Løsningsforslag til EKSAMEN

Transkript

1 Løsningsforslag til EKSAMEN Emnekode: ITD006 Emne: Fysikk og datateknikk Dato: 09. Mai 007 Eksamenstid: kl 9:00 til kl :00 Hjelpemidler: 4 sider (A4) ( ark) med egne notater. Kalkulator. Gruppebesvarelse, som blir delt ut på eksamensdagen til de som har fått den godkjent Faglærer: Erling Strand Eksamensoppgaven: Oppgavesettet består av sider inklusiv denne forsiden. Kontroller at oppgaven er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgavesettet består av oppgaver. Alle oppgavene skal besvares. Alle oppgavene teller likt eksamen. Sensurdato: 4. Juni 007 Karakterene er tilgjengelige for studenter på studentweb senest dagen etter oppgitt sensurfrist. Følg instruksjoner gitt på: Oppgave a) Gitt følgende krets: Spenningen 7,0 V, motstandene 00 Ω og 00 Ω. ) Hvor stor er strømmen? Bruker Ohm s lov for å finne strømmen: I 7,0 ( + ) ( ) 7,0 00 0,007 [ A],7 [ ma] Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side av 9

2 ) Hvor stor er spenningen? I,7 0-00,8 [V] b) Gitt følgende krets: Spenningen V, motstandene K7 (700 Ω), K6, K, 4 0K, K, 6 K og 7 0K. egner først ut ekvivalentmotstanden X, som erstatter, 6 og 7 : X ( + 6 ) ( ) egner så ut ekvivalentmotstanden Y, som er parallellkoblingen av X og 4, summert med : X Y X + 4 ( ) egner så ut parallellkoblingen av Y og, som vi kaller Z : Y Z ( Y+ ) 9 ) Hvor stor er spenningen 7? Bruker spenningen 4, som ble regnet ut i punkt ): 6 4 6,9 7 4 I 6 4,9 000,9 0,7,7 6 X [ V] ) Hvor stor er strømmen gjennom motstanden 4? Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side av 9

3 egner først ut spenningen over. Bruker utregningen under punkt ) til det. ( I ),0 ( 0,8,7),0,9,7[ V] egner deretter ut spenningen over 4. 4 Y,7 748 ( I ),7 00,7 0,8,9 [ V] I, ,9[ ma] ) Hvor stor er strømmen gjennom motstanden? Strømmen gjennom motstanden er gitt av: I,0 ( Z + ) ( ) 0,8[ ma] c) Gitt følgende krets: Motstandene 0 K, 4 K, 8 K og F K ) Hva gjør denne kretsen? Altså; hva slags krets er det. Dette er en summasjonsforsterker. Den summerer spenningene 0, og. Hver av spenningene blir multiplisert med hver sin konstant før summasjon. Disse konstantene er gitt av forholdet mellom F og henholdsvis 0, og. ) Hva blir spenningen ut, uttrykt med 0, og? ut F F + F ( 0, + 0, + 0, ) 0 Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side av 9

4 ) Hva bli spenningen ut, da 0 V, V og 0 V? ut - (0, + 0, + 0, 0) - (,+,) -,7 [V] d) Gitt følgende krets: K og C 00 nf ) Hva slags krets er dette? Dette er et lavpassfilter. ) Hva er grensefrekvensen? Grensefrekvensen finner man ved å først finne overføringsfunksjonen: Zc Zc + jπf C + jπf C jπf C + Grensefrekvensen er der hvor imaginærdelen er lik realdelen i uttrykket for overføringsfunksjonen: πf g C π C π f g 9 7[ Hz] ) Lag en skisse av overføringsfunksjonen. Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side 4 av 9

5 Oppgave a) Gitt følgende krets: er en sinusformet spenning som har en peak-to-peak spenning på ± 0V, altså 0V. Lag en skisse av spenningen. Det er nok å ta med en periode langs x-aksen. Husk å målsette y-aksen. Det blir tilsvarende figur som på neste side, bare det at verdiene på y-aksen skulle gått til ± 0 V i stedet for ± V. skal ligge,4 V under. I figuren på neste side er det tatt med to perioder langs x-aksen. Det hadde vært nok med en periode. (Jeg har ikke laget egen figur til denne besvarelsen, bare tatt fra et løsningsforslag fra en øving, som hadde noe andre data) Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side av 9

