2016.12.21 host test og host - digital og analog v3 losningsforslag v31

LØSNINGSFORSLAG TILPrøve 21.12.2016.

Samt litt faglig repetisjon.

Emne 5

DigitalteknikkAnalog elektronikk

WEB: BYAU 15 – 18, 18/1-2017

Avslutningsprøve høstsemester WEB-klasse BYAU 2015 / 2018

Fag: Emne 5: Digitalteknikk og analog elektronikk

Antall oppgaver: 7 / 11

Faglærer elektro: Sven Åge [email protected]

Dato: Dato: 21/12- 2016

Prøven inneholder .GIF-bilder, i oppgave 9, så bruk .pptx-filen i Fronter for å simulere denne.

Varighet: 1600 – 2000

Hjelpemidler: Alle

FAGSKOLEN TELEMARK

DIGITALTEKNIKK

OPPGAVE 1: Digitalteknikk

a) Hvor mange bits er det i 1 byte ?

b) Skriv det desimale tallet 15 på binær form.

c) Skriv det desimale tallet 255 på binær form.

d) Skriv det desimale tallet 65535 på binær form.

e) Skriv det desimale tallet 65535 på heksadesimal form.

f) Hvor mange bytes er det i en KB ?

g) Hvor mange KB er det i en MB ?

OPPGAVE 1: Digitalteknikk – LØSNINGSFORSLAG:

a) Hvor mange bits er det i 1 byte ?





f) Hva mange bytes er det i en KB ? (OBS, stor K)

g) Hvor mange KB er det i en MB ? (OBS, stor K)


a) Hvor mange bits er det i 1 byte ? 8 bits





f) Hvor mange bytes er det i en KB ? (OBS, stor K)




b) Skriv det desimale tallet 15 på binær form. ?






2 – tallsystemet – det binære tallsystemet0 og 1 – Grunntallet er 2

Tallposisjonene har forskjelligvektlegging:

1. tallposisjon har verdien: 20 = 1








9. tallposisjon har verdien: 28 = 25610. tallposisjon har verdien: 29 = 512

Gjør om disse binære tallene til desimaltall:

0000 0001 = 0000 0001 =0000 0010 = 0000 0011 =0000 0100 = 0000 0111 =

0000 1000 = 0000 1111 =0001 0000 = 0001 1111 =0010 0000 = 0011 1111 =0100 0000 = 0111 1111 =1000 0000 = 1111 1111 =


0000 0001 = 1 0000 0001 = 10000 0010 = 2 0000 0011 = 30000 0100 = 4 0000 0111 = 7

0000 1000 = 8 0000 1111 = 150001 0000 = 16 0001 1111 = 310010 0000 = 32 0011 1111 = 630100 0000 = 64 0111 1111 = 1271000 0000 = 128 1111 1111 = 255



b) Skriv det desimale tallet 15 på binær form. 1111









c) Skriv det desimale tallet 255 på binær form. ?





2 – tallsystemet – det binære tallsystemet0 og 1 – Grunntallet er 2

Tallposisjonene har forskjelligvektlegging:









9. tallposisjon har verdien: 28 = 25610. tallposisjon har verdien: 29 = 512


0000 0001 = 0000 0001 =0000 0010 = 0000 0011 =0000 0100 = 0000 0111 =0000 1000 = 0000 1111 =0001 0000 = 0001 1111 =0010 0000 = 0011 1111 =0100 0000 = 0111 1111 =

1000 0000 = 1111 1111 =


0000 0001 = 1 0000 0001 = 10000 0010 = 2 0000 0011 = 30000 0100 = 4 0000 0111 = 70000 1000 = 8 0000 1111 = 150001 0000 = 16 0001 1111 = 310010 0000 = 32 0011 1111 = 630100 0000 = 64 0111 1111 = 127

1000 0000 = 128 1111 1111 = 255




c) Skriv det desimale tallet 255 på binær form. 1111 1111









d) Skriv det desimale tallet 65535 på binær form. ?




