beke1213010910 peranti elektronik

5/17/2018 beke1213010910 Peranti Elektronik

1/21

SULIT

UNlVERSITI TEKNlKAL MALAYSIA MELAKAPEPERIKSAAN AKHIR SEMESTER I

SESI2009/2010FAKULTIKEJURUTERAANELEKTRIK

KOD MATAPELAJARAN : BEKE 1213MATA PELAJARAN :PERANTIELEKTRONrnKPENYELARAS : MD HAIRUL NIZAM BIN TALm (P)ANIS NIZA BTE RAMANIKURSUS : BEKC, BEKE &BEKPMASA :2JAMTARIKH : 10 NOVEMBER 2009TEMPAT : KOMPLEKS SUKAN

ARAHANKEPADACALON1. Kertas soalan ini mengandungi LIMA (5) soalan.2. Jawab mana-mana EMPAT (4) soalan.3. Jawab soalan di dalam kertas jawapan yang disediakan.

KERTAS SOALAN INI TERDIRI DARIPADADUA PULUH SATU (21)MUKA SURAT SAHAJA(TERMASUK MUKA SURA T HADAP AN)

SULIT


2/21

BEKE 1213

SOALAN 1

a) Lukiskan struktur atom bagi kuprum (nombor atom = 29). Tunjukkan pengiraan untukmendapatkan bilangan elekron bagi setiap orbit.

(3 markah)

b) Terangkan bagaimana berlakunya pembentukan kawasan susutan.(3 markah)

c) Apabila satu diod disambungkan pada sumber arus terus (AT), lukiskan litar diod tersebutdalam keadaan:

i) pincang hadapanii) pincang songsang

(2 markah)

d) Dapatkan voltan keluaran, Vout dan arus diod, I D bagi litar dalam Rajah S1.

+1DV

+Ge 1.1kQ

Vout+

Rajah S1 Litar pincang diod(5 markah)

-2-

SULIT

SULIT


3/21

SULIT

BEKE 1213

e) Kumpulan anda telah ditugaskan untuk merekabentuk satu bekalan kuasa arus terns (AT)dari masukan satu fasa 100Vac, 50Hz. Anda pula ditugaskan untuk merekabentukbahagian penerus bagi sistem bekalan kuasa tersebut berdasarkan spesifikasi komponen -komponen bagi pengubah, diod dan perintang seperti di bawah:-

Nisbah pengubah, Nl:N2 = 5:1Diod: IN4002 (jenis Silikon), Voltan Songsang Puncak (PIVD) =50VPerintang =5kn

Dalam kertas kerja, anda dikehendaki menunjukkan:i) Lukis rekabentuk litar tersebutii) Dapatkan voltan sekunder puncak, Vp(sec)i) Dapatkan voltan keluaran puncak, Vp(out)ii) Lakarkan gelombang voltan keluaran, Voiii) Dapatkan purata voltan keluaran, VAVG@VDC

(12 markah)[25 markah]

-3-SULIT


4/21

SOALAN2

BEKE 1213

a) Terangkan fungsi setiap komponen asas yang terdapat di dalam bekalan kuasa arus terus.(4 markah)

b) Apakah yang berlaku pada voltan riak apabi1a nilai perintang beban, RL yangdisambungkan kepada sumber bekalan dikurangkan?

(2 markah)

c) Dapatkan nilai kapasitor penapis dalam Rajah S2 (c) yang diperlukan untuk menghasilkanfaktor riak sebanyak 0.01. Voltan keluaran puncak pada litar penerus ialah 18V danfrekuensi ialah 120Hz.

RL1.SkO

Rajah S2 (c) Litar penerus penuh gelombang dan penapis(5 markah)

-4-

SULIT

SULIT


5/21

SULIT!

BEKE 1213

d) Lakarkan gelombang keluaran, Vo bagi litar dalam Rajah S2 (d). Diod di dalam litar inidigunakan sebagai pengapit. Diberi diod silikon VD ::::;0.7V.

CVi ++

20V SiVi R Va

0E +5V_20V - - - - - -'--- _ _J

Rajah S2 (d) Litar pengapit(7 markah)

e) Lakarkan gelombang keluaran, Vo bagi litar dalam Rajah S2 (e). Diod di dalam litar inidigunakan sebagai pengetip. Diberi diod silikon VD ::::;0.7V.

