MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny. Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR MEGOLDÁSA

Átírás

1 MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA Országos Szakmai Tanulmányi Verseny Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR MEGOLDÁSA Szakképesítés: SZVK rendelet száma: Komplex írásbeli: Számolási, áramköri, tervezési feladatok megoldása elektrotechnika, elektronika, digitális technika, irányítástechnika tananyagból. Elérhető pontszám: 200 pont Az írásbeli verseny időtartama: 180 perc Javító neve Elért pontszám Aláírása

2 Fontos tudnivalók! Kedves Versenyző! A feladatok megoldása során a következő eszközöket használhatja: Számológép Rajzeszközök (vonalzók, körző, szögmérő) Javasoljuk, hogy először olvassa végig a feladatokat, a megoldást az Ön számára egyszerűbb kérdések megválaszolásával kezdje. A sikeres verseny érdekében kérjük, hogy figyeljen az alábbiakra: Az egyes oldalakon a feladatok leírása után hagyott szabad helyen dolgozhat, itt kell a végleges megoldását megadnia. Különálló lapot nem használhat! Szükség esetén fogalmazványt piszkozatot készíthet, amelyet a feladat beadása előtt átlósan húzzon át. Ez nem képezi a dolgozat értékelendő részét. Némelyik feladattípus elvárja, hogy megindokolja választását. Kérjük, hogy itt szorítkozzon a lényegre, s mindig a kipontozott vonalra próbálja meg összefoglalni a legfontosabb szempontokat! Teszt jellegű feladatoknál nem javíthat! Javasoljuk, hogy a megoldását először ceruzával jelölje be, majd miután többször átgondolta, írja át tintával. A feladatok megoldásánál ügyeljen a következők betartására: 1. A feladatok megoldásához az íróeszközön és rajzeszközökön (vonalzók, körző, szögmérő) kívül csak számológépet használhat! 2. Ceruzával írt versenydolgozat nem fogadható el, kivéve a szükséges vázlatokat, rajzokat! 3. Meg nem engedett segédeszköz használata a versenyből való kizárást vonja maga után! Ügyeljen arra, hogy áttekinthetően és szép külalakkal dolgozzon! Sikeres megoldást és jó munkát kívánunk! 2/16

3 1. Feladat. Egyenáramú hálózat vizsgálata a) Határozza meg az 1. ábrán látható áramkör R 3 ellenálláson kívüli részének A B pontokra vonatkozó Thevenin helyettesítő képét! Rajzolja fel a helyettesítő képet és számítsa ki a benne szereplő elemek értékeit! Mivel a hálózat lineáris, használja a szuperpozíció elvét! Az egyes hatások vizsgálatához rajzoljon helyettesítő ábrákat! R 1 = 1kΩ; R 2 = 2kΩ; R 3 = 3kΩ; R 4 = 2kΩ; R 5 = 1kΩ U 1 = 9V; U 2 = 6V; I = 5mA U 1 feszültség generátor hatása: 2k+1k R U AB = U 2 +R 5 1 = 9 = 4,5V R 1 +R 4 +R 2 +R 5 1k+2k+2k+1k U 2 feszültség generátor hatása: 1k+2k R U AB = U 1 +R 4 2 = 6 = 3V R 2 +R 5 +R 1 +R 4 2k+1k+1k+2k 3/16

4 I áram generátor hatása: Mivel R 1 + R 2 = R 4 + R 5 ezért I 12 = I 45 = I 2 = 5m 2 = 2,5mA U A = I 12 R 1 = 2,5m 1k = 2,5V U B = I 45 R 4 = 2,5m 2k = 5V U AB = U A U B = 2,5 5 = 2,5V 4 pont Az egyes generátorok hatásának összessége: U AB = U AB + U AB + U AB = 4, ,5 = 5V Az R AB eredő ellenállás a generátorok hatástalanítása után: R AB = (R 1 + R 4 ) (R 2 + R 5 ) = (1k + 2k) (2k + 1k) = 1,5kΩ3 Ezek alapján a helyettesítő kép: U g = U AB = 5V R g = R AB = 1,5kΩ 4/16

5 b) Magyarázza el ezen elv (szuperpozíció) alkalmazásának gyakorlati kivitelezését! A szuperpozíció alkalmazása azt jelenti, hogy az egyes generátorok hatását külön-külön kell meghatározni, miközben a többi generátort hatástalanítjuk (feszültség generátort rövidzárként, áramgenerátort szakadásként kezeljük), majd az így kapott részeredményeket összesítjük. 4 pont c) Helyezze be az áramkörbe az R 3 ellenállást és az előző helyettesítő kép segítségével határozza meg az ellenállás U 3 feszültségét és I 3 áramát! 3k R U 3 = U 3 g = 5 = 3,33V R g +R 3 1,5k+3k I 3 = U 3 = 3,33 = 1,11mA R 3 3k 5/16

