Tentamen Elektronica voor I/O 27 mei 2008

Transcriptie

1 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 1 van 11 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 Met uitwerkingen Vraag 1 Het spetrum van een signaal bevat de volgende frequenties: 250 Hz, 2 khz, 4 khz en 6 khz. Wat is de periodetijd van dit signaal? a. 0,5 ms b. 2 ms. 4 ms d. niet periodiek Oplossing [71%]. 2, 4 en 6 khz zijn veelvouden van 250 Hz, dus 250 Hz is de grondfrequentie; de inverse is de periodetijd. Vraag 2 Gegeven de volgende drie tijdsignalen: A. gelijkspanning van 8 V; B. een sinusvormige spanning met amplitude 4 V en gemiddelde waarde 0; C. een symmetrishe blokvormige periodieke spanning met amplitude 4 V en gemiddelde waarde nul; Plaats deze spanningen in volgorde van toenemende effetieve waarde. a. A-B-C b. B-C-A. C-B-A d. alle drie gelijk Antwoord b [53%]. De eff. waarde van signaal A is 8 V, die van signaal B 4 maal ½ 2 = 2,8 en van signaal C 4 V. Vraag 3 Bepaal van onderstaand driehoekvormig periodiek signaal v(t) met topwaarde A de gemiddelde waarde. Het signaal loopt oneindig lang door, er zijn slehts twee en een halve periode getekend. v(t) A 0 T t a. A/4 b. ¼A 2. A/2 d. ½A 2 Antwoord [65%]. Trek een horizontale lijn zodanig dat het oppervlak van het signaal boven en onder de lijn gelijk is. Vraag 4 Twee sinusvormige signalen met frequenties 3 khz en 5 khz worden met elkaar vermenigvuldigd. Uit welke frequentieomponenten bestaat het spetrum van dit produt? a. 3 en 5 en 8 khz b. 2 en 8 khz. 3 en 5 en 15 khz d. 15 khz

2 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 2 van 11 Antwoord b [22%]. Bij vermenigvuldiging onstaan sinussen met de som- en vershilfrequenties. Tijdens laatste ollege nog eens uitvoerig gedemonstreerd. Vraag 5 De overdraht van een zeker signaaloverdragend systeem wordt beshreven met de volgende 2 3 vergelijking: Vo = a Vi b Vi Vi. Het ingangssignaal V i is een zuiver sinusvormig signaal met frequentie 2,5 khz. Welke frequentieomponent zit NIET in het uitgangssignaal? a. 2,5 khz b. 5 khz. 7,5 khz d. 10 khz Antwoord d [43%]. Tot de maht n verheffen levert n-vouden van de ingangsfrequentie. Vraag 6 De volgende (blokvormige) spanning wordt op de ingang van een lineair, frequentie-afhankelijk systeem aangesloten. V i (V) Wat is een mogelijke vorm van het uitgangssignaal? (V) t (ms) a (V) t (ms) b (V) t (ms) (V) t (ms) d t (ms)

3 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 3 van 11 Antwoord d [67%]. Lineair, dus niet b en (gelijkrihterwerking); frequentie-afhankelijk, dus niet a. Vraag 7 De twee onderstaande iruits zijn equivalent. De omponentwaarden van het bovenste iruit zijn: R 1 = 1 kω, R 2 = 2 kω; C 1 = 1 nf; C 2 = 2 nf. C 1 R 1 C 2 R 2 C R Bepaal de waarden van R en C in het onderste iruit. a. 2/3 kω en 2/3 nf b. 2/3 kω en 3 nf. 3 kω en 2/3 nf d. 3 kω en 3 nf Antwoord [91%]. R = R 1 R 2 = 3 kω; C = C 1 // C 2 = 1/{1/1 1/2}= 2/3 nf. Vraag 8 Op t = 0 (s) wordt de shakelaar S in onderstaand iruit gesloten, en wordt de onensator met een onstante stroom opgeladen. Vóór dit tijdstip is de ondensator ongeladen. Bereken de spanning over de ondensator 0,5 ms na het sluiten van de shakelaar. S 2mA 100 nf - a. 0 V b. 1 μv. 100 mv d. 10 V dv Antwoord: d [25%]. I C C 1 = ofwel VC = Idt dt C ; de stroom is onstant, dus VC I = t. C Vraag 9 Men heeft een spanningsverzwakker ontworpen die een spanning V i moet halveren (zie onderstaand shema). De weerstandswaarde R bedraagt 1 kω. Uit een meting met een spanningsmeter blijkt de overdraht ehter slehts 0,49 te zijn. Dit blijkt toe te shrijven aan de ingangsweerstand van de spanningsmeter. Hoe groot is (in goede benadering) die ingangsweerstand?

