Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Transkript

1 Lars-Erik ederlöf Per Liljas Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ET 03 för D Tentamen omfattar 40 poäng, 2 poäng för varje uppgift. 20 poäng ger godkänd tentamen. Tillåtet hjälpmedel är räknedosa. Svaren skall motiveras och beräkningar redovisas för att uppgiften skall ge full poäng.. Vilken är den högsta spänning som spänningen U kan anta då man vrider potentiometern? kohm 4,7 kohm 0 V kohm U 3,3 kohm Vrider man potentiometern till sitt översta läge får man den högsta spänningen. Då kan spänningen U beräknas med spänningsdelning. U 000 // V 4,7V 000 // Diagrammet visar tvåpolens karaktäristik. eräkna R och R2. R I I [ ] 6 V R2 U Kortslutningsströmmen är. Detta ger R 6 - Ω 6 Ω 3 U [V] Tomgångsspänningen är 3 V. Det betyder att halva matningsspänningen ligger över R2. Då måste äve R2 vara 6 Ω. te-008.doc lec

2 3. Oscilloskopbilden för en spänning visas i figuren. Oscilloskopet är inställt på 2 mv/ruta i y-led och ms/ruta i x-led. Spänningen är noll mitt på oscilloskopskärmen. Spänningen mäts med en voltmeter. Vad visar voltmetern om den är inställd i läge a D b? a I läge D visar voltmetern spänningens medelvärde. Detta är i detta fall 0 V b I läge visar voltmetern spänningens effektivvärde. U V 4,24 mv 4. eräkna effektivvärdet av strömmen genom kretsen om spänningskällan har effektivvärdet 0 V och frekvensen khz. eff 2 3 0,2 µ F kohm 0,2 mh Effektivvärdet av strömmen genom kretsen är effektivvärdet av spänningen dividerat med beloppet av kretsens impedans. Kretsens impedans i komplex form: Z j 2π 000 0,2 0 6 j 2π 000 0,2 0 eloppet av impedansen: Z Ω 278 Ω Ω 000 j 796 Ω Strömmen genom kretsen: I ,82 m te-008.doc lec

3 5. I schemat för nätdelen i en förstärkare kan man se en stabilisator som ser ut som figuren. Stabilisatorn har inspänningen 33,6 V och utspänningen 4,8 V. Hur stor är den maximala ström som man kan ta ut från stabilisatorn? 820 ohm IN UT Genom resistorn går en konstant ström I R 33,6 4,8 22,9 m 820 Om vi antar att zenerdioden kräver minst 5 m för att fungera kan man maximalt ta ut 7,9 m från stabilisatorn. 6. En lysdiod skall ha ca 0 m för att lysa bra. I denna koppling är det tänkt att lysdioden skall lysa när brytaren är öppen. Kommer denna koppling att fungera som tänkt med dessa data? E 2 V R kohm R b Mohm h FE 200 U F lysdiod 2 V Rb Rc E Röd lysdiod 548 asströmmen när brytaren är öppen Detta ger kollektorströmmen I I I FE 2 0,7,3 µ h 2,2 m Vi ser att strömmen blir för liten för att dioden skall lysa bra. Transistorn är inte bottnad. te-008.doc lec

4 7. I denna koppling skall strömmen genom transistorn styras med brytaren. a Går det ström genom transistorn då brytaren är öppen eller när den är sluten? b Vilken uppgift har resistorn 0 Mohm? E Rb Uin 0 Mohm F245 Uut a När brytaren är öppen blir U GS 0 V och detta gör att det går ström genom transistorn. För att strypa transistorn krävs att Uin är negativ och brytaren sluten. b Om inte resistorn fanns skulle gate bli frisvävande när brytaren är öppen och då tar gate upp alla störningar som finns i omgivningen. Resistorn är en " pull down". 8. Kopplingen nedan visar en "icke inverterande förstärkare" med en ideal operationsförstärkare. I kopplingen gäller att R 0 kohm och R2 kohm. Konstruera en "inverterande förstärkare" som har exakt samma förstärkning frånsett inverteringen. te-008.doc lec