0 VV'v2.2kO +Vi +E +lOV -- 4V

Vi Vat Si

-lOV --------

Rajah S2 (e) Litar pengepit(7 markah)

[25 markah]

-5-SULIT


6/21

SULIT

BEKE 1213

SOALAN 3

a) Nyatakan keadaan pmcangan bagi membolehkan sebuah transistor beroperasi dalamkeadaan aktif

(2 markah)

b) Takrifkan:i) de beta (~De)ii) de alpha (one)

(2 markah)

e) Buktikan bahawa U= _0_~+1(5 markah)

d) Tentukan samada transistor dalam Rajah 83 (d) berada dalam keadaan tepu atau tidak.(6 markah)

Re 3900

Vss~3V~DC= 125

-~+ VeeI 8VRs

1Rajah 83 (d) Titik operasi AT transistor

-6-SULIT


7/21

SULIT

BEKE 1213

e) Konfigurasi pincang tetap bagi transistor NPN mempunyai titik Q dan garis beban sepertiyang ditunjukkan dalam Rajah S3 (e), dapatkan:

i) ICQ and VCEQii) Rciii) RBiv ) ODc

(10 markah)

Ie (rnA)

Vee = 20V

R B R e+

Ve E

Rajah S3 (e) Lengkung garis beban AT

[25 markah]

-7-SULIT


8/21

SULIT

BEKE 1213

SOALAN 4

a) Berpandukan pada pelan binaan dalam Rajah S4 (a), terangkan apa yang berlaku apabilaVos = OVdan VDS dinaikan dari OVke nilai vo1tan yang lebih tinggi.

(6 markah)

+

G

Rajah S4 (a) Ilustrasi keratan rentas JFET

b) Lukiskan lengkuk ciri IV (ciri saliran) bagi situasi di atas.(2 markah)

c) Lakarkan ciri pindah bagi suatu JFET, diberikan ISS = 15mA dan ">-4V. Kemudian,tentukan I D pada VGS = -2.5V.

(5 markah)

d) Apa perbezaan di antara E-MOSFET dan D-MOSFET dari segi ciri elektrik.(2 markah)

-8-SULIT


9/21

SULIT

BEKE 1213

e) Berdasarkan pada litar dalam Rajah S4 (e), voltan merentasi perintang, VRS =5V, tentukani) Arus salir, IDii) Voltan punca ke salir, VDSiii) Pemalar, k bagi MOSFET tersebut.

Vnn=15V

Rsz.ssn

Rajah S4 (e) Konfigurasi pembahagi voltan(10 markah)[25 markah]

-9-SULIT


10/21

SULIT

BEKE 1213

SOALANS

a) Nyatakan 'hukum penting' bagi menganalisa penguat kendali.(3 markah)

b) Apakah kebaikan penguat kendalian (op-amp)?(2 markah)

c) Berpandukan litar pada Rajah S5 (c):i) Namakan jenis amplifier tersebutii) Terbitkan persamaan bagi v.,dalam sebutan RI, R2 and VI.iii) Jika VI =500mV, RI =1kO, R2=4kO, tentukan nilai Vout.iv) Apa yang perlu di buat untuk meningkatkan nilai gandaan pada litar tersebut.

v.,

Rajah S5 (c) Litar penguat kendali(9 markah)

d) Berdasarkan kepada penguat kendalian berbilang peringkat yang ditunjukkan dalamRajah S5 (d):i)namakan jenis penguat kendalian bagi litar 1 dan 2ii) kirakan voltan keluaran bagi penguat, Vol dan Vo2.

-10-SULIT


11/21

Circuit 1 RllOOkn

SULIT

BEKE 1213

Circuit 2 R..=20kO

I- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Rajah S5(d) Penguat kendali berbilang peringkat

(11 markah)[25 markah]

-11-SULIT


12/21

, ' SULIT

BEKE 1213

QUESTION 1

a) Draw the atomic structure for copper (number of atom =29). Show the calculation to getthe number of electrons in each shell.

(3 marks)

b) Describe the formation of depletion region.(3 marks)

c) When a diode is connected to a DC source, draw how the diode is in:i) forward biasedii) reverse biased.

(2 marks)

d) Determine the output voltage, Vout and the diode current, I D for the circuit shown in FigureQ1.

+Ge 1.1kQ

+ Vout10V

Figure Q1 Diode bias circuit(5 marks)

-12-SULIT


13/21

SULIT

BEKE 1213

e) Your group has been assigned to design a DC power supply from a 100Vac, 50Hz single-phase input. Your task is to design a rectifier stage with the components' specification fortransformer, diodes and resistor as below.-

Transformer ratio, NJ:N2 =5:1Diode: IN4002 (Silicon type), Peak Inverse Voltage (PIVD) =50VResistor =5k.Q

In your proposal, you are required to:i) Draw the designed circuitii) Determine the peak secondary voltage, Vp(sec)iii) Determine the peak output voltage, Vp(out)iv) Sketch the waveform of output voltage, Vov) Determine the average output voltage, VAVG@VDC

(12 marks)[25 marks]

-13-SULIT


14/21

SULIT

BEKE 1213

QUESTION 2

a) Explain the function of the basic parts in typical DC power supply.(4 marks)

b) What will happen to the ripple vo ltage if the load resistance, RL connected to a filteredpower supply is decreased?