4 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 4 van 11 R V i - R a. 20 Ω b. 40 Ω. 5 kω d. 50 kω Antwoord d. [29%]. De afwijking is 2%; de ingangsweerstand is dan 1/(2%) maal de weerstand waar de meter overheen staat, dus 50 maal 1 kω. Let op: niet antwoord a [41%]: het gaat over de ingangsweerstand van de METER, niet van de bron. Vraag 10 Bepaal van onderstaand model van een bron de kortsluitstroom (de stroom die loopt door een kortsluiting tussen de beide aansluitpunten rehts). 2R I R a. (1/3)I b. (1/2)I. (2/3)I d. I Antwoord a [33%]: de stroom verdeelt zih over de weerstanden R en 2R in een verhouding 2:1 (op diverse manieren te bepalen, toepassen van de wetten van Kirhhoff); door 2R loopt de kleinste van deze twee; totaal is I, dus door 2R loopt (1/3)I. Vraag 11 Bepaal van het volgende bronsysteem de bronweerstand. 15 kω 2mA 10 kω a. 6 kω b. 10 kω.15 kω d. 25 kω

5 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 5 van 11 Antwoord d [34%]. Om de bronweerstand te bepalen alle bronnen 0 maken; voor de stroombron betekent dit weglaten (immers, een ideale stroombron heeft een oneindig grote weerstand). Blijft de serieshakeling van de beide weerstanden (en niet de parallelshakeling [37%]). Vraag 12 Met een geluidsmeter wordt de geluidssterkte van een draaiende motor gemeten. De meter wijst 40 db aan. Uit de speifiaties blijkt dat 0 db overeenkomt met een vermogen van 1 μw. Hoeveel bedraagt het gemeten vermogen in watt? a. 4 μw b. 40 μw. 100 μw d. 10 mw Antwoord d [56%]: het gaat om vermogens, dus db-maat is 10.log(P m /P o ) = 40; P m /P o = 10 4 ; P m =10 4 maal 1 μw. Vraag 13 Gegeven een tweede-orde laagdoorlaatfilter met afsnijfrequentie (kantelpunt) 2 khz. Het filter heeft in de doorlaatband een overdraht 1. Wat is (bij benadering) de overdraht bij 40 khz? a. 1/400 b. 1/40. 1/20 d. 1/ 20 Antwoord a [10%]: gebruik asymptotishe benadering: in de sperband is de overdraht omgekeerd evenredig met de frequentie. Tussen 2 khz en 40 khz zit een fator 20; voor een eerste orde filter is de overdraht t.o.v. het kantelpunt een fator 20 lager; voor een tweede orde het kwadraat, dus 1/400. En niet b [39%] of [46%]. Vraag 14 Het onderstaande hoogdoorlaatfilter heeft een afsnijfrequentie gelijk aan 12 khz. Men sluit op de uitgang een ander iruit aan waarvan de ingangsweerstand eveneens R bedraagt. Wat wordt de nieuwe afsnijfrequentie van het geheel? C V i R a. 6 khz b. 12 khz. 16,8 khz d. 24 khz Antwoord d [54%]. Het kantelpunt bedraagt 1/(2πRC); door de belasting met nog eens R wordt de nieuwe weerstandswaarde de helft (ze staan parallel), dus het kantelpunt verdubbelt. Vraag 15 Welke vorm heeft de amplitudekarakteristiek (amplitude-overdraht als funtie van de frequentie) van onderstaand netwerk?

6 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 6 van 11 R 1 V i C R 2 Alle omponenten hebben een vershillende waarde. Alle getekende hellingen zijn of 6dB/otaaf. a b d Antwoord a [34%]: ga na wat de overdraht doet bij zeer lage frequenties (tot 0) en zeer hoge frequenties; in het eerste geval kan de invloed van C verwaarloosd worden en gedraagt het netwerk zih als een (frequentie-onafhankelijke) spanningsdeler; bij zeer hoge frequenties domineert C over R 2 en gedraagt het netwerk zih als een LD-filter. Dus niet d [37%], want bij zeer hoge frequenties gedraagt de ondensator zih als een kortsluiting. Vraag 16 Welke van de volgende uitspraken over een siliium pn-diode is JUIST? a. de doorlaatspanning bedraagt ongeveer 0,6 V b. de maximale sperspanning bedraagt ongeveer 0,6 V. de weerstand in doorlaatrihting is 0 Ω. d. in het doorlaatgebied neemt de spanning exponentieel toe met toenemende stroom Antwoord: a [56%]. Niet b: die spanning kan veel hoger zijn; niet, weerstand is wel laag, maar zeker niet 0: bij 1 ma toh nog 25Ω; niet d: juist andersom. Vraag 17 Welke van de volgende uitspraken over n-siliium is JUIST? a. de elektrishe geleidbaarheid van n-siliium is hoger dan in zuiver siliium b. de elektrishe geleidbaarheid van n-siliium neemt af bij toenemende temperatuur. de elektrishe geleidbaarheid van n-siliium wordt hoofdzakelijk bepaald door de onentratie van vrije gaten d. n-siliium wordt verkregen door zuiver siliium te doteren met 3-waardige atomen Antwoord a [68%]. Niet juist zijn b: neemt toe; : door elektronen; : met 5-waardige atomen.