6 2. Feladat. Váltakozó áramú hálózat vizsgálata f = 2kHz; C = 20nF; L = 200mH; R = 2kΩ Az R ellenálláson folyó áram I R = 4mA a) A fenti adatok ismeretében határozza meg az összes alkatrész áramát, feszültségét, valamint az eredő I áramot! U C =? ; U L =? ; U R =? ; I C =? ; I L =? ; I =? X L = 2π f L = 2 3, = 2512Ω = 2,51kΩ X C = 1 = 1 = 1 2π f C 2 3, , = 3,98kΩ U R = I R R = 4m 2k = 8V U L = U R = 8V I L = U L X L = 8 2,51k = 3,19mA 1 pont I C = I R 2 + I L 2 = ,19 2 = 5,12mA U C = I C X C = 5,12m 3,98k = 20,38V I = I C = 5,11mA 6/16

7 b) Szerkesszen értékarányos vektorábrát! A vektorábra alapján határozza meg az U kapocs feszültséget! 10 pont A rajz alapján U 17,25V 7/16

8 3. Feladat. Analóg elektronikai feladat Hőmérséklet mérésére alkalmas kapcsolást kell készíteni a következő kapcsolási rajz alapján. A méréshez alkalmazott mérőelem Platina ellenállás a következő adatokkal: 0 esetén R 0 = 1000Ω az alapellenállása Érzékelési tartománya: Hőfok tényezője: α = 3, A mérőhíd táplálásához szükséges U R = 5V referencia feszültséget a Zener diódás referencia forrás biztosítja. A Zener ZF 3,6 típus, melynek árama I Z = 5mA R 2 = 10kΩ állandó érték. Az alkalmazott tápfeszültség U T = ±15V A kapcsolással megvalósítandó mérési tartomány: Az ellenállások értékeinek meghatározásakor az E12-es szabványos sorból válasszon! (E12 értékei: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2) a) Számítsa ki a referencia forrás ellenállásait! R 1 =?, R 3 =? R 1 = U T U Z I Z = 15 3,6 5m = 2,28kΩ R 1 = 2,2kΩ 5 pont A u1 = U R = 5 U Z 3,6 = 1,39 A u1 = 1 + R 3 R R 3 = (A u1 1) R 2 = (1,39 1) 10k = 3,9kΩ R 3 = 3,9kΩ 2 5 pont 8/16

9 b) Vizsgálja meg, hogy amennyiben változik a Zener feszültsége ±5% -kal, hogyan lehet U R értékét továbbra is stabilan tartani! Számítsa ki a szükséges korrekció értékét! A megoldás R 3 helyett egy állandó értékű ellenállás és egy potencióméter együttes alkalmazása, határozza meg ezen alkatrészek értékét. +5% eltérés esetén U Z = 3,78V 1 pont A u1 = U R = 5 = 1,32 U Z 3,78 R 3 = (A u1 1) R 2 = (1,32 1) 10k = 3,2kΩ -5% eltérés esetén U Z = 3,42V 1 pont A u1 = U R = 5 = 1,46 U Z 3,42 R 3 = (A u1 1) R 2 = (1,46 1) 10k = 4,6kΩ A szükséges alkatrészek értéke: - soros ellenállás: a soros ellenállás maximum értéke 3,2kΩ R 3S = 2,7kΩ - potencióméter: a potméter minimum értéke 1,9kΩ (4,6k 2,7k) R 3P = 2,2kΩ 1 pont 1 pont c) Terheletlen mérőhíd esetén számítsa ki a híd ellenállásait úgy, hogy a kiegyenlített állapot T = 0 -on I R = 2mA-es áramnál jöjjön létre! R 4 = U R I R R 0 I R A kiegyenlítés miatt: = 5 2m 1k 2m = 1,5kΩ R 4 = 1,5kΩ R 5 = R 4 = 1,5kΩ R 5 = 1,5kΩ R 6 = R 0 = 1kΩ R 6 = 1kΩ 9/16

