Füüsika harjutusi eksamiks (0)

Kõigil juhtudel peaksite eksamil teadma ka tööpõhimõtet ja vastavaid skeeme ( dioodil , Zener dioodil, RC,RL ja RCL ahelatel ). Signaali käigu skitseerimise all on mõeldud seda, et peaks joonistama signaali kuju (näiteks siinuselise signaali mõne perioodiga) ja juurde kirjutama sageduse või perioodi ning amplituudi.
1. Skitseerige signaali käik RC madalpääsfiltris 16,7 kΩ takistiga ja 120 nF kondensaatoriga, kui siinuseline signaal on 10 V amplituudiga ja sagedus on 7,96 Hz, 137,8 Hz või 967 Hz. Milline on 7,96 Hz ja 796 Hz signaali korral ahelat läbiva voolu amplituud ?
(ω0 = 500 s-1 e. 79,6 Hz ja signaal väljundis on vastavalt Uv = 0,995Us, 0,5Us ja 0,0995Us ehk ligikaudu sama, 2 korda väiksem või 0,1 esialgsest signaalist. Voolu amplituud on 0,06 ja 0,6 mA)
2. Skitseerige antud skeemi korral Thevenini ja Nortoni ekvivalentskeemid ja tuletage neid iseloomustavad parameetrid . Kumba ekvivalntskeemi on mõistlikum kasutada, kui takisti on 0,1 Ω või 100 Ω?
12 Ω
( elektromotoorjõud ekvivalentskeemil: 1,2 V ja sisetakistus 2,4 Ω, voolugeneraatori (lühis)vool on 0,5 A; esimesel juhul on mõistlikum kasutada Nortoni ja teisel juhul Thevenini ekvivalentskeemi)
3. Leida jadaühenduses RCL ahela resonantssagedus, hüvetegur ja sagedusriba, kui ahela takistus on 10, mahtuvus on 150 nF ja induktiivsus 0,02 H. Milline on ahela takistus signaalile resonantssagedusel? Milline on pinge amplituud kondensaatoril resonantssagedusel, kui ahelale rakendatud siinuselise signaali pingeamplituud on 6 V? Skitseerige antud ahela jaoks sagedussõltuvus (voolu amplituudi sõltuvus sagedusest) ja faasisõltuvus (pinge ja voolu vahelise faasi sõltuvus sagedusest)!
ωR = 18,2·103 s-1 e. 2897 Hz; Q = 36,5; Δω = 79,4 Hz; 10  219V.
4. Sarnane ülesanne rööpresonantsi jaoks aga antud juhul, milline on voolu amplituud resonantssagedusel? Loenguslaididel on jäänud märkimata aga rööpresonantsi korral on samade R, L ja C väärtuste korral Q jadaresonantsi Q pöördväärtus (Q = R(C/L)1/2).
5. Skitseerige 4 V amplituudiga ja 1 kHz sagedusega siinuselise signaali käik jadamisi ühendatud takistit ja dioodi sisaldavas ahelas, kui sisendpinge rakendatakse takistile ja dioodile ning väljundpinge võetakse takistilt (dioodi lävepinge 0,6 V)! Tehke seda nii ideaalse dioodi kui ka lihtsustatud dioodi jaoks. Milline on antud juhul ruutkeskmine pinge ideaalse dioodi korral? Joonistage skeem sildlülituses dioodidega alaldi jaoks ja näidake signaali käik sellise juhul koos ruutkeskmise pingega (ainult ideaalsete dioodide jaoks)?
(ideaalse dioodi korral on positiivse poolperioodi ajal väljundpinge väärtus samasugune nagu sisendsignaali korral ning negatiivse poolperioodi ajal on väljundpinge väärtus 0 V. lihtsustatud dioodi korral on positiivse poolperioodi ajal väljundpinge väärtus 0,6 V võrra väiksem ja kui pinge läheb väiksemaks, kui 0,6 V on väljundpinge 0 V. Ruutkeskmise pinge jaoks võib ideaalse dioodi korral jagada kogu signaali ruutkeskmise pinge kahega (vaata vahelduvsignaali osa Urms = 1,41 V). Sildlülituses aladi korral on ruutkeskmine 2 korda suurem. Kes tahab, võib ruutkeskmise signaali leida ka lihtsustatud dioodide jaoks aga siis peaks kasutama integreerimist.)
