Oefeningen

Elektronica I
Oefeningen
Academiejaar 2002-2003
Prof. dr. ir. Dirk Stroobandt
Elektronica I - oefeningen 0
--1--
Theorie
Overzicht
– Maandag 14:30 -- 16:00 en woensdag 11:30 -- 13:00
– Prof. Jan Van Campenhout (Technicum, lokaal S1)
Practica
– Afgewisseld met oefeningen op maandag 10:00 -- 13:00
– Michiel De Wilde (Technicum, lokaal S8), Harald Devos (Technicum, lokaal S5) en Hendrik Eeckhaut (Technicum, lokaal S6)
Oefeningen
– Maandag 10:00 -- 11:30: auditorium F (oefeningen aan bord)
– Maandag 11:30 -- 13:00: PC-klas E (oefeningen met PSpice)
– Dirk Stroobandt
• Technicum, lokaal S3 (telefoon 09 264.34.01)
• E-mail: [email protected]
Nieuwsgroep:
rug.ftwe.eli
Site: http://www.elis.rug.ac.be/courses/elI/
Elektronica I - oefeningen 0
--2--
Afspraken
Opzet van de oefeningensessies
– Leren redeneren over elektronische schakelingen
– Geen lange berekeningen tijdens de sessie
– Evaluatie en bespreking van de oplossing met hulp van PSpice
Wat verwacht ik van jullie?
– Voorbereiding van 2 oefeningen per sessie
• 1 oefening over de stof van de vorige sessie
• 1 oefening over de stof van de huidige sessie
– Inoefenen door thuis oplossen van overblijvende oefeningen
• Elke sessie 1 opgave (wie ze de volgende sessie afgeeft, krijgt ze
verbeterd terug)
• Andere oefeningen ook oplossen wordt sterk aangeraden
– De nodige aandacht tijdens de sessies
Elektronica I - oefeningen 0
--3--
Afspraken
Wat krijg je daarvoor terug?
–
–
–
–
–
Bespreking van de oplossingstechnieken in de sessie
Leren werken met PSpice om je oplossingen te controleren
Uitgebreide behandeling van de voorbereidde oefeningen
Oplossing van de opgave voor thuis via verbeterde versie
Mogelijkheid tot het indienen en laten verbeteren van
opgeloste oefeningen
– Mogelijkheid tot het stellen van vragen zowel tijdens de
sessies als buiten de lesuren
Elektronica I - oefeningen 0
--4--
Elektronica I
Oefeningensessie 0
Lineaire netwerken
Elektronica I - oefeningen 0
--5--
Oefening 1.2
r
E
b
a
V1
a
R
V2
1 Bereken V1 en V2
2 Bereken a en b zodat de spanningsverzwakking ligt
tussen 3 en 6 voor weerstanden R groter dan of
gelijk aan 2r
3 Thévenin en Norton van bron + verzwakker
Elektronica I - oefeningen 0
--6--
Oefening 1.9 (2.)
5W
R1
10V
R1
10W R2
V
R1
R2
R1
R2
R1
Oefening 1.14
I1
I0
100V
R2
