Diplomprüfung Elektronik WS 2006/07 Dienstag,

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1 FH München FK 3 Maschinenbau Diplomprüfung Elektronik WS 6/7 Dienstag, 3..7 Prof. Dr. Höcht (Prof. Dr. Kortstock) Zugelassene Hilfsmittel: Alle eigenen Dauer der Prüfung: 9 Minuten Name: Vorname: Sem.: Unterschrift: Hörsaal: Platz-Nr.: Homogene Halbleiter (Hinweis: Die einzelnen Teilaufgaben. bis.3 sind völlig unabhängig voneinander lösbar.) [6 Pkt] Ein dotierter Halbleiterkristall weist bei Raumtemeratur eine Elektronendichte 6 und eine Löcherdichte p =. / cm. Eventuell benötigte Daten können Sie der nachfolgenden Tabelle entnehmen. 3 4 n =.5 / cm Germanium Silizium Gallium-Arsenid Eigenleitungsträgerdichte 3 cm 3.3 /.5 / cm / cm 3 Elektronenbeweglichkeit 39cm Vs 35cm Vs 85cm Vs Löcherbeweglichkeit 9cm Vs 48cm Vs 45cm Vs Elementarladung 9.6 As. egründen Sie, ob e s sich um einen p-typ oder einen n-typ-halbleiter handelt. (P) 3. egründen Sie, aus welchem Material (Germanium, Silizium oder Gallium-Arsenid) dieser Halbleiterkristall besteht. (P).3 Zwei Halbleiterplättchen aus gleichem Grundmaterial sind beide gleich stark dotiert, das eine mit Donatoren, das andere mit Akzeptoren. Welches der beiden Plättchen hat den geringeren Widerstand? egründung!

2 ETr_WS67_4.doc Diplomprüfung Elektronik WS 6/7 Seite von 6 Seiten. Transistorverstärker [7Pkt] Gegeben seien der nebenstehende Transistorverstärker sowie (unter Aufgabe...) die Kennlinie der asis- Emitterdiode I = I (U E ) und das Ausgangskennlinienfeld I = I (U E, I ) 76 kw R V I I R U E U E U E W U V. Gleichstromverhalten.. Eingangskreis des Verstärkers... Stellen Sie allgemein die Gleichung der Arbeitsgeraden des Eingangskreises I = I (U E, U, R V ) auf. (P)... Zeichnen Sie die Arbeitsgerade in das Diagramm der asis-emitter-kennlinie ein (linkes Diagramm!). erechnen Sie dazu zwei geeignete Punkte der Arbeitsgeraden. (5P) I /µa 4 3 I /ma 8 6 I = 3 µa 4 I = µa I = µa U /V E U /V E...3 Welcher Arbeitspunkt stellt sich im Eingangskreis ein? Markieren Sie den Punkt im linken Diagramm und geben Sie die Werte U und I an. (P) E AP AP I = U = AP E AP

3 ETr_WS67_4.doc Diplomprüfung Elektronik WS 6/7 Seite 3 von 6 Seiten.. Ausgangskreis (Spannungsquelle U, Kollektorwiderstand R und U E )... Tragen Sie die Arbeitsgerade in das Ausgangsdiagramm I = I ( UE, U, R ) (rechts auf Seite!) ein.... Welcher Arbeitspunkt I, U AP E AP stellt sich infolge der eschaltung des Eingangskreises ein? Geben Sie I AP und U E AP an und markieren Sie diesen Punkt im Ausgangskennlinienfeld. (P) U E AP = I AP =. Wechselstromverhalten Der asisstrom I des Transistors werde sinusförmig um den eingestellten Arbeitspunkt ausgelenkt (siehe Abb. rechts): I = I AP + I max sin( ω t). Die Amplitude beträgt = A I max µ I /µa I max.. Zeichnen Sie in das nebenstehende Zeitdiagramm U E () t den Verlauf I - der Kollektor-Emitterspannung, max wenn der Arbeitspunkt bei UE AP = 6.V liegt... Durch Temperaturschwankungen hat sich der Gleichstromarbeitspunkt verschoben auf UE AP = V. Zeichnen Sie auch diesen Verlauf U E () t in das gleiche Diagramm mit ein t U /V E t 3 Mikroprozessor [7 Pkt] 3. Adressierungsarten Nennen Sie drei vom Prinzip her unterschiedliche Adressierungsarten 3. Im Speicherplatz 3AH steht der Zahlenwert AH. Die zwei aufeinanderfolgenden efehle LD A, 3AH. efehl LD, (3AH). efehl beginnen im Speicher bei der Adresse AH. 3.. Auf welchem Speicherplatz (Adresse angeben!) steht der durch den. efehl in das Register A zu ladende Wert? (P) 3.. Welche Werte stehen nach Ausführung der beiden efehle und in den Registern A und? (P) Register A: Register :