(2 marks)

c) Determine the value of filter capacitor in Figure Q2 (c) required to produce a 0.01 ofripple factor. The rectifier produces a peak output voltage of 18V and the frequency is120Hz.

RL1.5kO

Figure Q2 (c) Full wave rectifier and filter circuit(5 marks)

-14-SULIT


15/21

SULIT

BEKE 1213

d) Sketch the output waveform, Vo for the circuit of Figure Q2 (d). Diode will be used as aclamper. For silicon diode, VD :::::O .7V .

Vi C++20V

SiVi R V o0

E +-20V - -- -- 5V

Figure Q2 (d) Clamper circuit(7 marks)

e) Sketch the output waveform, Vo for the network of Figure Q2 (e). Diode will be used as aclipper. For silicon diode, VD :::::O .7V .

Vi 0 V V V E l.2kO ++4V

t Vi V o

Si

Figure Q2 (e) Clipper circuit(7 marks)[25 marks]

-15-SULIT


16/21

SULIT

BEKE 1213

QUESTION 3

a) State the biasing condition in order for a transistor to operate in the active region.(2 marks)

b) Defme:i) de beta (l3oc)ii) de alpha (Qbc)

(2 marks)

c) ~Prove that a= -~+1(5 marks)

d) Determine whether the transistor in Figure Q3 (d) is saturated or not.(6 marks)

3900

~DC= 125----'-+- Vee

I 8V

Figure Q3 (d) Transistor DC operating point

-16-SULIT


17/21

BEKE 1213

SULIT

e) For the fixed-bias configuration ofNPN transistor having Q-point and load line as shownin Figure Q3 (e), determine:

i) ICQ and VCEQii) Rciii) R8iv) ODc

Ie (rnA)

Figure Q3 (e) DC load line curve

-17-

(10 marks)

Vee = 20V

R s+

[25 marks]

SULIT


18/21

SULIT

BEKE 1213

QUESTION 4

a) Based on the construction diagram in Figure Q4 (a), explain what is happening whenVGS=Ovand VDSis increased from OVto a more positive voltage.

+

G

Figure Q4 (a) Illustration of JFET cross section area(6 marks)

b) Draw the IV characteristic curve (Drain characteristic) for the above situation.(2 marks)

c) Sketch the transfer characteristics for the JFET transistor, given ISS = 15mA andVp= -4V. Hence, determine I D at VGS = -2.5V. (5 marks)

d) What is the difference between enhancement and depletion type MOSFET in terms ofelectrical characteristics?

(2 marks)

-18-SULIT


19/21

SULIT

BEKE 1213

e) Based on the circuit diagram shown in Figure Q4 (e), and that the voltage across theresistance VRs= 5V, determine;

i) the drain current, 10ii) the drain to source voltage, V nsiii) constant, k ofthe MOSFET.

R J250kn

Voo=15V

Ro2.2kn

Rsz.ssn

Figure Q4 (e) Voltage divider configuration(10 marks)[25marks]

-19-SULIT


20/21

SULIT

BEKE 1213

QUESTIONS

a) State the 'important rules' for analyzing operational amplifiers.(3 marks)

b) What are the advantages of the op-amp?(2 marks)

c) Based on the circuit diagram shown in Figure Q5 (c):i) Name the type of the amplifier,ii) Derive an expression for the Vout in terms of Ri, R2 and VI.iii) If VI =500mV, RI = lkO, R2=4kO, determine the Vout.iv) What will you do if you want to increase the gain?

v.,

Figure Q5 (c): Op-amp circuit(9 marks)

d) Based on the multiple stages operational amplifier (op-amp) shown in Figure Q5 (b):i) Name the type of the amplifier of circuit 1 and 2.ii) Calculate the output voltage of the amplifier, VOl and V02.

-20-SULIT


21/21

Circuit IRI

IOOkO

R2IOkO

1 _

SULIT

BEKE 1213

Circuit 2 ~=20kO

I- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Figure Q5 (d) Multiple stages op-amp

(11 marks)[25 marks]

-21-SULIT

beke1213010910 peranti elektronik

Documents