50W
R1
R1
40W
I2 I3
40W
I4
R3
100W
R3 100W
D3
200W
I5
E=20V
100V
200W D3
Elektronica I - oefeningen 0
400W D2
--7--
E=20V
Oefening 1.15
? 1. Teken netwerk met weerstand tussen A en B =
R
R1 R3  R1 R4  R2 R3  R2 R4  R3 R4
R1  R2  R3
? 2. Is dit het enige mogelijke netwerk?
? 3. Synthetiseer een netwerk met een totale
weerstand R met: 5 R4, 2 R3, 2 R2 en 4 R1
Geen R1 in serie plaatsen en R3 = 2 R2
Elektronica I - oefeningen 0
--8--
Oefening 1.15
? 1. Teken netwerk met weerstand tussen A en B =
R
R1 R3  R1 R4  R2 R3  R2 R4  R3 R4
R1  R2  R3
R R  R2 R3  ( R1  R2  R3 ) R4
R 1 3
R1  R2  R3
( R1  R2 ) R3
R1  R2  R3
( R1  R2 ) R3
 R4 
 R4 
1
( R1  R2 )  R3
A
R4
R2
 R4 
R
?3
R1
1
 1
R3
( R1  R2 )
B
? 2. Is dit het enige mogelijke netwerk?
– Nee, bvb.
R2
=
R2
R2
R2
R2
Elektronica I - oefeningen 0
--9--
Oefening 1.15
? 3. Synthetiseer een netwerk met een totale
weerstand R met: 5 R4, 2 R3, 2 R2 en 4 R1
Geen R1 in serie plaatsen en R3 = 2 R2
A
R4
R4
R4
A
R4
R2
R4
=
R3
R2
R4
R3
R1
B
R1
B
Elektronica I - oefeningen 0
--10--
Oefening 1.15
? 3. Synthetiseer een netwerk met een totale
weerstand R met: 5 R4, 2 R3, 2 R2 en 4 R1
Geen R1 direct in serie plaatsen en R3 = 2 R2
A
R4
R4
R4
A
R4
R2
R4
=
R3
R4
R3
R3
R1
R1
R1
R1
R2
R1
B
R2
B
Elektronica I - oefeningen 0
--11--
Oefening 2.4 (2.)
? De schakelaar S is sinds geruime tijd gesloten. Op
t=o wordt S geopend en na 5 ms opnieuw gesloten.
Schets v(t).
R1=8kW, R2=2kW, R3=1,4kW, C=1mF, I0=1mA.
R3
R1
R2
C
I0
V(t)
S
Elektronica I - oefeningen 0
--12--
Oefening 2.4 (2.)
? De schakelaar S is sinds geruime tijd gesloten. Op
t=o wordt S geopend en na 5 ms opnieuw gesloten.
Schets v(t).
– Net voor t=0:
v(0  )  R2 I 0  2V
1,4kW
R3
8kW R1
R2 2kW
C
1mA
I0
Elektronica I - oefeningen 0
S
--13--
V(t)
Oefening 2.4 (2.)
? De schakelaar S is sinds geruime tijd gesloten. Op
t=o wordt S geopend en na 5 ms opnieuw gesloten.
Schets v(t).
– Net voor t=0:
v(0  )  R2 I 0  2V
1,4kW
R3
– 0 < t < 5ms:
C
I
dv(t )
 I 0  v(t )  0 (t  R2C )
dt
C
 1000 Vs (t  2ms)
– t = 5ms:
8kW R1
R2 2kW
C
1mF
1mA
I0
v(5ms)  7V
Elektronica I - oefeningen 0
S
--14--
V(t)
Oefening 2.4 (2.)
? De schakelaar S is sinds geruime tijd gesloten. Op
t=o wordt S geopend en na 5 ms opnieuw gesloten.
1,4kW
Schets v(t).
R3
– t = 5ms:
8kW R1
v(5ms)  7V
– t > 5ms:
dv(t )
I0  C

