Question 1:  (21 marks = 9 + 7 + 5 marks)

Consider the breadboard circuit shown below with five resistors. Channel 1 of the DC power supply is connected as labeled and set to a DC voltage of 12 V. All five resistors have value 300 Ω .

(a) First, draw the equivalent circuit schematic of the breadboard circuit, then calculate the current flowing out of +Ch1 of the power supply.

(b) A voltmeter is connected to the circuit as follows: The + terminal is connected at point A and the − terminal at point B. Estimate the reading that the voltmeter will give. Show all of your work.

(c) Ignore the previous breadboard circuit and now consider the new breadboard circuit below.

Channel 1 of the DC power supply is connected as labeled and set to a DC voltage of 12 V. You are given that all five resistors are 150 Ω .

An ammeter is then connected to the circuit as follows: The + terminal is connected at point A and the − terminal at point B. Estimate the reading that the ammeter will give. Show all of your work.

Question 2 (20 marks = 10 + 10 marks)

(a) Consider the circuit shown below. Apply only node voltage analysis (NVA) to this circuit to generate a system of equations where the variables are all node voltages in the circuit.  Be sure to add all necessary labeling on the circuit below.

Write your equations in the box provided below and label what each equation represents (e.g., Node 1, etc.). Do NOT simplify your equations. Do NOT put them into standard form. Do NOT solve your system of equations.

3ia

ia

10 ⌦

Question 2 (Continued)

(b) Consider the circuit shown below.  Apply only mesh current analysis (MCA) to this circuit to generate a system of equations where the variables are all mesh currents in the circuit. The three mesh currents have been labeled for you already on the circuit below.

Write your equations in the box provided below and label what each equation represents (e.g., Mesh 1, etc.). Do NOT simplify your equations. Do NOT put them into standard form. Do NOT solve your system of equations.

3ia 

2A

ia

Problem 3:  (24 marks = 16 + 8 marks)

(a) Consider the below circuit operating at steady state. The source voltage us (t) = 8 cos (500t) V Determine both uc (t) and i1 (t). Show all of your work.

uC (t)

+                   _

200 uF

10 ⌦

20 mH 

Question 3 (Continued)

(b) Consider the below capacitor along with a plot of its current i(t) versus time t.  Assume this capacitor is connected to some network, but that network is not being shown here for space reasons.

Further assume the top plate of the capacitor holds a net charge of zero at time t = 0. i(t)  (Amps)

i(t)

+

tC (t)

_

8

2                       5      6                                  t

Determine and list the time intervals when the capacitor is supplying energy to the network it is connected to.  You must show all of your work/reasoning that supports your answer.  Unjustified answers will not receive marks.

Question 4 (20 marks = 9 + 11 marks)

(a) Find and draw the Th´evenin equivalent network at the output terminals for the below circuit.

8V

a

b

(b) A black box with output terminals a and b is known to be a linear circuit containing only resistors and sources.  Two measurements are made with the black box in hopes to determine its Th´evenin equivalent.  The measurement results are shown below the corresponding circuit experiment.  Note that AM refers to ammeter and VM refers to voltmeter.

“Black Box”

Measurement #1:  AM reads 1 mA

“Black Box”

Measurement #2:    VM reads 2.5 V

Find and draw the Th´evenin equivalent circuit for the block box at its output terminals. Show all of your work and reasoning.

Problem 5:  (15 marks = 5 + 5 + 5)

(a) Consider the circuit below that contains one diode that follows the simple piecewise-linear diode model with Vf  = 0．7 V. A plot of this diode model is shown below and to the right.

Determine uD  and iD  when (i) us  = −2 V , and (ii) us  = 1．5 V.

5k⌦

_

D

D

0.7

0D

(b) Now consider the modified circuit shown below where another resistor has been added. The diode

follows the same model as in part (a). Determine uD  and iD  when us  = 3 V.

5k⌦

US

D

_

1k⌦

Problem 5 (Continued)

ADVANCED

(c) The below circuit contains two Zener diodes, D1  and D2 , which both follow the simple piecewise- linear model shown below.  uD  and iD  are defined using the standard reference labelling (anode to cathode) for a diode as discussed in lecture. You are given: R1  = 1 kΩ and R2  = 2 kΩ .

Assuming that the DC power supply us  can only take on values in the range of 0 V to +15 V, plot u1  versus us , and plot i versus us . You must show your work that supports your plots.

D1 

R1

D2      R2

_

D

-5 V

0D