SMG-1100 — Piirianalyysi I
2. välikoe 25.11.2008
Laskimen käyttö sallittu.
Tehtävät 1, 2 ja 3 yhdelle konseptille, ja tehtävät 4 ja 5 yhdelle konseptille. 1
II
IV
S Pen
Valitse oikea vaihtoehto seuraaviin väittämiin. Oikea vastaus antaa yhden Pisiee
väärä vastaus vastaavasti —1 pistettä. Vastaamatta jättäminen tuottaa kukin O pistettä. Kai-
kissa väittämissä sähkösuureet ovat sinimuotoisia.
Kondensaattori kytketään jännitelähteeseen. Kun jännitteen taajuus kasvaa, kondensaattorin
virta ,
a) kasvaa, b) pienenee, c) pysyy muuttumattomana, d) lähestyy nollaa.
Sarjaan kytketty RC-piiri kytketään jännitelähteeseen. Mikäli vastuksen resistanssi on 10 £,
kondensaattorin reaktanssi on -10 £, ja sarjaankytkennän virran tehollisarvo on 1 A,
lähdejännitteen tehollisarvo on tällöin
a) 20 V, b) 14.14 V, 02828 V, G) 10V.
Sarjaan kytketty RL-piiri kytketään jännitelähteeseen. Taajuus asetetaan siten, että induktii-
vinen reaktanssi ja resistanssi ovat yhtä suuret. Mikäli taajuutta kasvatetaan, niin Jännit-
teiden tehollisarvoille pätee :
a) Vr>V, b) VL> W, 0) V= Vr, d) VL=> Ve.
Puhtaasti induktiivisen kuorman loisteho on 10 VAr, jolloin kuorman näennäisteho on
a) OVA, b) 10 VA, c) 14.14 VA, d)3.16 VA.
Sarjaan kytketty RLC-piiri kytketään jännitelähteeseen. Resonanssitaajuudella jännitteiden
tehollisarvot ovat Vc = 150 V, VL = 150 V ja Vr = 50 V. Resonanssitaajuudella lähdejännit-
teen tehollisarvo on
a) 150 V, b) 300 V, 0) 50 V, d) 350 V.
Käämit A ja B ovat induktiivisesti kytketyt. Käämien välinen kytkentäkerroin halutaan kak-
sinkertaistaa. Mikäli käämin A induktanssi L. ja käämien välinen keskinäisinduktanssi halu-
taan pitää muuttumattomina, niin käämin B induktanssi Le
a) kaksirikertaistuu, b) puolittuu, c) nelinkertaistuu, d) pienenee neljäsosaan.
Tarkastellaan oheista suodatinkytkentää.
(a) Muodosta kytkennälle jännitevahvistuksen H(j&) lauseke.
(b) Minkä tyyppinen suodatin on kyseessä? Perustele vastauksesi.
(c) Laske rajakulmataajuus 0, kun Ri = 0.5 k2, R, = 1 k0 ja L=1 mH.
Kolmen sarjaankytketyn käämin välillä on induktiiviset kytkennät oheisen kuvan mukaises-
ti. Kytkennän virta i(t) noudattaa lauseketta
i()=2t+3e* (A).
Määritä kuvaan merkitty keskinäisindukatanssi M siten, että kutkennän yli olev
= saa arvon 24 V, kun aika ? rajatta kasvaa.
jännite x(t)
It
O amm
2 o NEN E s
GH 8H 10H
+ - Ut) -
. Laske jännitelähteen syöttämät pätö-, lois- ja näennäisteho oheisessa kytkennässä.
U =220/8 N, R=102, 7. =-j10 2
Millä taajuudella f jännitteen U, vaihekulma on 30* pienempi kuin lähdejännitteen E
vaihekulma? R = 10 k ja C=4.7 uF
m
O
|]
I
EI +
SMG-1100 — Piirianalyysi I
1. välikoe 9.10.2008 Mikkonen & Korpela
Tee tehtävät 1-3 yhdelle konseptille ja tehtävät 4-5 toiselle konseptille. Palauta kaksi
nimettyä ja opiskelijanumeroitua konseptia, vaikket kaikkiin tehtäviin vastaisikaan.