7 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 7 van 11 Vraag 18 Welke van de volgende uitspraken over een ideale operationele versterker is ONJUIST? a. de ingangsstroom is nul b. de ingangsweerstand is nul. de uitgangsweerstand is nul d. in teruggekoppelde toestand is het spanningsvershil tussen beide ingangen nul. Antwoord b [62%]: een operationele versterker is een spanningsversterker, en die moet een zo hoog mogelijke ingangsweerstand hebben. Vraag 19 In de hierna gegeven inverterende versterkershakeling heeft de operationele versterker ideale eigenshappen. De weerstandswaarden R 1 en R 2 zijn resp. 1 kω en 100 kω. Uitgaande van deze versterkershakeling wil men de versterkingsfator wijzigen naar 50 maal, door het toevoegen van één weerstand. Dit wordt bereikt met de volgende maatregel: R 2 R 1 V i a. een weerstand van 1 kω parallel aan R 1 b. een weerstand van 50 kω parallel aan R 2. een weerstand van 100 kω in serie met R 2 d. ee weerstand van 100 kω parallel aan R 2. Antwoord d [67%]. De versterkingsfator bedraagt in eerste instantie 100 (nl R 2 /(R 1 ). Voor een halvering moet dus óf R 1 verdubbeld worden (d.w.z. een serieweerstand van 1 kω) óf R 2 moet gehalveerd worden (d.w.z. een weerstand van 100 kω parallel). Vraag 20 In onderstaand iruit heeft de operationele versterker ideale eigenshappen. Men wil een versterkingsfator realiseren van 20 maal. Met welke ombinatie van weerstandswaarden wordt dit bereikt?

8 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 8 van 11 R 2 R 1 V i a. R 1 = 100 Ω; R 2 = 2 kω. R 1 = 10 kω; R 2 = 500 Ω b. R 1 = 2 kω; R 2 = 38 kω d. R 1 = 19 kω; R 2 = 1 kω Antwoord b [57%]. De overdraht van een niet-inverterende versterker is 1 R 2 /R 1 ; dit moet 20 zijn, dus R 2 /R 1 moet 19 bedragen. Alleen de ombinatie 1 kω en 19 kω voldoet daaraan. Vraag 21 De drie ingangsstromen I 1, I 2 en I 3 in de volgende shakeling met ideale operationele versterker bedragen respetievelijk: 2 ma, 1 ma en 4 ma. 1 kω I 1 I 2 I 3 _ Bereken de uitgangsspanning. a. 7 V b. 1 V. 1 V d. 7 V Antwoord b [71%]. Toepassen van de stroomwet van Kirhhoff: de stroom door de weerstand is de som: 1 ma naar links (ofwel 1 ma naar rehts), dus de uitgangsspanning is 1 (ma) x 1 (kω) = 1 V. Vraag 22 Hieronder staat shematish een onstrutie van een brievenweger, met 4 draaipunten en een veer. Op draaipunt A is een absolute hoekenoder met bereik 2π rad bevestigd waarmee de verdraaiing kan worden gemeten. Het maximale meetbereik is 500 g, de daarbij behorende

