Elektroonika eksam (0)

Elektrotehnika ja elektroonika  Eksamiküsimused rühmale KV11, kevadsemester 2020  A. Alalisvool  1. Coulomb’i seadus ning elektriväli, tõmbe- ja tõukejõud 
Coulomb `i seadus: 
Kahe punktlaengu vaheline jõud on võrdeline laengute korrutisega ja pöördvõrdeline 
keskkonna absoluutse dielektrilise läbitavusega ning laengutevahelise kauguse 
ruuduga.  F = Q Q 1* 2 4π ε r * a* 2   kus Q1, Q2 on laengute absoluutväärtused kulonites (C); 
r laengutevaheline kaugus (m); 
F laengutevaheline jõud (N); 
εa keskkonna absoluutne dielektriline läbitavus;  
εa = εo εr, 
kus εr on keskkonna suhteline dielektriline läbitavus – suhtarv, mis näitab, mitu korda on 
laengute vahel mõjuv jõud selles keskkonnas väiksem kui vaakumis.  
Vaakumi jaoks εr = 1; 
εo nimetatakse dielektriliseks konstandiks ja ta väärtus on 8,85 · 10-12 F/m (faradit meetri 
kohta). 
Elektriväli ​- füüsikaline väli, mis ümbritseb elektriliselt laetud osakest või keha ning mõjutab teisi  ruumis paiknevaid elektrilaenguid. 
Tõmbuvad erinevad laengud nt. pos. ja neg. ja tõukuvad sama laengulised. 
 
2. Potentsiaali, pinge, pingelangu, elektromotoorjõu mõisted 
Potensiaal- ​ näitab, kui suur on selles punktis  ühikulise positiivse laenguga keha φ = q A   potensiaalne energia.  s cosα E = F = A   Pinge ​- Pinge iseloomustab elektrivoolu poolt vooluringis tehtud tööd. Seega võib ka teisiti  öelda: elektrivälja kahe punkti vaheline pinge on suurus, mida mõõdetakse tööga, 
mis kulub positiivse ühiklaengu ühest punktist teise üleviimiseks.  U = q A   Pingelang ​- Osapingeks ehk pingelanguks nimetatakse üksikul takistil esinevat pinget.  Kui vooluringis on vooluallika klemmide vahele lülitatud järjestikku mitu takistit, läbib neid 
kõiki võrdne vool. Pinge U, mis on rakendatud vooluahela otstele, sunnib elektrone või muid 
laengukandjaid liikuma kogu vooluringi ulatuses. 
Elektromotoorjõud ​- See on seade, kus eraldatakse erinimelised laengud. Selleks on vaja  teha tööd. Allika üks klemm saab plusspotentsiaali ja teine miinuspotentsiaali. Kui allika 
klemmidele ühendada tarbija, läbib seda elektrivool, mis teeb kasulikku tööd. Suletud 
vooluringis liiguvad positiivsed laengud potentsiaali kahanemise suunas. Energiaallikas 
liiguvad positiivsed laengud potentsiaali kasvamise suunas. Laengute ümberpaigutamine 
allika sees on võimalik ainult kõrvaljõudude abil.  E = q W k   kus WK kõrvaliste jõudude tehtav töö džaulides (J), q laeng kulonites (C) 
Elektromotoorjõud (EMJ, uuema nimetusega allikapinge) on põhjus, mis tekitab ja säilitab 
elektrivoolu suletud vooluringis. Ühikuks on volt (V). 
  1 


3. Vool, voolu tegelik ja tehniline ehk kokkulepitud sund 
Vool ​- laengute suunatud liikumine mingi pinna kaudu ajas.  I = t Q   1 [ s C = A ] Tinglikvool ​- suunatud kõrgemalt potensiaalilt madalamale.  Voolu suund- ​ loetakse kokkuleppeliselt suunda plussklemmilt miinusklemmile ehk  elektronide liikumisele vastupidist suunda. 
 
