Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 1 von 5

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1 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (M, EUT, LUM) Seite 1 von 5 Aufgabe 1 (4 Punkte) Name: Mit Matr.-Nr.: Lösung r = 30 cm d = 1 mm Q = 7, As ε 0 = 8, As/Vm ε r = 5 Der dargestellte Plattenkondensator aus zwei kreisförmigen Scheiben trägt die Ladung Q. Gehen Sie bei Ihren erechnungen von den üblichen Vereinfachungen aus. a) (1 Punkt) erechnen Sie die Kapazität des Plattenkondensators. b) (1 Punkt) erechnen Sie die Spannung U über den Kondensator. c) (1 Punkt) erechnen Sie das elektrische Feld E zwischen den Kondensatorplatten. d) (1 Punkt) erechnen Sie die Energie W, die auf dem Kondensator gespeichert ist. = 12,5 nf U = 630 V E = 630 kv/m W = 2,48 mws Aufgabe 2 (4 Punkte) i u R Verbraucher u 20 ma 0 i V u In der gegebenen Schaltung sind zu eginn u = 16 V und i = 20 ma. Der Verbraucher arbeitet nach der dargestellten Kennlinie. Falls u < 6 V wird, schaltet sich der Verbraucher ab. Er schaltet sich nicht wieder selbstständig ein. a) (1 Punkt) erechnen Sie den Widerstand R, so dass sich bei eingeschaltetem Verbraucher u = 10 V bei u = 16 V einstellt. b) (1 Punkt) Wie groß ist die Spannung u, wenn der Verbraucher bei Unterschreiten von u = 6 V gerade abschaltet? c) (2 Punkte) Der Verbraucher soll für eine Zeit von fünf Minuten betrieben werden. erechnen Sie die dafür erforderliche Kapazität des Kondensators. R = 300 Ω u = 12 V = 1,5 F

2 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (M, EUT, LUM) Seite 2 von 5 Aufgabe 3 (10 Punkte) Der dargestellte Magnetkreis eines speziellen Motors kann durch das gegebene elektrische Ersatzschaltbild nachgebildet werden. Eisenkern i 1 (t) u 1 (t) c w 1 w 2 i 2 (t) = 0 u 2 (t) Querschnittsfläche A = 600 mm 2 A Windungszahlen: w 1 = w 2 = 5 erechnete magnetische Widerstände: R m,a = A/Vs R m, = A/Vs R m, = A/Vs R m,a R m, R m, Θ 1 Θ 2 Die Spulen seien ideal ohne ohmschen Widerstand. Der Strom i 1 sei vorgegeben: i t = I ˆ sin(2 π f t) mit dem Scheitelwert I ˆ = 30 ma und der Frequenz f = 50 Hz. Die 1( ) Spule 2 sei stromlos. a) (3 Punkte) Wie groß ist die magnetische Flussdichte ˆA im Eisenkern im ereich der Spule 1? b) (1 Punkt) Wie groß ist der Effektivwert U 1 von u 1 (t)? c) (1 Punkt) Wie groß ist die Selbstinduktivität L 1 der Spule 1? d) (3 Punkte) Wie groß ist der etrag der Gegeninduktivität M 21 zwischen Spule 1 und Spule 2? e) (2 Punkte) Wie groß ist der Effektivwert U 2 von u 2 (t)? ˆA = 1,471 T U 1 = 196,0 V L 1 = 29,4 H M 21 = 0,0735 H U 2 = 0,490 V

3 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (M, EUT, LUM) Seite 3 von 5 Aufgabe 4 (5 Punkte) Das gezeigte Netzwerk soll für Eingangsspannungen im ereich von U = 6-10 V eine konstante Ausgangsspannung U A = 5 V bereitstellen. I E I Z U E U R V I U A I Z,min U I Z U Z U Z Gegeben: I = 1 A (Strom bei Nennlast) U E = 0,6 V = 50 I Z, min = 20 ma a) (1 Punkt) erechnen Sie die Spannung U Z. b) (1 Punkt) Wie groß ist die maximale Verlustleistung P VT,max im Transistor? c) (2 Punkte) erechnen Sie den maximal zulässigen Wert für den Widerstand R V mit dem sichergestellt ist, dass der etriebspunkt der Zenerdiode im Zenerbereich liegt. d) (1 Punkt) Wie groß ist bei U = 10 V die Verlustleistung P VZ, die in der Zenerdiode umgesetzt wird? (R V = R V,max aus c) U Z = + 5,6 V P VT,max = 5 W R V,max = 10 Ω P VZ = 2,352 W

4 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (M, EUT, LUM) Seite 4 von 5 Aufgabe 5 (4 Punkte) Der Lastwiderstand R L in dem dargestellten Netzwerk soll mit einem Strom I L = 10 ma betrieben werden. Die Diode soll in dem gezeigten etriebspunkt arbeiten. Für die erechnungen gelten die Vereinfachungen: I << I D, I << I und I E = I. I L etriebspunkt R L I D 2 ma I U I U E E I D R E 0,7 V U D U D I E Gegeben: = 5 U E = 0,6 V U = 10 V a) (1 Punkt) erechnen Sie den Widerstand. b) (2 Punkte) erechnen Sie den Widerstand R E. c) (1 Punkt) erechnen Sie den Widerstand R L für den Fall, dass die Verlustleistung des Transistors P VT = 50 mw beträgt. = 775 Ω R E = 165 Ω R L = 335 Ω

5 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (M, EUT, LUM) Seite 5 von 5 Aufgabe 6 (5 Punkte) Gegeben ist das dargestellte Netzwerk mit einem idealen Operationsverstärker. Der Spannungsabfall der Zenerdioden in Durchlassrichtung beträgt 0,6 V. R 3 = 100 Ω = 1 kω = 90 Ω = 4,7 V R 3 OP a) (5 Punkte) Skizzieren Sie den Verlauf der Spannung als Funktion von = (-1 V 1 V). Skizze: 5,3 V Geben Sie für markante Punkte Zahlenwerte für und an. -0,53 V 0,53 V -5,3 V Aufgabe 7 (5 Punkte) Gegeben ist das dargestellte Netzwerk. Die Spannungen sind sinusförmige Wechselspannungen mit der Kreisfrequenz ω. 1 OP = 10 Ω = 90 Ω 1 = 159,2 µf a) (3 Punkte) estimmen Sie das Verhältnis / als Funktion der Größen,, 1 und ω. (Keine Zahlenwerte!) b) (2 Punkte) estimmen Sie die Ausgangsspannung, wenn am Eingang = 0,2 V anliegt (Gleichspannung). / = U a = 0,2 V 1+ j ω 1 (R1 + R 2) = 1+ j ω R 1 1

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