6. 15 V Zener dioodi maksimaalne lubatud võimsus on 100 mW. Milline on sobiv jadamisi ühendatava takisti väärtus, kui toitepinge on 24 V? Milline vool läbib Zener dioodi, kui koormustakisti väärtus on 5 k?
(IZmax =6,67 mA; R = 1,35 kR mA; IZ = 3,67 mA
Transistorid
7. Bipolaarse npn või pnp transistori ehitus ja tööpõhimõte (s.t. joonistage emitter, baas ja kollektor , siirded nende vahel, voolud emitterisse, baasi ja kollektorisse). Pingestamine ja voolud ühise emitteriga lülituse korral koos sisend , ülekande ja väljundkarakteristikutega ( piisab kõige lihtsamast kollektortakistiga ja baasitakistiga lülitusest).
8. Formeeritud kanaliga n-tüüpi MOSFET transistori ehitus ja tööpõhimõte (s.t. joonistage läte , neel, kanal , paisuoksiid ja pais , siirded nende vahel lätte ja neelu vool ning pinged lätte ja neelu vahel ning paisule rakendatud pinge). Pingestamine ja voolud ühise lättega lülituse korral koos sisend ja väljundkarakteristikutega.
Operatsioonivõimendid.
Vool operatsioonivõimendi kumbagi sisendisse on ligikaudu null, pinge mõlemas sisendis on võrdne ja ülejäänud voolud ning pinged sõltuvad konfiguratsioonist.
9. Inverteeriva sisendiga võimendi (joonis ja voolud ning pinged eri osades tuleb ka kirjutada loomulikult koos võimendi enda parameetritega ehk võimendus, sisend ja väljundtakistus). Skitseerida väljundpinge, kui toitepinge on ±2 V, signaali võimendatakse 200 korda ning sisendpingeks on kolmnurkpinge amplituudiga 20 mV!
(väljundpinge on 200 korda suurem (peaks olema amplituudiga 4 V), inverteeritud (kui sisend on positiivne, siis väljund negatiivne) ning piiratud alates 2 V (seega kui peaks olema üle 2 V, siis on tegelikult 2 V).
10. Mitteinverteeriva sisendiga võimendi (sama, mis eelmine ). Skitseerida väljundpinge, kui toitepinge on 10 V ja siinuselist signaali amplituudiga 10 mV võimendatakse 1000 korda.
(väljundpinge on 1000 korda suurem ja seega kuni 10 V ning ei ole moonutatud).
11. Summaator (jälle sama, mis eelmised).
Kui nelja sisendiga summaatori sisendtakistused on 22 kΩ, milline peaks siis olema tagasiside ahela takistus, et summaatori väljundpinge oleks sisendpingete summa (keskmine)? Milline peab neil juhtudel olema mitteinverteeriva sisendi takisti sisendvoolude tasakaalustamiseks ?
(Summa korral peab tagasiseda ahela takistus olema 22 kΩ, keskmise korral 5,5 kΩ. Mitteinverteeriva sisendi takisti peab olema esimesel juhul 5 rööbiti ühendatud 22 kΩ takisti väärtus
e. 4,4 kΩ ning teisel juhul 4 rööbiti ühendatud 22 kΩ takisti väärtus ühendatuna veelkord rööbiti 5,5 kΩ takistusega ehk 2,75 kΩ.)
12. Integraator (ikka sama)
Milline on operatsioonivõimendiga realiseeritud intergraatori väljundpinge 1 s pärast, kui sisendisse rakendatakse perioodiliselt (100 ms perioodiga) 10 mV pingeimpulsid kestusega 50 ms (50 ms jooksul on pinge 0 V)? Operatsioonivõimendi toitepinge on  V, takisti takistus on 10 k ja kondensaatori mahtuvus 200 nF?
(Vool pinge rakendumisel on 1μA ja perioodi jooksul liigub kondensaatorile laeng 50 nC. 1 s on 10 100 ms perioodi ja seega kogulaeng on 500 nC. Väljundpinge kondensaatoril on (200 nF korral) -2,5 V.)
13. Milline on eeltoodud operatsioonivõimendiga realiseeritud intergraatori väljundpinge 5 s kui sisendisse rakendatakse alalispinge 2 mV?
(ajategur RC on 2 ms ja integraali leidmiseks piisab kui korrutada pinge ajaga ehk 0,01 V s. Pinge kondensaatoril saab jagades selle integraali ajateguri RC-ga ehk 5V.)