4. Aktiivtakisti, takistuse ja juhtivuse mõiste. Eritakistus ja –juhtivus. 
Ümmarguse juhtme lõigu takistus 
Aktiivtakisti ​- Aktiivtakistuse tõttu muutub osa elektrivoolu energiast eeskätt soojuseks (või  mõneks muuks energialiigiks peale elektrienergia). Kui vahelduvvooluahelas ei esine 
kondensaatoreid ega poole, vaid ainult aktiivtakistusega takistid, nimetatakse seda 
puhttakistuslikuks vooluahelaks. 
Takistus ​- element, mille abil me mudeleerime energia muundamist teise energialiiki.    , igal takistusel on oma  ​juhtivus  R = ρ l S G = 1 R S [ ]   Ümmarguse juhtme lõigu takistus ​:  1) Kui ristlõige S suureneb, takistus väheneb 
2) Kui juhtme pikkus l suureneb takistus suureneb     
 
5. Lihtsaim vooluring, kontuur, haru, sõlm 
Vooluring ​- elektriline ahel, milles on olemas teekond voolu jaoks.  Vooluringi ühendavatel juhtmetel on oma liigitu ​s: haru 1, haru 2, haru 3.   Sõlmed ​e abil liidetakse juhtmeid kokku.  2 


 
6. Ohmi seadus alalisvooluahelas 
Elektrivoolu tekkeks on tarvis, et elektrijuhi otstele oleks rakendatud elektriväli – täpsemalt, 
potentsiaalide vahe ehk pinge. Mida tugevam väli (ehk mida suurem pinge) juhile 
rakendada, seda tugevam vool tekib. Matemaatiliselt väljendab voolu ja pinge sõltuvust 
Ohmi seadus.   I = R U    
7. Kirchhoffi esimene seadus (voolude seadus) 
Voolude summa igas elemendis on võrdeline nulliga. Suvalisse hargnemispunkti ehk sõlme 
koonduvate ahela harude voolutugevuste algebraline summa nulliga, kus hargnemispunkti 
suunduvaid voolusid loetakse positiivseteks ja sealt väljuvad negatiivseteks. 
I=I=I=I… 
U=U+U+U… 
R=R+R+R+R... 
8. Kirchhoffi teine seadus (pingelangude seadus) 
Kinnise elektriahela emj. algebraline summa võrdub selle ahela kõigi harude pingelangude 
algebralise summaga. EHK elektriahela igas kinnises kontuuris võrdub kõikidel takististel 
tekkivate pingelangude summa nulliga. Samuti on asi mõistetav ka energia jäävuse 
printsiibiga, sest kinnist kontuuri järgides jõutakse alati tagasi punkti, kust alustati. 
I=I+I+I... 
U=U=U=U…  ... 1 R = 1 R + 1 R    
9. Passiv Elementide jada-, rööp- ja segaühendus. 
Jada- ​ Kui mitu tarbijat või takistit on ühendatud üksteise järel ilma hargnemiseta,  nimetatakse seda jadaühenduseks 
Rööp ​- Kui mitu takistit on ühendatud kahe punkti vahele, nimetatakse seda takistite  rööpühenduseks. 
Sega ​- Segaühendus on selline kombinatsioon, kus esineb nii takistite jada- kui  rööpühendust. Segaühenduse võimalike lülituste arv on väga suur. Arvutusteks tuleb 
segaühendust skeemil järk järgult lihtsustada, kasutades eespool välja toodud jada- ja 
rööpühenduse valemeid. 
 