4 ETr_WS67_4.doc Diplomprüfung Elektronik WS 6/7 Seite 4 von 6 Seiten 4 Operationsverstärker als Schmitt-Trigger [6 Pkte] Gegeben sei die folgende Schaltung. Die Ausgangsspannung U a kann Werte zwischen +V und V annehmen. U a /V U E R V U a R V 4. ei welchen Spannungen liegen die beiden Schaltschwellen? (P) 4. Die Eingangsspannung U E wird langsam von U E = V bis U S U S = = U E = +V erhöht. Zeichnen Sie in das Diagramm oben rechts den Verlauf der Ausgangsspannung U a ein und kennzeichnen Sie den Verlauf mit Pfeilen und mit 4. (P) 4.3 Nun wird die Eingangsspannung U E von U E = +V auf U E = V erniedrigt. Zeichnen Sie auch hier den Verlauf von U a in das nebenstehende Diagramm ein und markieren Sie ihn ebenfalls mit Pfeilen und mit 4.3. (P) - - U /V E 5 Operationsverstärker- und Digitalschaltung Hinweis: Die Teilaufgaben 5. und 5. können unabhängig voneinander gelöst werden! [6+5+7 = 8 Pkt] 5. Verstärkerschaltung mit drei Eingängen [6 Pkt] Gegeben sei die nebenstehende Operationsverstärkerschaltung mit den drei Eingangsspannungen U, U und U 3 und der Ausgangsspannung U a. U U U 3 8R 4R R - + R +V -V U a 5.. Ermitteln Sie allgemein die Ausgangsspannung U a in Abhängigkeit von den drei Eingangsspannungen.

5 ETr_WS67_4.doc Diplomprüfung Elektronik WS 6/7 Seite 5 von 6 Seiten 5.. erechnen Sie U a bei verschiedenen Eingangsspannungen. Ergänzen Sie dazu die nebenstehende Tabelle. 5. Speicherschaltung [5 Pkt] Gegeben sei die folgende Digitalschaltung mit drei Speichern: Die Versorgungsspannung der Schaltelemente beträgt 8.V. Damit stellt dieses Potential die logische dar. Die logische Null wird durch die Spannung Volt gebildet. Takt T J K U 3 /V U / V U / V U a / V ,. 8,. 8,.. 8, 8, 8, J K J K A 5.. An den Takteingang T wird die Eingangsspannung entsprechend der untenstehenden Abbildung gelegt. Zu eginn haben alle Ausgänge A, und den logischen Zustand. Tragen Sie in die drei Diagramme die logischen Zustände der Ausgänge A, und ein. (Das unterste Diagramm Ua/V wird erst in 5.3 benötigt!) (4P) Takt T A U /V a 5.. Wie heißt diese Schaltung (besteht aus Worten!)? (P)

6 ETr_WS67_4.doc Diplomprüfung Elektronik WS 6/7 Seite 6 von 6 Seiten 5.3 Ansteuerung der Verstärkerschaltung aus 5. durch die Speicherschaltung aus 5. [7 Pkt] Nun werde die Digitalschaltung (Spannungsversorgung +8 Volt) 5. an die Verstärkerschaltung aus 5. geschaltet: A 8R R 4R +V J J J R - Takt T K K K + -V U a 5.3. Welche maximale und minimale Ausgangsspannungen U a max und U a min treten infolge der Ansteuerung durch die Digitalschaltung am Ausgang der Verstärkerschaltung auf? (P) U amax = U a = min 5.3. Ergänzen Sie im Zeitdiagramm auf Seite 5 unterhalb der Logikzustände A, und die Ordinate U a / V so durch die Zahlenwerte der Spannungen, daß Sie den ganzen Spannungsbereich von U a min bis U a max darstellen können. (P) Zeichnen Sie maßstäblich den Verlauf der Ausgangsspannung U a in dieses Diagramm entlang der gesamten Zeitachse ein. (4P) Viel Erfolg