Kompendium side 1

20 = 1

21 = 2

22 = 4

23 = 8

24 = 16

25 = 32

26 = 64

27 = 128

28 = 256

29 = 512

210 = 1 024

211 = 2 048

212 = 4 096

213 = 8 192

214 = 16 384

215 = 32 768

216 = 65 536

217 = 131 072

218 = 262 144

219 = 524 288

220 = 1 048 576

221 = 2 097 152

222 = 4 194 304

223 = 8 388 608

224 = 16 777 216

225 = 33 554 432

226 = 67 108 864

227 = 134 217 728

228 = 268 435 456

229 = 568 870 912

230 = 1 073 741 824

231 = 2 147 483 648

AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30

210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G





d)Skriv det desimale tallet 65535 på binær form.1111 1111 1111 1111








d) Skriv det desimale tallet 65535 på binær form. 1111 1111 1111 1111

e) Skriv det desimale tallet 65535 på heksadesimal form. ?



Kompendium side 6







FFFF








e) Skriv det desimale tallet 65535 på heksadesimal form. FFFF

f) Hvor mange bytes er det i en Kilobyte (KB) ? (OBS, stor K) ?


Hvor mange bytes er det i en Kilobyte (KB) ? (OBS, stor K) ?







f) Hva mange bytes er det i en KB ? (OBS, stor K) 1024 bytes (k = kilo = 1000)









g) Hvor mange KB er det i en MB ? (OBS, stor K) ?

Hvor mange Kilobyte (KB) er det i en Megabyte (MB) ?








g) Hvor mange KB er det i en MB ? (OBS, stor K) 1024 KB


Lag sannhetstabell for hver av disse logisk portene og tegn også symbolet for hver av disse logiske portene:

a) OG

b) ELLER

c) IKKE

d) NOG

e) NELLER

f) Hva heter disse 5 logiske portene på engelsk ?



a) OG

b) ELLER

c) IKKE

d) NOG

e) NELLER

f) Hva heter disse 5 logiske portene på engelsk ? AND, OR, NOT, NAND, NOR

Sannhetstabell:



a) OG

b) ELLER

c) IKKE

d) NOG

e) NELLER

f) Hva heter disse 5 logiske portene på engelsk ? AND, OR, NOT, NAND, NOR

Logiske porter !


Skriv en liste med navnene / funksjon til disse komponentene:


Skriv en liste med navnene / funksjon til disse komponentene:

7400 – 4 x NOG


Skriv en liste med navnene / funksjon til disse komponentene:7400 – 4 x NOG 1 x OP-AMP



Microprosessor (CPU) med 8-bits databuss og 16-bits adressebuss



8-bits ADCAnalog til digital omformer




8-bits DAC Digital til analog omformer





7404 – 6 x IKKE8-bits DAC Digital til analog omformer



CD

AB00 01 11 10

00

01

11

10

Fyll ut Karnaugh-diagrammet på bakgrunn av sannhetstabellen og fortsett på neste side:

A B C D E F

1 0 0 0

1 0 0 1 1

1 0 1 0 1

1 0 1 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0 1

1 1 1 1

A B C D E F

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 1

San

nh

etst

abel

l fo

r en

fu

nks

jon

OPPGAVE 4 a): Digitalteknikk

CD

AB00 01 11 10

00 1 1

01 1 1

11 1

10 1 1 1

Fyll ut Karnaugh-diagrammet på bakgrunn av sannhetstabellen:

A B C D E F

1 0 0 0

1 0 0 1 1

1 0 1 0 1

1 0 1 1 1

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 0 1

1 1 1 1

A B C D E F

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 1

San

nh

etst

abel

l fo

r en

fu

nks

jon

OPPGAVE 4 a): Digitalteknikk

OPPGAVE 4 b): DigitalteknikkKarnaughdiagrammet er en grafisk fremstilling av funksjonsuttrykket.Hensikten med Karnaughdiagrammet er å forenkle funksjonsuttrykket mest mulig..

a) Les ut funksjonsuttrykket fordet røde området. (4 ruter)

b) Les ut funksjonsutrykket forgrønne området. (4 ruter)

c) Skriv opp funksjonsuttrykket fordet grønne området og bruk boolsk algebra til å forenkle funksjonsuttrykket mest mulig.

00

01

11

10

AB

CD





00

01

11

10

AB

CD_A C





00

01

11

10

AB

CD

_C D

Kompendium side 18

Repetisjon av Boolsk algebra forenkling:


c) Skriv opp funksjonsuttrykket fordet grønne området og bruk boolsk algebra til å forenkle funksjonsuttrykket mest mulig. 00

01

11

10

AB

CD


Tegn en logisk krets med porter / vippe for signal til start / stopp av en motor.Kretsen skal ha selvholdingsfunkjon, dvs huske når startsignal er gitt.