10. Pingeallikate rööp- ja jadaühendus 
Jada ​- osapingete summa võrdub allika klemmipingega: U = U1+ U2+ U3  Rööp- ​ kõikidel takistitel on ühesugune pinge: U = U1 = U2 = U3   
11. Ideaalne ja reaalne pingeallikas, allika sisetakistus, sisepingelang 
ning käitumine 
koormuse suurenemisel 
Ideaalne pingeallikas ​ - Ideaalse pingeallika klemmipinge U ei sõltu allikat läbivast voolust I.  Ideaalse pingeallika sisetakistus r = 0. Ideaalne pingeallikas suudab koormusele anda 
lõpmatult suurt võimsust Pvälj = ∞ (R –> 0)   3 


  Reaalse pingeallika ​ klemmipinge U sõltub allikat läbivast voolust I, kuid võimalikult vähe.  Reaalse pingeallika sisetakistus r on alati nullist suurem, kuid võimalikult väike.  Reaalse 
pingeallika väljundvõimsus on piiratud.  Reaalset pingeallikat saab modeleerida Thévenin’i 
aseskeemina koosnevalt ideaalsest pingeallikast ja sellega jadamisi asetsevast 
mittenullisest allika sisetakistusest r.  .   Sisetakistus ​ on elektrienergia allika, näiteks ​keemilise vooluallika​ iseenda takistus  laengukandjate liikumisele ehk elektrivoolule. Sisetakistus on määratav allika sisepingelangu ja 
koormusvoolu jagatisena.  Alalisvooluahelas on elektriallika klemmipinge (positiivse ja negatiivse  ​elektroodi​ vaheline pinge)   kus  ​E ​ on allika elektromotoorjõud, ​I​ ‒ koormusvool ja ​R​s​ ‒ allika sisetakistus.  Seega sisetakistus on  .    ​Mida väiksem on sisetakistus, seda väiksem pingelang ​IR ​s​ allikal tekib ning seda vähem langeb  allika koormamisel tema klemmipinge. Vastavalt väheneb ka allikasisene võimsuskadu. Seega 
on elektrienergia allika  ​kasutegur​ seda parem, mida väiksem on tema sisetakistus.    12. Tühijooks ja lühis 
Tühijooks- vooluallikas puudub I =0 
Lühiseks  ​nimetatakse vooluringi mingi osa otste ühendust juhiga, mille takistus on selle osa  tavalise takistusega võrreldes väga väike. Lühise korral on vooluallikaga ühendatud juhtide 
kogutakistus võrdne  ​ainult ​ühendusjuhtmete takistusega. Et see on väga väike, tekib  juhtmetes väga tugev vool ehk nn. lühisvool. Lühise tagajärjeks on voolutugevuse järsk 
suurenemine vooluringis. Lühisvool võib kutsuda esile juhtmete ülemäärase kuumenemise 
ning rikkuda vooluallika. 
 
13. Alalisvoolu Võimsus ja –energia, elektrienergia ühikud, Joule-Lenz’i 
seadus, kasutegur  Seadme töövõimet iseloomustavat suurust nimetatakse võimsuseks. Võimsuse tähiseks on 
P ja mõõtühikuks vatt (W). Seadme võimsus on seda suurem, mida tugevam vool teda läbib 
ja mida suurem on pinge tema klemmidel:  P=UI  Energia on suurus, millega mõõdetakse seadme võimet teha tööd. Energia = võimsus • aeg    Elektrienergia kus  ​U ​ on ​pinge​, ​I​ ‒ vool, ​P​ ‒ ​võimsus​ ja ​t​ ‒  aeg.  4 


Joule-Lenz’i seadus-Elektrivoolu toimel juhist eralduv soojushulk, mis on 
võrdne I ruudu, R ja t'ga    Kasutegur ​ on füüsikaline suurus, mis näitab ​kasuliku töö​ ​A ​kas​ ja ​kogu töö​ ​A​kogu​ suhet. Ta  avaldatakse enamasti protsentides. Kasuteguri tähiseks valemites on reeglina kreeka täht h 
[loe: eeta]. Seega võime kirjutada    
 
 
14. Võimsuste bilanss ahelas 
 
allika võimsus P = U x I 
P1 =joule lenzi seadus …. 
P2…. 
…. 
P(summa) = P1 + P2 + …..= U x I 
 