dt
R2 2kW
v(t )  R3C dv(t )
dt
I0
V(t)
S
R2
t

dv(t )
 C ( R2  R3 )
 v(t )  R2 I 0  v(t )  A  Be 
dt
met
C
1mF
1mA
  ( R2  R3 )C  3,4ms

A  2V

 7V   
5 ms


3, 4 ms

 21,76V
A  R2 I 0  2V 
 B  5Ve

A  Be

5 ms

Elektronica I - oefeningen 0
--15--
Oefening 2.7
?Bepaal x en M zodat de brug steeds in evenwicht is.
R2 I1  R3 I 3  R3 ( I2  I1 )
I1
V1
M
L
L
I1
V2
I3
I2
i
V
~
 I2 
R2  R3
I1
R3
 I3 
R2
I1
R3
xI3  V1  R1I1
I3

R3 1 
R  R3
 sLI1  sM 2
I1  R1I1 
R2 I1 
R3

R1R3

x

 40W

R2

 R3
M 
L  0,08H

R2  R3
x
Elektronica I - oefeningen 0
--16--
Oefening 2.14
? Geshunteerde T
Transferfunctie T(s)=E2/E1
2R
C
2R
C
C
C
=
E1
R/2
E2
I0
E1
E2
R/2
1. – Bron E1 geeft aanleiding tot een nog onbekende stroom I0.
– Wegens uniciteit oplossing: bron I0 leidt tot spanning E1
– E2 is in beide gevallen identiek
E2 E2 I 0 T2
E1

I 0 E1

T1
– Stroomdeling is hier veel gemakkelijker dan spanningsdeling.
Elektronica I - oefeningen 0
--17--
Oefening 2.14
? Geshunteerde T
2.Transferfunctie T(s)=E2/E1, =CR
I1
2R
C
I2
I1
I0
I0
E1
R/2
I0
sC I 
0
2(1  s )
2R  2
sC
2R  1
sC I  (1  2 s ) I 0
I2 
0
2(1  s )
2R  2
sC
I1 
C
E2
1
I2 R
E1 R s 2 2  3s  1
E1 
 I0 

 T1
sC 2
I 0 2 s (1  s )
I1 R
E2 R s 2 2  s  1
E2 
 I0 

 T2
sC 2
I 0 2 s (1  s )
T2
s 2 2  s  1
T  2 2
T1 s   3s  1
Elektronica I - oefeningen 0
--18--
Oefening 2.14
? Geshunteerde T
3.Polen-en-Nullendiagram, f=50Hz verzwakt
Im
s 2 2  s  1
T 2 2
s   3s  1
– Nullen
s   s  1  0  s1, 2
2 2
– Polen
   3 j

2 2
s 2 2  3s  1  0  s1, 2 
Re
 3  5
2 2
– 50Hz verzwakt als
3
2
 2 50   
3
s  2,76ms
200
Elektronica I - oefeningen 0
--19--
Oefening 2.14
? Geshunteerde T
4.Differentiaalvergelijking
s 2 2  s  1
T 2 2
s   3s  1
 2 d dte (t )  3
2
2
2
de2 ( t )
dt
5.Overgangsverschijnsel
C1e
 e2 (t )   2
 ( 3 5 )
t
2
 C2 e
d 2e1 ( t )
dt
2

de1 ( t )
dt
 e1 (t )
 ( 3 5 )
t
2
6.Waartoe dient de schakeling?
– Om stoorinvloeden van de netfrequentie uit te filteren
Elektronica I - oefeningen 0
--20--
Inleiding diode
Diodekarakteristiek (Shockley-vergelijking)
V
I
I (mA)
 qV

kT

I  I1  e  1


I1  10 9 mA
kT
q
 30mV
I1
– Sterk niet-lineaire karakteristiek
– V < drempel: diode als open keten (grote weerstand)
– V > drempel: diode als spanningsbron (kleine weerstand)
700 V (mV)
Rd
~1/Rd
Vd
V<Vd V>Vd
Vd
Elektronica I - oefeningen 0
V<Vd
--21--
V>Vd
Oefening 3.1
I (mA)
 qV

kT
I  I1  e  1


dI
 I1
dV
q
kT
e
qV
kT
Rd
~1/Rd
V<Vd
(Iw,Vw) x
V>Vd
I1
– Eerste-orde benadering in (Iw,Vw):
I  Iw 
dI
dV
(V  Vw )  I w 
V Vw
V (mV)
1
(V  Vw )
Rd
qV
kT  kTw
kT
1
Rd 
e

qI1
q I1  I w
Vd  Vw  I w Rd 
Vd
1) Iw = 1 mA:
kT 
I 
ln 1  w   I w Rd
q
I1 

Rd  30W
Vd  591,7mV
2) Iw = 1,5 mA: Rd  20W
Vd  603,9mV
Elektronica I - oefeningen 0
--22--