1. Vastuksen, jonka resistanssi on 100 £2, läpi kulkee sähkövirta i(?), joka noudattaa
ajan 1 funktiona lauseketta
i(1) =0.1+0.1e"* A.
Kuinka: ' paljon = sähköenergiaa — muuttuu — vastuksessa | lämpöenergiaksi
aikavälillä [0, 1] s? N
2. Mitoita oheisessa kytkennässä resistanssi R siten, että kyseisen vastuksen tehoksi
tulee 48 W. :
2:0
3. Jännitelähde (lähdejännite E ja sisäresistanssi R) on kytketty oheisen kuvan
mukaisesti puhtaasti resistiiviseen verkkoon, joka ei sisällä energialähteitä.
Verkon oikeaan reunaan on kytketty 3 £2:n vastus, jonka teholle P pätee:
. Jos lähdejännite E:on 12 V, 3 9:n vastuksen teho P on 6 W.
. Jos lähdejännite. E on 24 V, 3 £2:n vastuksen teho P on 24 W.
Mikä on 3 9:n vastuksen teho P, jos lähdejännite E saa arvon 36 V?
KÄÄNNÄ!
4. Ratkaise oheisesta kytkennästä 15 £2:n vastuksen yli oleva jännite.
5. Tasavirtalaitteen napoihin kytketään kuormavastus, jonka resistanssi R on 20 O.
Kuomnavastuksen teho on tällöin 80 W. Mikäli laitteen navat oikosuljetaan, on
-oikosulkuvirta 2.5 A. Kuinka suuri on Kuormavastuksen resistanssin oltava, jotta
* sen teho maksimoituu? Mikä on kyseisen maksimitehon arvo?
SMG-1100 — Piirianalyysi I
2. välikoe 23.11.2007 Mikkonen & Korpela
Huomioitavia juttuja: -
n Kirjoittakaa jokaiseen konseptiin nimenne ja opiskelijanumeronne.
" Palauttakaa tehtävät 1, 2 ja 3 samalla konseptilla.
n Palauttakaa tehtävät 4 ja 5 samalla konseptilla, joka on kuitenkin eri konsepti kuin se,
jolla tehtävät 1, 2 ja 3 sijaitsevat. .
» Palauttakaa joka tapauksessa kaksi nimettyä ja numeroitua konse]
1. — Selitä lyhyesti seuraavat vaihtosähköön liittyvät käsitteet.
(a) tehollisarvo
(b) reaktanssi
(97% — tehokerroin
& suodattimen rajakulmataajuus
(e kytkentäkerroin
(0 impedanssiparametriesitys
2. — Määritä lähdejännitteen u(f) hetkellisarvon lauseke, kun virran i.(?) hetkellisarvon lauseke on
i (1)=05 sin (2007) A.
28 1.6) 12
[ -!
5mF
3. — Laske jännitelähteen syöttämät pätö-, lois- ja näennäisteho oheisessa kytkennässä.
U =220/0 V,R=100, 7, =-j10 2
KÄÄNNÄ!
E
1. -— M
4. — Oheisessa kytkennässä vastuksen, käämin ja kondensaattorin sarjaankytkennän yli oleva
kokonaisjännite on 140 V. Laske kondensaattorin yli olevan jännitteen tehollisarvo, kun
1
kulmataajuus & saa arvon = Jic rad/s. Mistä on kyse?
12 41mH4 = 1nF
mn |
— |
1/0? v
5. — Kolmen sarjaankytketyn käämin välillä on induktiiviset kytkennät oheisen kuvan mukaisesti.
Kytkennän virta i(f) noudattaa lauseketta
i(1) =21+3e”.