Inngangssignaler er: START, STOPP og VERNUtgangssignal er: DRIFT MOTOR

-F2 MOTORVERN

-S1 STOPP

-S2 START

MOTORVERN og bryter for STOPPSIGNAL er normalt lukket.

Bryter for STARTSIGNAL er normalt åpent.

-F2 MOTORVERN

-S1 STOPP

-S2 START

Sannhetstabell for OGFor å få startet motoren, må VERNET og STOPP ligge inne og START aktiviseres.

Eller kretsen er tilbakekoblet og husker at motoren er startet. Motoren stoppes ved stopp eller at vernet løses ut

-F2 MOTORVERN

-S1 STOPP

-S2 START

MOTORVERN og bryter for STOPPSIGNAL er normalt lukket.

Bryter for STARTSIGNAL er normalt åpent.

-F2 MOTORVERN

-S1 STOPP

-S2 START

Sannhetstabell for NOG:

Motoren startes med logisk «1» inn på SET på RS-vippa.

Hvis vern eller stopp aktiviseres, får vi logisk «1» ut fra NOG og RS-vippa resettes og motoren stopper.

OPPGAVE 6: Digitalteknikk: BOOLSK ALGEBRA OG FORENKLINGKAN DU FORENKLE FUNKSJONSUTTRYKKENE MEST MULIG:

Husk at f.eks (B+B) = 1

a) Q = ABCD + ABCD =

b) Q = ABCD + ABCD =

c) Q = ABCD + ABCD + ABD =

Kompendium side 17

Kompendium side 18

Repetisjon av Boolsk algebra forenkling:

Kompendium side 18

OPPGAVE 6: Digitalteknikk: BOOLSK ALGEBRA OG FORENKLINGKAN DU FORENKLE FUNKSJONSUTTRYKKENE MEST MULIG:

Husk at f.eks (B+B) = 1

a) Q = ABCD + ABCD =

b) Q = ABCD + ABCD =

c) Q = ABCD + ABCD + ABD =


a) Hva slags logisk funksjon utfører denne kretsen ?

b) Skiv opp sannhetstabellen for denne kretsen:

Kompendium side 14

7408 – AND - OG


a) Hva slags logisk funksjon

utfører denne kretsen ? OG



a) Hva slags logisk funksjon utfører denne kretsen ?


ANALOG ELEKTRONIKK

OPPGAVE 8: Analog elektronikk

a) Tegn kretssymbolet for en BJT NPN-transistor og angi navnet på hver terminal i tegningen. BJT = Bipolar Junction Transistor

b) Tegn kretssymbolet for en diode og angi navnet på terminalene på tegningen.

c) Tegn kretssymbolet for en zenerdiode og angi navnet på terminalene på tegningen.

d) Hva kan en diode brukes til ?

e) Hva kan en zenerdiode brukes til ?


a) Tegn kretssymbolet for en BJT NPN-transistor og angi navnet på hver terminal i tegningen.

BJT = Bipolar Junction Transistor


a) Tegn kretssymbolet for en BJT NPN-transistor og angi navnet på hver terminal i tegningen. BJT = Bipolar Junction Transistor


b) Tegn kretssymbolet for en diode og angi navnet på terminalene på tegningen.


b) Tegn kretssymbolet for en diode og angi navnet på terminalene på tegningen. Anode

Katode



Anode

Katode



Katode

Anode


d) Hva kan en diode brukes til ?


e) Hva kan en zenerdiode brukes til ?


a)Hva kan en zenerdiode brukes til ?

Spenningsregulator:

Spenningsregulator:

Ic

Ib

Ie

OPPGAVE 9: Analog elektronikk.

a) Nevn 2 funksjoner som transistorer brukes til.

a) Redegjør for hvordan denne kretsen fungerer.

c) Redegjør for forholdene mellom

de 3 strømmene Ic, Ib og Ie i transistoren.

d) Beregn ca størrelse på strømmengjennom R Lim.

Forutsett at UBE = +0,7VDC og UCE = +0,3VDC

e) Hva står forkortelsen LED for ?

f) Hva er typisk spenningsfall over en rød LED som lyser normalt ?

LIGHT EMITTING DIODE

Ic

Ib

Ie




Ic

Ib

Ie



Elektronisk bryter og forsterker


Ic

Ib

Ie


b) Redegjør for hvordan denne kretsen fungerer.


Ic

Ib

Ie


b) Redegjør for hvordan denne kretsen fungerer.