6 b) Forklar virkemåten til følgende krets: Husk å beskrive hva spenningen ved Z er, ved forskjellige spenninger (0 Volt og +V Volt) på henholdsvis A og B. Når A har 0 Volt og B har +V Volt, vil det gå strøm fra +V igjennom motstanden og dioden ned til A. Da vil spenningen på Z være på +0,7 Volt. Tilsvarende vil det være når B har 0 Volt og A har +V Volt. Da vil strømmen gå fra +V igjennom motstanden og dioden ned til B. Da vil spenningen på Z være på +0,7 Volt. Når både A og B er på 0 Volt, vil det gå strøm fra +V igjennom motstanden og ned til både A og B igjennom hver sin diode. Spenningen på Z blir da også +0,7 Volt, da diodene er parallellkoblet. Når både A og B er +V Volt, vil det ikke gå strøm, og spenningen på Z blir da +V Volt. Altså samme spenning på begge sider av motstanden, fordi det ikke går noe strøm gjennom motstanden. Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side 6 av 9

7 c) Lag en digital krets som dividerer en frekvens på. Bruker en JK vippe, hvor både J og K er på logisk. Da toggler JK-vippa: d) Gitt følgende logiske uttrykk: Y A B C D + A B C D + A C D + C D Angi det forenklede logiske uttrykket og lag en kretstegning av uttrykket. Kan bruke Karnaugh diagram for å forenkle uttrykket: CD AB t fra Karnaugh diagrammet ser vi at det forenklede uttrykket blir: _ Y C Dette kan lages vha en inverterkrets. Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side 7 av 9

8 e) En digital krets som summerer to tall, kan brukes både ved summasjon og subtrasjon. Hvordan er det mulig å bruke en krets sum summerer to tall også å subtrahere to tall? Beskriv hvordan det kan gjøres. Bruk gjerne talleksempler for å belyse hvordan det virker. Du skal ikke tegne kretsskjema. Man kan gjøre om det ene tallet til et et negativt tall, så summerer man inn det negative tallet. Hvis man skal subtrahere A og B, altså A-B, så utfører man A+(-B). B kan gjøres om til et negativt tall ved å ta er komplementet av det. I en datamaskin er et negativt tall angitt ved å angi er komplementet av tallet. er komplement lager man ved å invertere hver bit og legge til. Ta for eksempel tallet, som er binært Invertering gir: 00 Legge til gir: 0 som altså er - Nå kan vi utføre 4-, som vi vet er + +4 : (-): Oppgave Du skal koble en Pt00 temperatursensor i en Wheatstones målebru. Over brua er det ±V. Gjør beregningene slik at spenningen ut av brua er 0 Volt ved 0 C. Ditt måleområde skal gå fra 0 C til +0 C. En Pt00 sensor har disse motstandsverdiene: 0 C 88, Ω + 0 C 9,4 Ω a) Lag en tegning av målebrua, og beregn motstandsverdiene. Plasser sensoren slik at spenningen ut av brua blir positiv da temperaturen øker. Ved å plassere sensoren, S, slik som i figuren på neste side, vil spenningen ut,, bli mer posistiv da temperaturen øker. Det er fordi S øker i motstandsverdi da temperaturen øker. På høyre side av brua, velger vi. Da vil spenningen ut bli 0 Volt på den siden. Det er ikke så viktig hvilken og får, så lenge de er like. Vanligvis kan de velges slik at det blir noenlunde samme strøm i begge grener av brua. F.eks 00 Ω. På venstre side av brua, der hvor sensoren er plassert, berner vi slik at spenningen ut er 0 Volt ved en temperatur på 0 C. Det gir 88, Ω. Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side 8 av 9

9 b) Beregn hvor stor spenning det er ut av brua ved + 0 C. Ved +0 C blir spenningen : 0,0 0,0 S,0 9,4,0 + 88, + 9,4 S 0,7[ V] c) tgangen fra brua skal kobles til en ADC med et spenningsområde fra 0 V til + V. Hvor stor forsterkning må du ha i forsterkeren, som skal plasseres mellom brua og ADC en? Når det er en spenning på +0,7 Volt ut av brua, skal det være +,0 Volt etter forsterkeren. Forsterkeren må da forsterke:,0/0,7 6,67 ggr d) Hvilken type forsterker ville du ha valgt, og hvorfor? Jeg ville ha valgt en differensial forsterker, fordi der blir støyen inn tatt bort. Den gir det beste signal/støy forholdet. Man kunne også ha brukt ikke-inverterende forsterker, fordi når spenningen ut av brua er positiv, skal spenningen ut av forsterkeren også være posistiv. Løsningsforslag til Eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 09/0-007 Side 9 av 9