Määritä kuvaan merkitty keskinäisinduktanssi M siten, että kytkennän yli oleva jännite x(?)
saa arvon 24 V, kun aika ? kasvaa rajatta.
M
c 4H 5H
Kt) e
>
a
mi mm am O
6H sh" f4on
o
+ ut) -
SMG-1100 — Piirianalyysi I
1. välikoe 10.10.2007 Mikkonen & Korpela
Tee tehtävät 1&2, 3&4 ja 5 omille konsepteilleen. Palauta joka tapauksessa kolme
nimettyä ja opiskelijanumeroitua konseptia, vaikket kaikkiin tehtäviin vastaisikaan.
3.
Oletetaan, että käyttämättömästä paristosta saadaan 9 mA:n vakiovirtaa 40 tunnin
ajan. Tänä aikana pariston napajännite putoaa suoran yhtälöä noudattaen 1.5 V:sta
1.0 V:iin. Kuinka paljon paristosta saadaan energiaa näiden 40 tunnin aikana?
Voit antaa vastauksesi joko jouleina tai wattitunteina.
Kolme eri teholuokan lamppua on kytketty 9 V:n paristoon oheisen kuvan
mukaisesti. Määritä lamppujen resistanssit. Huomaa, että lamput käyttäytyvät
piirianalyysin kannalta samalla tavalla kuin vastukset.
Mitoita oheisen kytkennän virtalähteen lähdevirta J siten, että kuvaan merkittyjen
napojen väliseksi jännitteeksi U tulee 15 V.
KÄÄNNÄ!
4.
Piirrä kytkentä, jota kuvaavat solmupisteyhtälöt ovat
[äjpen
1 1 1 1
Ja v =n ol,
i 1 1
v[aaa]aon J,
x
Kirjoita myös lauseke sille, kuinka paljon vastuksen R3 yli oleva jännite muuttuu,
jos virtalähde J; poistetaan kytkennästä.
Tasavirtalaitteen navoista mitattu oikosulkuvirta on 2.5 A. Mikäli laitteen
napoihin kytketään kuormavastus, jonka resistanssi on 20 €, kuorman ottama
teho on 80 W. Määritä laitteen tyhjäkäyntijännite. Mitoita edelleen laitteen
napoihin kuorma siten, että kuorman ottama teho maksimoituu. Laske myös
kyseisen maksimitehon arvo.
HUOM! Laske tehtävät 1 ja 2 samalle paperille, samoin tehtävät 3, 4 ja 5 samalle paperille.
SMG-1100 — Piirianalyysi I
1. välikoe 1.2.2006 Risto Mikkonen
ajan funktiona. Määritä vastuksessa dissipoitunut energia.
vt), V (1), A
4
2
2. n kappaletta samansuuruisia vastuksia on kytketty rinnan, jolloin kytkennän yhdistetty resis-
tanssi on 1 k. Kytkennän syöttövirta on 50 mA. Mikäli jokaisen vastuksen tehon kulutus
on 0.25 W, määritä
a) vastusten lukumäärä b) jokaisen vastuksen resistanssi
o) jokaisen vastuksen kautta kulkeva virta 4 kytkennän yli oleva jännite
3. Ratkaise oheisessa piirissä oikeanpuoleisessa 4 0:n vastuksessa kuluva teho.
20 ER
2
: F=V1
. 40 4n % )8V
29 | O Me RI
10
(0)
4. Määritä oheisessa piirissä lähdejännite £) siten, että virta 1, =0 A. =7.5 A, R,=50,R;=
40,R3=20,R=50jaRs=60.
KÄÄNNÄ!
Erään tasavirtalaitteen napoihin kytketään vastus Ri =4 92, jolloin vastuksen kautta kulkeva
virta on 1 A. Mikäli laitteen napoihin kytketään vastus R = 1 O, on vastuksen tehon kulutus
4 W. Minkälainen kuorma tulee kytkeä laitteen napoihin, jotta kuorman tehon kulutus mak-
simoituu? Mikä on kyseinen teho?