15. Ahela kogu- ehk sisendtakistus, alalisvoolu ahelate arvutuse 
meetodid (vt eeltakistuse arvutus, skeemide teisendamine, kontuuri 
käigusuuna valimine, Kirchhoffi võrrandite 
koostamine) 
16. Voolu- ja pingeallikas 
 
17. Pool, induktiivsus 
Induktiivsus ​ näitab, kui suurt aheldusvoogu tekitab antud vool avatud süsteemis   Pool ​ on põhimõtteliselt ilma südamikuta mähis   
18. Kondensaator, mahtuvus 
Kondensaator on seade ettenähtud elektrilaengute kogumiseks. Kondensaator on 
elektrivälja energia salvesti. 
 
Mahtuvus: c = q / U (F) 
  B. Magnetahelad  19. Vool, magnetväljatugevus ja magnetvälja jõujooned üksiku juhtme 
korral, magnetvoog 
Alati, kui kulgeb mingi vool, tekib selle ümber magnetväli. 
 
20. Voolu- ja magnetvootihedus (magnetinduktsioon) 
  5 


on  ​vektorsuurus​, mis väljendab ​magnetväljas​liikuvale ​elektrilaengule​ või ​vooluga​ juhtmele  mõjuvat  ​jõudu​. Magnetinduktsiooni jõud kujutab endast seda osa  ​Lorentzi jõust​, mis on  põhjustatud magnetväljast. Magnetinduktsioon on magnetvälja põhiline tunnussuurus. 
 
21. Tõuke ja tõmbejõud vooludega juhtmete vahel 
Kui kahes juhtmes liiguvad voolud samapidi, siis tekib tõmbejõud, kuid kui voolud on 
vastassuunalised, siis tekib tõukejõud. 
Mida suurem on jõujoonte tihedus, seda suuremaks mehaaniline jõud läheb. 
 
22. Absoluutne, suhteline ja vaakumi magnetiline läbitavus (magnetiline 
konstant). 
Magnetiline läbitavus õhus ja ferromagnetmaterjalis  C. Vahelduvvoolu ahelad   
23. Vahelduvvoolu ja vahelduvpinge hetk- ja amplituudväärtus 
Vahelduvvooluks nimetatakse voolu, mille suund ja tugevus ajas perioodiliselt muutub. 
 
24. Sagedus ja nurksagedus 
Perioodide arvu sekundis ehk perioodi pöördväärtust nimetatakse vahelduvvoolu 
sageduseks  ​ja tähistatakse tähega  f ​. Sageduse mõõtühikuks on herts (Hz)  Nurksagedus ​ on perioodiliselt ​võnkuva​ süsteemi võngete arv 2π sekundi jooksul. Nii nagu  sagedus ​, väljendab ka ringsagedus ​ω ​ seda, kui kiiresti võnkumine toimub.   
25. Vahelduvvoolu saamine elektromehaanilises generaatoris 
 
26. Siinussuuruse kujutamine vektorina, algfaas, nihkenurk, suurused 
faasis 
ning vastandfaasis  
Siinuseline vahelduvvool on kirjeldatav võrrandiga  i ​=​Im ​sin​a​,  i  ​voolu hetkväärtus amprites (A)  Im  ​voolu maksimaalväärtus amprites (A) α pöördenurk   
27. Vektorite liitmine ja lahutamine 
28. Siinussuuruse efektiivväärtus 
29. Nimipinged ja nimisagedused 
30. Laine pikkuse mõiste 
31. Takisti käitumine vahelduvpingel, aktiivtakistus, aktiivvõimsus,  
vektordiagramm,  6 


