Final Primavera 2012 (2014)

Examen Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería Telemática - 2º curso
Asignatura FISE
Año del apunte 2014
Páginas 10
Fecha de subida 03/12/2014
Descargas 2
Subido por

Vista previa del texto

20 de juny de 2012 18 h del 26 de juny 14 h del 29 de juny 18 h del 2 de juliol FISE Notes provisionals: Període d’al·legacions: Notes revisades: Professors: Santi Silvestre i Antoni Turó QÜESTIONS (40% de la nota examen final) 1) Dona la tensió de sortida del circuit de la figura Q1. Considera els AO’s ideals.
Figura Q1 2) El circuit de la figura Q2 s’ha realitzat amb dos amplificadors operacionals, l’AO1 és un A741 y l’AO2 és del model LM318. Les especificacions dels AO’s són les que mostra la taula següent. Calcula l’error a la sortida Vo degut a les limitacions de contínua dels AO’s (VOS, IB y IOS) en el pitjor cas possible.
R 100 k   2 Especificacions dels AO’s LM318 A741 VOS (mV) 1 4 IB (nA) 80 150 IOS (nA) 20 30 + 15V V i + AO1 + 15V R V 1 o1 Figura Q2 - 10 k - AO2 + V - 15V o - 15V 3) En el circuit de la figura Q3, calcula l´expressió A(s) = Vo(s)/Vin(s). Considera els AO’s ideals.
R1 R2 R3 R4 Vo R6 C1 RL Vi n Figura Q3 C2 R5 4) Amb el circuit de la figura Q4 es vol dissenyar una font de corrent amb l’ajut d’un regulador de tensió LM317.
Calcula el valor de R1 per a un corrent IL de 200 mA i el valor del rendiment del regulador en aquest cas.
Vin Vout LM317 Dades: Vadj Iadj R4 R1 Vout = Vadj + 1,25V  1k Vin=15V R2 AO VL + IL Figura Q4 RL R2=1,25, RL=40, R4= 1k Iadj = 50µA FISE Notes provisionals: Període d’al·legacions: Notes revisades: 20 de juny de 2012 18 h del 26 de juny 14 h del 29 de juny 18 h del 2 de juliol Professors: Santi Silvestre i Antoni Turó PROBLEMA 1 (30% de la nota examen final) El circuit de la figura 1 incorpora un sensor de pressió basat en un pont de resistències, un amplificador d´instrumentació (AI), un circuit comparador de finestra i un indicador de sortida realitzat amb un díode LED. En el pont de resistències que forma el sensor tenim que R=1kΩ i R(Ω)=0,5P (on P és la pressió aplicada al sensor en kPa).
Es demana: a) Calcular les tensions en mode comú, Vcm, i diferencial, Vd, a l´entrada de l´amplificador d´instrumentació en funció de l’alimentació del sensor, 5V, i de les resistències del pont.
b) Calcular el guany de l´amplificador d´instrumentació si volem un rang dinàmic de la sortida Vo de l’AI de 10V, 0V ≤ Vo ≤ 10V, per a un marge de pressions de 10kPa, 0kPa ≤ P ≤ 10kPa. Si el guany de l´AI en funció de la resistència externa Rg és: G= (100kΩ/Rg), donar el valor necessari de Rg que ens permet el guany desitjat.
Recordar que Vo= G Vd.
c) Calcular el valor mínim en dB del CMRR de l´AI si volem un error màxim a Vo de 10mV degut a la tensió en mode comú a l´entrada de l´AI.
d) Donar els valors necessaris de les referències de tensió Va i Vb, amb Vb>Va, si volem que el led estigui encès per indicar aquesta situació: 2kPa < P < 8kPa. Observar que els comparadors situats a la sortida de l´AI són amb sortida en col·lector obert, i que en aquests el transistor de sortida està saturat si Vn>Vp i està en tall si Vp>Vn (Vn i Vp son les tensions a les entrades, inversora i no inversora respectivament, dels comparadors).
Podeu considerar VCEsat  0V en tots els transistors.
e) Si es vol fer treballar el transistor Q1 entre tall i saturació en funció de la sortida del comparador de finestra, dissenyar Rb i Rc sabent que VCEsat  0V, VBE,ON=0,8V, ß=100, que el valor del corrent en el LED encès és de 50 mA i que la tensió de conducció del LED és 1V.
+12V +5V +5V  R+R  R- R Va + V 2 Led + Vo  R+R - AI Rg R-  R Rc Rb Q1 V 1 +5V Vb Figura 1 + FISE Notes provisionals: Període d’al·legacions: Notes revisades: 20 de juny de 2012 18 h del 26 de juny 14 h del 29 de juny 18 h del 2 de juliol Professors: Santi Silvestre i Antoni Turó PROBLEMA 2 (30% de la nota examen final) En el circuit basat en un circuit integrat timer 555 de la figura següent, es demana: a) L’expressió de la tensió en el condensador quan la sortida del biestable Q està a nivell alt.