Når bryteren lukker, så legger det seg en spenning over BE som gjør at transistoren leder mellom C og E og fungerer som en elektronisk bryter. Spenningen over CE blir ca 0,3 VDC og lysdioden begynner å lyse. Røde lysdioder trenger ca 1,8VDC for å lyse normalt.


Ic

Ib

Ie


c) Redegjør for forholdene mellom

de 3 strømmene Ic, Ib og Ie i transistoren.


Emitterstrømmen er lik kollektorstrømmen + basestrømmenEn BJT er en strømstyrt strømkilde !

hfe = β (Beta) = Ic / Ibα (Alpha) = Ic / Ie

Ie = (β + 1) * Ib

Ie = Ic + Ib

Ie = Ib + IcIe = Emiter currentIb = Base currentIc = Collection current

Ic

Ib

Ie





Ic

Ib

Ie




Ohms lov: U = R · I

I = U / R

I = (9V – 1,8V – 0,3V) / 330 Ω

I = 6,9V / 330 Ω = 21 mA

6,9 VDC

1,8 VDC

1,8 VDC

0,7 VDC


Ic

Ib

Ie


e) Hva står forkortelsen LED for ?


Ic

Ib

Ie


e) Hva er typisk spenningsfall over en rød LED som lyser normalt ?

Ic

Ib

Ie




Colors and materials

Conventional LEDs are made from a variety of

inorganic semiconductor materials.

The following table shows the available colors with wavelength

range, voltage drop, and material:

https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_materials

Ic

Ib

Ie




Ca 1,8 VDC


a) Se figur A og figur B på neste side. Hva kalles kretsen i figur A på norsk ? Hva kalles kretsen i figur B på norsk ?

b) Skriv formelen for Uut på kretsen i figur A.

c) Skriv formelen for Uut på kretsen i figur B.

d) Vout i figur A er koblet til Vin i figur B. Alle resistansene har verdien 68kΩ. Vi forutsetter at begge OP-AMP er spenningsforsynet med +15VDC og -15VDC. Hva blir spenningen ut fra operasjonsforsterkeren i figur B,

hvis operasjonsforsterkeren i figur A tilføres spenningen +5VDC på Vin?



Inverterende forsterker: Ikke inverterende forsterker:

Inverterende forsterker:


U ut = - U inn * RF/R1

Ikke inverterende forsterker:

U ut = U inn * (1+RF/R1)



d) Vout i figur A er koblet til Vin i figur B. Alle resistansene har verdien 68kΩ. Vi forutsetter at begge OP-AMP er spenningsforsynet med +15VDC og -15VDC.

Hva blir spenningen ut fra operasjonsforsterkeren i figur B, hvis operasjonsforsterkeren i figur A tilføres

spenningen +5VDC på Vin?


U ut = - U inn * RF/R1

+5VDC


U ut = - 5VDC inn * 68k/68k = -5VCD

+5VDC


U ut = - 5VDC inn * 68k/68k = -5VCD

+5VDC -5VDC


U ut = U inn * (1+RF/R1)

-5VDC


U ut = -5VDC * (1+68k/68k) =

-5VDC


U ut = -5VDC * (1+1) =

-5VDC


U ut = -5VDC * 2 =

-5VDC


U ut = -5VDC * 2 = -10VDC

-5VDC


U ut = -5VDC * 2 = -10VDC

-5VDC

-10VDC

Figur A Figur B

VEDLEGG TIL OPPGAVE 10: Analog elektronikk

+5VDC

Figur A Figur B


+5VDC -5VDC

Figur A Figur B


+5VDC -5VDC

-5VDC

Figur A Figur B


+5VDC -5VDC

-5VDC

-10 VDC

Hvis området er 0-5 VDCfor denne analog til digital-omformeren,hva er oppløsningen ? 0-5 VDC

ADC



ADC


4 bit16 mulige verdier15 «trappetrinn»

0 – 5 VDC inn


ADC


4 bit16 mulige verdier15 «trappetrinn»0 – 5 VDC inn

Oppløsning = 5VDC / 15 = 0,33 VDC

Hvis området er 0-5 VDC,hva blir hvert trinn på her ?