10 d) Határozza meg a terheletlen mérőhíd A és B pontjain megjelenő feszültségeket a mérési tartomány két szélső értékénél! Alsó méréshatárnál: T = 20 R 20 = R 0 (1 + α ΔT) = 1k(1 + 3, ( 20)) = 0,92kΩ R 20 0,93k U A 20 = U R = 5 = 1,9V R 4 +R 20 1,5k+0,93k Felső méréshatárnál: T = 120 R 120 = R 0 (1 + α ΔT) = 1k(1 + 3, ) = 1,46kΩ 1,46k R U A 120 = U 120 R = 5 = 2,47V R 4 +R 120 1,5k+1,46k U B értéke nem változik: 1k R U B = U 6 R = 5 = 2V R 6 +R 5 1,5k+1k 1 pont e) Méretezze a különbségképző ellenállásait úgy, hogy a kimeneti feszültség U kimax = ±1V legyen és a mérőhídra gyakorolt terhelő hatása elhanyagolható legyen! Számítását indokolja! Alsó méréshatárnál: T = 20 U AB 20 = U B U A 20 = 2 1,9 = 0,1V A u2 20 = U ki = 1 = 10 U AB 20 0,1 Felső méréshatárnál: T = 120 U AB 120 = U B U A 120 = 2 2,47 = 0,47V A u2 120 = U ki = 1 = 2,13 U AB 120 0,47 A két erősítés közül a kisebbiknél is kisebbet kell választani, hogy a kimeneti feszültség ne lépje túl a maximumot! A u2 R 8 2,13 R 8 R 7 R 7 A híd terheletlenségéhez célszerű R 7 és R 9 értékét nagyra választani: R 7 = R 9 = 100kΩ R 10 = R 8 A u2 R 7 = 2,13 100k = 213kΩ R 10 = R 8 213kΩ R 10 = R 8 = 180kΩ 10/16

11 4. Feladat. Digitális technikai feladat Adott egy 4 változós függvény sorszámos alakja: F 4 4 = (A, B, C, D) = (1,3,5,9,13) 4 + (0,1,2,3,6,7,8,9,11,12,13) Az áramkör megvalósításához a következő típusú IC-k állnak rendelkezésre: db 2 bemenetű NAND kapu db 2 bemenetű NOR kapu db INVERTER db 2 bemenetű AND kapu db 3 bemenetű AND kapu db 3 bemenetű NOR kapu db 4 bemenetű NOR kapu db 4 bemenetű OR/NOR kapu A megvalósításhoz a változók csak ponált alakban állnak rendelkezésre. A tervezés során használjon szabványos rajzjeleket! a) Ábrázolja a függvényt minterm-táblán a változók megadott sorrendjével! /16

12 b) Írja fel a tábla alapján a legegyszerűbb algebrai alakot! F = C B A + D C + C B A + D B 4 pont c) Valósítsa meg ezt a függvényt NOT-AND-OR kapukkal! Válasszon kapukat a rendelkezésre álló készletből és határozza meg a megvalósításhoz szükséges áramkörök (tokok) számát! 6 pont A szükséges tokok darabszáma: 4 1db 7404 (6 db INVERTER) 1db 7408 (4 db 2 bemenetű AND kapu) 1db 7411 (3 db 3 bemenetű AND kapu) 1db (3 db 4 bemenetű OR/NOR kapu) d) Alakítsa át a függvény algebrai alakját úgy, hogy 2 bemenetű NAND kapukkal realizálható legyen! F = C B A + D C + C B A + D B = C (B A + D) + B (C A + D) II IV III I II IV III F = C ( B A + D ) + B ( C A + D ) 10 pont 12/16

13 e) Valósítsa meg ezt a függvényt kizárólag 2 bemenetű NAND kapukkal! Válasszon kapukat a rendelkezésre álló készletből és határozza meg a megvalósításhoz szükséges áramkörök (tokok) számát! 6 pont A szükséges tokok darabszáma: 3 3db 7400 (4db 2 bemenetű NAND kapu) 13/16

14 f) Alakítsa át a függvényt úgy, hogy csak NOR kapukkal megvalósítható legyen! Az átalakításhoz rajzolja fel az eredeti függvény maxterm tábláját az a) pontban létrehozott minterm tábla alapján! 4 pont g) Írja fel a maxterm tábla alapján a legegyszerűbb algebrai alakot! F = (D + B ) (C + B ) (D + C + A ) (D + C + A) 14/16

15 h) Valósítsa meg ezt a függvényt kizárólag NOR kapukkal! Válasszon kapukat a rendelkezésre álló készletből és határozza meg a megvalósításhoz szükséges áramkörök (tokok) számát! 5 pont A szükséges tokok darabszáma: 4 2db 7402 (4 db 2 bemenetű NOR kapu) 1db 7427 (3 db 3 bemenetű NOR kapu) 1db 7423 (1 db 4 bemenetű NOR kapu) i) A három megvalósítás közül melyik a leggazdaságosabb? Válaszát indokolja! A két bemenetű NAND kapukból létrehozott kapcsolás a leggazdaságosabb mert csak 3 db IC szükséges a megvalósításhoz. 15/16

16 5. Feladat. Határozza meg az alábbi vezérlés hatásvázlata alapján az Y e eredő átvitelt! Y e = (Y 1 + Y 2 + Y 3 ) Y 4 Y 5 10 pont 16/16