This is an HTML version of an attachment to the Official Information request 'Request for ENGR142 Final Test Papers from 2020 to 2023.'.
ENGR142 
 
 
 
Test 2 
 
 
3 November 2023 
 
Name: ……………………………………………………………………… 
Student Number:………………………………………………………. 
Instructions – please read 
Time = 120 minutes   
 
 
 
 
 
Total = 80 marks 
Attempt all questions. All questions are worth equal marks and you should spend 
approximately 15 minutes on each question.
 
You can bring one A4 sized sheet with your own notes on both sides with you into the 
test. 

Write and/or sketch your answers in the open spaces provided on this test sheet. Show the 
details of your workings where appropriate – do not just show the final answer. A blank 
sheet is provide at the back if you should need more space. Ensure that all answer sheets 
are handed in.  
 
The values of some selected constants are provided on page 2 and the test starts on page 3. 
 
 
Question 
Marks 
Obtained 

10 
 
 

10 
 
 

10 
 
 

10 
 
 

10 
 
 

10 
 
 

10 
 
 

10 
 
 
Maximum 

80 
 
marks 
 
 

 

 
 
 
Selected physical constants 
 
Electron charge 
 
q  
 
1.9 x 10-19 C 
 
Atomic mass unit  
 
amu   
1.66 x 10-27 kg 
 
Avogadro’s number   
NA 
 
6.02 x 1023 mol-1 
 
Boltzmann constant   
k or kB   
1.38 x 10-23 J.K-1 = 8.62 x 10-5 eV.K-1 
 
Electron charge 
 

 
1.6 x 10-19 C 
 
Permeability of vacuum 
μo 
 
4π x 10-7 H.m-1 
 
Permittivity of vacuum 
εo 
 
8.85 x 10-12 F.m-1 
 
Plank’s constant 
 

 
6.626 x 10-34 J.s = 4.136 x 10-15 eV.s 
 
Speed of light   
 

 
2.99 x 108 m.s-1 
 
 

 

Question 1.   
 
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
Select the answer that best matches each statement or question by placing an X in the 
appropriate 
 ⃝
 
(a) The electrical resistance in a conductor is:   
 ⃝ Directly proportional to the conductivity of the material 
 ⃝ Directly proportional to the length of the conductor 
 ⃝ Directly proportional to the cross-sectional area of the conductor 
 ⃝ Constant with temperature 
 
 
(b) In the circuit below the capacitor is initially discharged before the switch closes.  
I1
R1 =    
R3=10  
V=10V
R2=10  
C=10 µF
 
 
The current I1 at time t=0 (immediately after the switch closes) is:  
 ⃝ Infinitely high 
 ⃝ 0 A 
 ⃝ 1 A 
 ⃝ 0.67 A 
 
 
 

 

(c) Consider the circuit below, where R1 < R2 < R3 < R4 < R5: 
R1
R4
R5
R2
R3
V
 
 
The total resistance of the circuit, RT, will be: 
 ⃝ RT < R1 
 ⃝ RT > R5 
 ⃝ R2 < RT < R3 
 ⃝ Impossible to say without actual resistor values.  
 
 
 
(d) For the circuit below, what would be the approximate time between the closure of the 
switch and when the capacitor can be considered fully charged. 
R=1 k  
V=5V
C=10 µF
 
 
 ⃝ 10 ms 
 ⃝ 30 ms 
 ⃝ 50 ms 
 ⃝ 100 ms 
 
 
 

 



(e) An AC voltmeter measures across the terminals of an AC generator that outputs a 
frequency of 45 Hz and measures a voltage of 7.07 V. The expression that describes the 
output of the generator is: 
 
 ⃝ v(t) = 7.07sin(45t) 
 ⃝ v(t) = 10sin(45t) 
 ⃝ v(t) = 7.07sin(283t) 
 ⃝ v(t) = 10sin(283t) 
 
 
 
(f) In the RCL circuit below the capacitor is charged before the switch is closed. The charge 
over the capacitor is then observed with time and the plot shown below is obtained.  
 
From this behaviour of charge over the capacitor, what would be the approximate 
relationship between R, L and C 
 ⃝ R = 0 with no influence from L and C 
 ⃝ R << 2√(𝐿/𝐶) 
 ⃝ R = 2√(𝐿/𝐶) 
 ⃝ R >> 2√(𝐿/𝐶) 
 
 

 


(g) The circuits for four first order filters are shown below, with vo indicating in each 
instance where the output signal is measured. 
 
 
(a) 
 
 
(b) 
 
 
(c) 
 
 
(d) 
 
Which of the above circuits act as a high pass filter ? 
 ⃝ (a) and (b) 
 ⃝ (a) and (c) 
 ⃝ (b) and (c) 
 ⃝ (c) and (d) 
 
 
 
(h) Consider the capacitor in the circuit below.  
+V
R1
Input
Output
Amplifier 
Amplifier 
Stage 1
Stage 2
C
R2
 
The main function of this capacitor is: 
 ⃝ To block AC and pass only DC to the next amplifier stage 
 ⃝ To block DC and pass only AC to the next amplifier stage 
 ⃝ To delay any signal between the two amplifier stages by one time constant 
 ⃝ To totally electrically disconnect the two circuits. 
 