0-10 VDC

ADC4-bits system:15 trinn:

24 -1 = 16-1 = 15

5V / 15 = 0,33V

Presisjonen eller oppløsning til et digitalt signal

a) Er bestemt av spenningene som benyttes for å kode ‘0’ og ‘1’

b) Er bestemt av antall bit i det digitale ordet

c) Er avhengig av samlingshastigheten

d) Er avhengig av klokkefrekvensen til det digitale systemet

OPPGAVE 12: Analog elektronikk DAC / ADC

Velg det alternativet du mener er riktig:

Presisjonen eller oppløsning til et digitalt signal

a) Er bestemt av spenningene som benyttes for å kode ‘0’ og ‘1’

b)Er bestemt av antall bit i det digitale ordetc) Er avhengig av samlingshastigheten

d) Er avhengig av klokkefrekvensen til det digitale systemet


AD-konvertering vil si

a) Å konvertere et dc-signal til et ac-signal

b) Å konvertere et ac-signal til et dc-signal

c) Å konvertere et digitalt signal til et analogt signal

d) Å konvertere et analogt signal til et digitalt signal


AD-konvertering vil si

a) Å konvertere et dc-signal til et ac-signal

b) Å konvertere et ac-signal til et dc-signal

c) Å konvertere et digitalt signal til et analogt signal

d)Å konvertere et analogt signal til et digitalt signal



Skriv en liste med navnene til komponentene:

LIKERETTERBRO:





Bipolar kondensator, f.eks til AC-motor.

Elektrolytt-kondensator, f.eks til glatting av DC-spenning.



RELE:RELE:



PSU – Power Supply Unit

Spenningsforsyning

24VDC / 5A



R - Resistans

L – Spole, induktor



Zenerdiode Diode



LEDLight Emitting Diode



Transistor

NPN


Skriv en liste med navnene til symbolene:


Skriv en liste med navnene til symbolene:

Fotodiode

AC-Spennings-forsyning

OP-AMP


a) Se datablader på de 2 neste sidene. Du ønsker å likerette en spenning på 400V / 50 HZ. DC-spenningen skal brukes til å få en lysdiode på 20mA til å lyse når det er spenning. Hvilken type likeretterdiode ville du valgt og hvorfor ?

Velg diode 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006 eller 1N4007.

Tips:

Hvor stor er spenningen ved maksimum / minimum ? Hvor stor spenning tåler den valgte dioden i sperreretningen ?


a) Se datablader på de 2 neste sidene. Du ønsker å likerette en spenning på 400V / 50 HZ. DC-spenningen skal brukes til å få en lysdiode på 20mA til å lyse når det er spenning. Hvilken type likeretterdiode ville du valgt og hvorfor ?

Velg diode 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006 eller 1N4007.

Tips: Hvor stor er spenningen ved maksimum / minimum ? Hvor stor spenning tåler den valgte dioden i sperreretningen ?

Maksimal spenning: (400V + 10%) · 𝟐 = 622,3 VDC


Grønne er OK


Grønne er OK

Røde er ikke OK(Kan kortslutte)


Lyser lampa, hvis du kobler opp denne kretsen slik ? Begrunn svaret.


Lyser lampa, hvis du kobler opp denne kretsen slik ? Begrunn svaret.

Lampa vil ikke lyse, fordi 0,5VDC i batterispenning er ikke nok til å overvinne sperresjiktet og gjøre dioden ledene.


Vurder om design på denne kretsen er OK eller om du vil gjøre en forbedring:


Vurder om design på denne kretsen er OK eller om du vil gjøre en forbedring:

Spolen mangler frihjulsdiode. Spolen lager høye spenninger når strømmen slås av og vil ødelegge transistoren. Frihjulsdioden trekker ned spenningen og lader ut spolen nårstrømmen slås av.

Er designet av disse kretsene OK ?

RELE

TIPS: SJEKK FRIHJULSDIODE PÅ RELE

Slik regner vi ut oppløsningen i digitale systemer:

3-bits system:

7 trinn: 23 -1 = 8-1 = 7 Hvis området er 0-10 VDC,blir hvert trinn på 3,333 V:

10V / 7 = 1,428 V 1,42 V

1,42 V

1,42 V

1,42 V

1,42 V

1,42 V

1,42 V 1

2

3

4

5

6

7

LSB

MSB

Pytagoras læresetning:

a2 + b2 = c2

Pytagoras læresetning:.

a2 + b2 = c2

2016.12.21 host test og host - digital og analog v3 losningsforslag v31

Education

Transcript of 2016.12.21 host test og host - digital og analog v3 losningsforslag v31