32. Induktiivelemendi käitumine vahelduvpingel, induktiivtakistus ning 
selle 
sõltuvus sagedusest, induktiivvõimsus, vektordiagramm 
33. Mahtuvuselemendi käitumine vahelduvpingel, mahtuvtakistus ja selle 
sagedusest, vektordiagramm 
34. Ohmi seadus vahelduvvoolul 
35. Aktiiv-, reaktiiv- ja näivtakistus, takistuskolmnurk 
36. Aktiiv, reaktiiv- ja näivjuhtivus, juhtivuskolmnurk 
37. Aktiiv-, reaktiiv- ja näivvõimsus, võimsuskolmnurk 
38. Faasinihe vektordiagrammil ja parameetrite kolmnurkades, 
võimsustegur 
39. Jadaahela arvutus ja vektordiagramm 
40. Rööpahela arvutus ja vektordiagramm 
41. Jada- ehk vooluresonantsi tekkimise tingimus 
42. Rööp- ehk pingeresonantsi tekkimise tingimus 
43. Reaktiivvõimsuse kompenseerimine segaahelas 
(alakompenseerimine, 
täpne kompenseerimine, ülekompenseerimine) 
44. Ühefaasilise mootori võimsus- ja kasutegur   D. Kolmefaasilised ahelad  45. Kolmefaasiline EMJ saamine 
Kolmefaasilist EMJ saadakse, kui 
homogeenses magnetväljas pöörlevad 
konstantse nurkkiirusega ω kolm 
ühesugust, ruumis üksteise suhtes 
120° võrra nihutatud keerdu, mis ei 
muuda pöörlemisel oma suhtelist 
asendit. 
 
46. Kolmefaasilise süsteemi mõiste 
(generaatori, liini ja koormuse faasid,  7 


neutraaljuhe, neutraalpunkt) 
Igat sellist ahelat, mis on koostatud generaatori mähisest, ülekandeliinist ja neile ühendatud 
tarbijast nimetatakse  ​faasiks​.  Kui on vool juhtmes võrdne nulliga, nimetatakse seda  ​neutraaliks, neutraaljuhtmeks​.  Ühist sõlme, mille moodustavad generaatori faasimähised (N) või tarbija faasid (n), 
nimetatakse generaatori või tarbija  ​neutraalpunktiks.  47. Sümmeetriline ja ebasümmeetriline koormus 
Kui takistused faasides on samad suuruselt ja faasinurgalt, siis on tegu  ​sümmeetrilise  koormusega. 
Kui takistused faasides on erinevad suuruselt või faasinurgalt, siis on tegu  ​ebasümmeetrilise  koormusega. 
48. Tarviti tähtühendus, liini- ja faasipinge, liini- ja faasivool, kolmefaasiline 
võimsus    49. Tarviti kolmnurklülitus, liini- ja faasipinge, liini- ja faasivool, kolmefaasiline 
võimsus    E. Ühefaasiline trafo  50. Trafo otstarve ja ehitus 
Trafo e. transformaator on aparaat, mis võimaldab  ​tõsta või alandada pinget.  Vajalik, et:  1) kanda üle elektrijaamast tarbijani suuri võimsusi, seda saab teha läbi pinge tõstmise; 
2) vähendada kadusid liinis.  Ühefaasilised trafod on paigutatud õliga täidetud paaki. See koosneb magnetjuhtmest ja 
sellele asetatud kahest mähisest. Vahelduvpingeallikaga ühendatud mähist nim. 
primaarseks ​ ja mähist, millega ühendatakse tarbija, nim ​sekundaarseks.  51. Ideaalne trafo, keerupinge, pinge teisendamine, ülekandetegur  8 


Trafo on ideaalne, kui selles pole kadusid ning kogu magnetvoog kulgeb magnetsüdamiku 
sees.  
Keerupinge ​: u​krd​=U​1​/w​1​, U-pinge ja w- keerdude arv.  Ülekande teguriks ​ nim. ülempingemähise elektromotoorjõu ja alampingemähise  elektromotoorjõu jagatist. k ​1,2​=e​1​/e​1​=E​1​/E​2​=w​1​/w​2  9