 

Question 2:    
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
(a) Consider a length of electrically conducting wire with a cross sectional area A. The 
conductor contains a density of charge carriers n (carriers/unit volume) and these charge 
carriers move with an average drift velocity vD when an electric field is applied.  
Use the definition of electric current to derive an equation relating the electric current to 
the density of charge carriers, the cross-sectional area and the average drift velocity.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(5) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

(b) A cylindrical electrical conducting wire has a length of 15 cm and a diameter of 2 mm. It 
is given that the conducting material has a resistivity of 8 x 10-8 Ω.m.  
(i) Calculate the resistance of this wire. 
 
 
 
 
 
 
(2) 
(ii) Calculate the amount of charge that will flow through the wire in 10 seconds if a voltage 
of 1 V is applied over the ends of the wire.   
 
 
 
 
 
(3) 
 
 

 

Question 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
(a) (i) Calculate the capacitance of two rectangular conducting plates, each with dimensions 
10 x 10 cm and with a separation distance of 5 mm between the plates.    
 
(2) 
(ii) A piece a 5 mm thick Teflon with a dielectric constant of 2.1 is inserted between the 
plates in (i). Calculate the new value of the capacitance. 
 
 
 
 
(1) 
(iii) Explain with the aid of a sketch why the observed value of the capacitance will change 
when a   dielectric is inserted between the plates.    
 
 
 
 
(2) 
 
 
 
 
 
 

 

(b) (i) Calculate the inductance of a helical air-filled coil with a length of 20 cm, a cross 
sectional area of 30 mm2 and consisting of 400 turns of wire.  
 
 
 
(3) 
(ii) What would be the energy stored in this coil if a current of 5 A is passing through it ? (2) 
 
10 
 

Question 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
 
I1
For the circuit on right calculate: 
(i) The total resistance 
(2) 
R1 = 12k  
(ii) The currents I1, I2 and I3  (3) 
A
I3
(iii) The voltage at point A  
(2) 
V=24V
R1 = 6.2k  
(iv) When constructing the circuit, a resistor with 
I2
value 100 Ω is accidently used for R4. Explain 
R4 = 100k  
qualitatively what will be the result on the circuit 
R1 = 5.8k  
performance, particularly with reference to the 
previously calculated values of VA and I3. (3) 
 
 
 
 
11 
 

 
 
12 
 

Question 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
(a) (i) State Kirchoff’s two rules in words.    
 
 
 
 
(2) 
 
(ii) Use these rules to write a set of equations for the circuit below that can be used to 
calculate the magnitudes and directions of the resultant currents.  
 
(3) 
 
V1
R1
-
+
R2
V2
I1
R
R
3
I2
-
+
4
I3
V3
+
-
R5
   
 
 
 
13 
 

(b) In the circuit below, the signal generator outputs a square wave Vs of 0 to 1 V with a 
frequency of 1 kHz.  
R=10   
Vs = 1 V
L=10 mH
fs = 1 kHz
 
 
 
 
 
 
(i) Sketch a graph of the input waveform Vs with time for one complete cycle. 
 
(1) 
(ii) What is the time constant of the circuit?   
 
 
 
 
 
(1) 
(iii) Sketch a graph of the current in the circuit with time for one complete input cycle.  (2) 
(iv) Calculate the maximum value of the current in the circuit. 
  
 
 
(1) 
 
 
14 
 

Question 6  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
 
Calculate the impedance at 5 kHz for each of the circuits below. Show your result in both 
rectangular and polar form and plot the resultant impedance value on the complex plane. 
(i)  
L = 10 mH
R = 5 k  
C = 20 µF 
  
 
 
 
 
(5) 
 
(ii) 
C = 20 µF 
 
R = 5 k  
 
 
 
 
L = 10 mH
 
 
 
(5) 
 
15 
 

Question 7 
 In the circuit below, calculate the output voltage vo if C = 20µF, R1 = 5kΩ, L = 10 mH, R2 = 
5kΩ and the input voltage v(t) = 20sin(250t). 
 
 
 
 
(10) 
C = 20 µF 
R1 = 5 k  
R
vo
2 = 5 k  
v(t)=20sin250t
L = 10 mH
 
 
 
 
 
16 
 

Question 8  
 
 
 
 
 
 
 
 
[10] 
(a) Design a first order high pass filter that has a corner frequency of 10 kHz. Base your 
design on a resistor of 1 kΩ and determine the appropriate value(s) for the other 
component(s). Sketch you circuit and clearly show the input and output of your filter. 
(5) 
 
 
 
 
17 
 

(b) The circuit below shows a Schmitt trigger inverter connected to an external resistor and 
capacitor.  
R
5 V
Vi
Vo
C
 
(i) What do we call this type of circuit and what would be a typical application?   
(2)  
(ii) Sketch both the expected voltage at the input (Vi) and the voltage at the output (Vo) with 
time. Clearly show the timing relationship between these two signals. 
 
 
(3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*****End of Test***** 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 

 
 
19 
 

 
20