9 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 9 van 11 maximale draaihoek is 90 graden. Bereken de resolutie van de enoder, nodig om gewihtsvershillen tot 2 gram nog net te kunnen meten. A veer a. 8 bit b. 9 bit. 10 bit d. 11 bit Antwoord: [47%]. 2 g op 500 g betekent minstens 250 te ondersheiden waarden, overeenkomend met 8 bit (256) (zou antwoord a [35%] hebben opgeleverd). Ehter, de enoder (bereik volle irkel) wordt slehts voor een 1/4 gebruikt, dus moet de resolutie 2 op 2000 zijn, ofwel 1 op 1000, dus 10 bit. Vraag 23 De relatie tussen temperatuur T en weerstand R(T) van een NTC wordt beshreven met één van de volgende vier vergelijkingen. Hierin is R(T) de weerstandswaarde bij temperatuur T en T R een referentietemperatuur. Welke vergelijking wordt bedoeld? = 0 R b. R ( T 2 ) = R 0 ( 1 αt βt ) a. R ( T) Rα ( T T) qv. RT ( ) = R0 e kt A. T TR RT Re = 0 d. ( ) Antwoord d [28%]. Vergelijking (8.2) uit ditaat. Antwoord [33%] hoort bij een pn-diode, dat is heel wat anders. Vraag 24 Een ultrasone transduent op basis van het piezo-elektrishe effet werkt alleen goed als deze in resonantie wordt aangestuurd. Een bepaald type piezo-elektrishe transduent heeft een resonantiefrequentie van 41 khz. Geef een shatting van de bandbreedte van deze transduent. a. 20 Hz b. 20 khz. 40 khz d. 41 khz Antwoord a [24%]. resonantie: sherpe piek in de frequentiekarakteristiek, ofwel smalle bandbreedte, t.o.v. de resonantiefrequentie. Vraag 25 Tijdens het ollege is een experiment gedaan met een ultrasoon afstandsmeetsysteem op basis van het time-of-flight prinipe. De geluidsfrequentie is 40 khz. Het blijkt dat de minimale afstand die dit systeem nog kan meten gelijk is aan ongeveer 5 m. Waardoor wordt dat veroorzaakt? a. de golflengte van het geluid is ongeveer 5 m, waardoor interferentie optreedt

10 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 10 van 11 b. de transduent is niet tijdig omgeshakeld van de zend-modus naar de ontvang-modus.. de uitgezonden geluidspuls is over die korte afstand nog niet op sterkte gekomen d. op die korte afstand is de eho te sterk, en er treedt oversturing op. Antwoord b [48%]. Niet a: de golflengte is minder dan 8 mm; niet : de bandbreedte van een elektrostatishe transduent is groot genoeg om het signaal snel op sterkte te krijgen; niet d: van het signaal wordt alleen de opgaande flank bepaald (ToF); de grootte doet er niet toe. Vraag 26 Een 8-bits AD omzetter heeft een ingangsbereik van 5 tot 5 V. Bepaal de uitgangsode voor een ingangsspanning van 4 V (MSB voorop). a b d Antwoord d [61%]. Merk op dat het MSB moet 1 zijn, immers de ode ligt halverwege het bereik, dus hier 0 volt; de antwoorden a en b zijn dus niet goed. Keuze tussen en d volgt uit het uitshrijven van de gewihtsfatoren. Vraag 27 Welke uitspraak over een DA-omzetter met laddernetwerk is ONJUIST? a. de ingangsweerstand van het totale netwerk is onafhankelijk van het aantal seties van de ladder (ofwel het aantal bits) b. de (totale) stroom die door een laddernetwerk vloeit neemt toe met toenemend aantal seties van de ladder (ofwel het aantal bits). de weerstanden van een laddernetwerk hebben slehts twee vershillende waarden: R en 2R d. het laddernetwerk dient ervoor om een reeks stromen te genereren: elke volgende stroom is de helft van de voorgaande Antwoord b [46%]: de stroom blijft juist gelijk, hetgeen ook volgt uit antwoord a. Vraag 28 Gegeven onderstaande waarheidstabel van een ombinatorishe shakeling. Welke logishe vergelijking wordt hiermee aangegeven? a b s a. a b b. ab. a b d. a b Antwoord: [66%]. Toepassen van de regeltjes.

11 Tentamen Elektronia voor I/O 27 mei 2008 pagina 11 van 11 Vraag 29 Gegeven onderstaande ombinatorishe shakeling opgebouwd met logishe poorten. a 1 =1 x b & y 0 Bepaal de uitgangsombinatie [x,y] voor de ingangsombinatie [a,b,] = [1,1,1] a. 00 b d. 11 Antwoord a [43%]. Vraag 30 Wat is de funtie van onderstaande shakeling met 4 flipflops? a 0 a 1 a 2 a 3 J J J J in K K K K 1 a. 4-bits opteller b. 4-bits multiplexer. 4-bits shuifgregister d. 4-bits binaire teller Antwoord d [37%]. Zie ditaat; niet verwarren met antwoord d [ook 37%]. Einde