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

Transkript

1 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 1 von 5 Vorname: Matr.-Nr.: Nachname: Aufgabe 1 (6 Punkte) Gegeben ist folgende Schaltung aus Kondensatoren. Die Kapazitäten der Kondensatoren C 1, C 2 und C 3 sind zu C 123 zusammengefasst. Die Ladung auf Kondensator C 4 ist Q 4. C 1 C 2 U 2 C 4 U gegeben: U = 15 V C 1 = 220 µf C 2 = 22 µf C 123 = 50 µf Q 4 = 1, As C 3 a) (1 Punkt) Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators C 4. C 4 = b) (2 Punkte) Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators C 3. C 3 = c) (1 Punkt) Berechnen Sie die Ladung des Kondensators C 3. Q 3 = d) (1 Punkt) Berechnen Sie die Spannung U 2 über dem Kondensator C 2. U 2 = e) (1 Punkt) Berechnen Sie die in allen Kondensatoren gespeicherte Energie W ges. W ges =

2 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 2 von 5 Aufgabe 2 (5 Punkte) In der Abbildung sind zwei unendlich lange Leiter (Hin- und Rückleiter), in denen der Strom I 1 = 5 A fließt, dargestellt. Das Magnetfeld soll für den Punkt P untersucht werden. Hinweis: Es handelt sich um eine maßstabsgetreue Zeichnung. P I 1 I 1 a) (2 Punkte) Zeichnen Sie qualitativ in die Abbildung die einzelnen Magnetfeldvektoren im Punkt P und beschriften Sie eindeutig. b) (1 Punkt) Bestimmen Sie die einzelnen Beträge H 1 und H 2 der Feldkomponente im Punkt P. Beachten Sie den Hinweis. c) (2 Punkte) Zeichnen Sie den Vektor der resultierenden Magnetfeldkomponente für den Punkt P in die Abbildung ein und geben Sie den Betrag der Magnetfeldstärke H ges an. In Abbildung eintragen H 1 = H 2 = H ges =

3 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 3 von 5 Aufgabe 3 (7 Punkte) Auf dem dargestellten, ringförmigen Eisenkern (kreisförmige Fläche A mit dem Durchmesser d) ist eine Spule aufgebracht, die über einen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle U 1 angeschlossen ist. Vereinfachend soll der ohmsche Widerstand der Spule sowie Felder außerhalb des Kerns vernachlässigt und der mittlere Weg s zur Berechnung des magnetischen Widerstandes verwendet werden. U 1 I 1 w r s A X X U 1 = 10 V = 5 Ω r = 18 cm d = 4 cm w = 80 µ 0 = 4 π 10-7 Vs / Am µ r = ESB: X-X A d µ r a) (2 Punkte) Tragen Sie die Richtung des magnetischen Flusses im Eisenkern ein. Skizzieren Sie das magnetische Ersatzschaltbild und tragen Sie alle relevanten Größen sowie Zählpfeile ein. b) (3 Punkte) Berechnen Sie die Werte des magnetischen Widerstandes R mag, der Durchflutung Θ und des magnetischen Flusses Ф. In die Abbildung bzw. in den Kasten eintragen R mag = Θ = Ф = c) (2 Punkte) Wie groß ist die im Kern gespeicherte magnetische Energie W? W =

4 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 4 von 5 Aufgabe 4 (7 Punkte) Die dargestellte Schaltung soll die Helligkeit der Lampe H steuern. I L U V = 24 V U E = 0,5 V 4 V verstellbar U L U E H U V Transistor: B > 50 U BE = 0,7 V (für I B > 0) U CE = 0,7 V (für B I B > I C ) weiterhin gelten die üblichen Vereinfachungen. Lampe H: U L,nenn = 24 V = U V Nennspannung I L,nenn = 2 A Nennstrom 2 I L UL = UV I L,nenn (nur für Aufgabe c) R kalt = 0,25 Ω (nur für Aufgabe d) a) (2 Punkte) Berechnen Sie so, dass die Lampe für U E = 4 V auf jeden Fall mit ihrem Nennstrom versorgt wird. = b) (1 Punkt) Für welchen Bereich der Spannung U E ist der Lampenstrom I L null? < U E < c) (2 Punkte) Die Helligkeit der Lampe kann durch U E eingestellt werden. Ermitteln Sie die in dem Transistor in Wärme umgesetzte Verlustleistung P V in Abhängigkeit von U V und I L. (U CE und U L dürfen in der Funktion nicht vorkommen.) P V = Die durch den Basisstrom erzeugte Leistung kann vernachlässigt werden. d) (2 Punkte) In kaltem Zustand hat die Lampe den angegebenen Widerstand R kalt. Die Spannung U E wird sprungartig von 0 V auf 4 V erhöht. Im ersten Moment nach dem Sprung ist die Lampe noch kalt. Wie groß ist der Strom I L unmittelbar nach dem Sprung? I L =

5 Klausur Grundlagen der Elektrotechnik II (MB, EUT, LUM) Seite 5 von 5 Aufgabe 5 (8 Punkte) Gegeben ist folgendes Netzwerk. Alle Bauteile werden als ideal betrachtet. Der Widerstand R 5 kann im Bereich von 0 bis 5 kω variiert werden. Dabei gilt zu jedem Zeitpunkt die Beziehung R 4 + R 5 = 5 kω. U 1 R 3 R R 4 Gegeben: R 2 = 1 kω R 3 = 1 kω U 1 = 15 V U Z = 10 V U Z U A U 5 R 5 a) (2 Punkte) Berechnen Sie U A in Abhängigkeit von U 5 und U Z. U A = b) (2 Punkte) Wie groß ist U A für R 5 = 0,5 kω? c) (2 Punkte) Welchen Wert darf maximal annehmen, wenn der Strom durch die Zener-Diode für den oben angegebenen Bereich von R 5 mindestens 4 ma betragen soll? U A =,max = d) (2 Punkte) Für welchen Wert von R 5 (bei =,max aus Aufgabenteil c)) ist die Verlustleistung P Z in der Zener-Diode am größten und wie groß ist sie? R 5 = P Z,max =