5 te-008.doc lec Inom digitaltekniken används digitala koder. Två av dessa är D-kod och GRY-kod. eskriv dessa koder och ange vad de används till. D-kod är en kod där varje siffra i ett decimalt tal kodas i binär form. Den används när man skickar tal till en sifferdisplay. GRY-koden är uppbyggd så att mellan två närliggande tal är det bara en bit som ändrats. Koden används i digitala vinkelgivare. 0. Förenkla de logiska uttrycken så långt som möjligt. a f b f a f b f. Förenkla denna funktion med hjälp av Karnaugh-diagram. D D D f D\ Görs maximala hoptagningar får man D D f

6 2. Idag är de flesta digitala kretsar byggda med MOS-teknik. Den enklaste av dessa kretsar är inverteraren. Rita en figur och beskriv hur MOS-inverteraren är uppbyggd och fungerar. 5 V Uin Uut MOS-inverteraren är uppbyggda av en PMOS- och en NMOS-transistor. i MOS står för complementary. Vid hög inspänning stryps den övre transistorn och den nedre bottnar. Detta ger en nolla ut. Vid låg inspänning sker det motsatta. 3. Figuren visar ett utdrag ur databladet för en kombinatorisk krets. a Namngiv kretsen. b Gör en funktionstabell för kretsen. te-008.doc lec

7 a vkodare eller demultiplexer b E 0 Q 0 Q Q 2 Q 3 H X X H H H H L L L L H H H L L H H L H H L H L H H L H L H H H H H L 4 Visa med ett tidsdiagram hur utsignalen Y kommer att se ut då kopplingen nedan utsätts för insignalen enligt tidsdiagrammet. Y 00 ns Komponenterna har följande typiska data: Inverteraren: XNOR-grinden: tplh 7 ns, tphl 5 ns tplh ns, tphl 8 ns Förklara tidsdiagrammets utseende, exakta tider behöver ej anges. te-008.doc lec

8 5. D-vippan och D-latchen är två grundläggande komponenter/funktioner i sekvenskretsar. Förklara funktionen för dessa och ge exempel på användning. 6. I figuren påverkas den rörliga kontaktarmen så att signalerna U och U5 spänningarna på stift resp 5 uppstår. Rita ett tidsdiagram för utsignalerna U3 och U6 när insignalerna U och U5 varierar enligt figuren. I tidsdiagrammet ska signalerna U,U5, U3 och U6 finnas med, redovisa på separat papper. Förklara också funktionen för de två kohms-motstånden. U k 74H & U3 U5 4 5 & 6 U6 te-008.doc lec

9 7. Vid en av laborationerna användes en PLD av typen PLE22V0. Förklara kortfattat hur kretsen är uppbyggd och speciellt vad "22V0" innebär. te-008.doc lec

10 8. Figuren nedan visar blockschemat för en L onfigurable Logic lock till en programmerbar grindmatris från Xilinx. L:en är ritad så att alla insignaler är anslutna på den vänstra sidan av blockschemat och alla utsignaler på den högra. Signalerna..4 är kontrollsignaler, G..G4 och F..F4 är normala booleska insignaler och K är klockingången. Till D-vipporna i blockschemat finns fem olika ingångar. Ställ upp funktionstabellen för en D-vippa av den typ som finns i L:en. Ingången E är Enable lock, SD och RD är asynkrona ingångar.. te-008.doc lec

11 9. En prescaler är en elektronisk koppling som har den trevliga egenskapen att den kan dela en inkommande klocksignal med ett valbart värde. Det valbara värdet är ofta av typen 2 n, dvs den inkommande klocksignalen kan delas med värdena 2, 4, 8, 6,...256,... Konstruera en prescaler med en ingång LK och en utgång LKDIV med funktion enligt ovan och som styrs med tre insignaler så att: 000 ger LKDIV LK/2 00 ger LKDIV LK/4... ger LKDIV LK/256 Valfria logiska kretsfunktioner och grindar får användas men en 8 bitars binärräknare och en MUX 8- kan lösa konstruktionen på ett enkelt sätt. te-008.doc lec

12 20. För ett digitalt systems behövs en klocksignal med 4 faser, P..P4, enligt figuren. LK T P P2 P3 P4 a. Visa hur signalen T kan genereras med en enkel koppling med valfria komponenter. b. Konstruera ett tillståndsdiagram av Moore typ som genererar den önskade klocksignalen. Signalen T får användas som insignal oavsett om a-uppgiften är löst. te-008.doc lec