b) L’expressió de la tensió en el condensador quan la sortida del biestable Q està a nivell baix.
c) Dibuixar l’evolució temporal de les tensions en el condensador VC i a la sortida Vo. Considera que el condensador està descarregat a l’inici, Vc(t=0) = 0.
d) Calcular el temps del senyal de sortida a nivell alt TH i a nivell baix TL.
e) Calcular la freqüència del senyal de sortida i el seu cicle de treball.
V cc R A 8 R 1B 4 D 1 3 6 555 R 2B D 7 + C - o 2 2 V V 1 C Dades: RA = 1 k R1B = 2 k, R2B = 9 k, C = 120 nF, VCC = 5 V, VCEsat  0 V Pots considerar els díodes com ideals.
Taula del biestable: R 0 1 0 1 S 1 0 0 1 Q+ 1 0 Q Prohibida FISE Notes provisionals: Període d’al·legacions: Notes revisades: 20 de juny de 2012 18 h del 26 de juny 14 h del 29 de juny 18 h del 2 de juliol Professors: Santi Silvestre i Antoni Turó EXAMEN LABORATORI (20% de la nota final de l’assignatura) 1) En l’amplificador següent, dibuixa l’oscil·lograma que mesuraries dels senyals de sortida Vo1 i de l’entrada no inversora de l’AO Vp, quan el senyal d’entrada Vi1 és d’una freqüència de 40 kHz i 100 mV d’amplitud. El canal de l’oscil·loscopi està ajustat de la forma següent: 0 V de referència al centre de la pantalla, acoblament DC, sensibilitat vertical de 2,5 V/div i sensibilitat horitzontal de 12,5 µs/div.
Vo1 Vp 2) En el circuit següent, dibuixa l’oscil·lograma que mesuraries del senyals de sortida Vo2, quan el senyal d’entrada Vi2 és en forma de salva com en la figura. Els ajustaments de l’oscil·loscopi són els mateixos que en la qüestió anterior.
10 nF Vi2 C3 D1 1N4148 1N4148 D2 Vo2 C4 R5 10 nF 10 k  Vi2 20 de juny de 2012 18 h del 26 de juny 14 h del 29 de juny 18 h del 2 de juliol FISE Notes provisionals: Període d’al·legacions: Notes revisades: Professors: Santi Silvestre i Antoni Turó 3) Fem la mesura de la distància comptant el temps TOF transcorregut entre l’emissió d’una salva d’ultrasons i la recepció del seu eco reflexat per l’obstacle del qual volem conèixer la distància a que es troba, tal i com es mostra en la figura. La velocitat dels ultrasons a l’aire és de 340 m/s.
Vo5 TRANSMISSOR t RECEPTOR t TOF Vo3 N Tclock Vo6 t RELLOTGE Tclock Calcula el TOF per a un obstacle situat a una distancia de 120 cm. Quina ha de ser la freqüència màxima de repetició de la salva d’emissió (PRF) per tenir un abast de 3 m? Calcula la freqüència de rellotge (fclock) per aconseguir que cada compte N equivalgui a 5 cm.
4) S’ha de dimensionar un sistema fotovoltaic per alimentar un equip de comunicacions en les següents condicions:  tensió d’alimentació 12 V  consum de corrent: o 15 A en emissió (2 hores al dia) o 2 A en recepció (9 hores al dia) o 1 A en stand-by (13 hores al dia) La irradiació mensual en la localització de l’equip és presenta en la taula següent: Mes Dies Irradiació mensual 2 (kWh/m ) Mes Dies Irradiació mensual 2 (kWh/m ) Gener 31 115 Juliol 31 195 Febrer 28 127 Agost 31 190 Març 31 171 Setembre 30 168 Abril 30 177 Octubre 31 154 Maig 31 191 Novembre 30 118 Juny 30 184 Desembre 31 98 I s’utilitzen mòduls fotovoltaics 785S de BP Solar amb les següents característiques en condicions estàndard: Eficiència: 13,1 %; Ppic: 85 W; Punt de màxima potència: Vmpp = 18 V i Impp = 4,72 A.
A partir d’aquestes dades: a) Determina les hores pic solar HPS i l’energia diària consumida L.
b) Dimensiona el generador fotovoltaic a partir del balanç d’energia diari i dona el nombre total de mòduls i els valors de Ns (mòduls en sèrie per branca ) i Np ( nombre de branques en paral.lel). El generador es connecta directament a la bateria i a la càrrega.
c) Dimensionar la capacitat (en Ah) de la bateria del sistema per tenir un total de 6 dies d’autonomia del sistema. La profunditat de descàrrega màxima considerada és del 70%.
...