämna mellanrum, detta behöver ej ett statiskt RAM. 9. Nedan visas källfiler som används för att programmera kretsen PEEL 22CV0. a) Vad kallas med en förkortning denna typ av krets (PEEL 22CV0). b) Ge ett namn på den kombinationskrets som man får om kretsen programmeras med dessa filer. c) Vilka ben används som ingångar och vilka används som utgångar. Fil : *IDENTIFIKATION LEC *INTERFACE IN: A,B; OUT: UT[0..3]; *FUNKTION-TABLE $HEADER : X [A,B] : Y UT[0..3]; X 00 : Y 000; X 0 : Y 000; X 0 : Y 000; X : Y 000; *END Fil 2: *IDENTIFIKATION LEC *PLD TYPE=PEEL22CV0; *PINS A=, B=2, UT[0..3] = [20..23]; *END a) PLD ( Programmable Logic Devise ) b) Avkodare c) Ben och 2 är ingångar och ben 20,2,22 och 23 är utgångar. te-0005.doc lec

10 20. a) Ge ett lämpligt namn på kopplingen. b) Hur stor är utspänningen om omkopplarna står i det läge som figuren visar. 0 V kohm 2 kohm 4 kohm 4 kohm Uut a) D/A-omvandlare b) Potentialen på operationsförstärkarens minusingång är noll eftersom operationsförstärkaren är kopplad som förstärkare.. Strömmen in på en operationsförstärkare kan sättas till noll. Kirchhoffs strömlag tillämpad på minusingången ger: U = 2,5 V Ut U Ut 000 = 0 te-0005.doc lec