Klausur "Elektronik und Messtechnik" 9115/6203. am Teil: Elektronik

Transkript

1 Name, Vorname: Klausur "Elektronik und Messtechnik" 9115/6203 am Teil: Elektronik Hinweise zur Klausur: Die für diesen Teil zur Verfügung stehende Zeit beträgt 2 h. Matr.Nr.: Aufg. P max P Σ 100 Zugelassene Hilfsmittel sind: Taschenrechner Formelsammlung auf maximal einem DIN A4- latt (beidseitig) sowie Formelsammlung zur oolschen Algebra MT ΣEMT itte lösen Sie die Aufgaben möglichst auf dem Aufgabenblatt oder auf der Rückseite des jeweils davorliegenden lattes. enutzen Sie kein eigenes Papier! Kennzeichnen Sie jede Lösungsseite mit der Aufgabennummer, zu der die Lösung gehört. Zusätzliche Lösungsblätter sind nicht zugelassen, auch nicht als Konzeptpapier. Nichtbeachtung gilt als Täuschungsversuch! Kontrollieren Sie zunächst, ob alle Aufgaben in leserlicher Form vorhanden sind. Tragen Sie Name und Matrikelnummer ein. Tip: Die earbeitung der Aufgaben in der gestellten Reihenfolge ist nicht notwendig; beginnen Sie doch einfach mit einer Aufgabe, die Sie gut lösen können! Und nun wünsche ich Ihnen guten Erfolg! Ihr Einsichtnahme ist erfolgt am

2 Aufgabe 0 2 Punkte Lösen Sie die Aufgaben möglichst auf dem Aufgabenblatt und wenn dort kein Platz mehr ist auf der Rückseite des jeweils davorliegenden lattes. enutzen Sie kein eigenes Papier! Kennzeichnen Sie jede Lösungsseite mit der Aufgabennummer, zu der die Lösung gehört. Tragen Sie Name und Matrikelnummer ein. Trennen Sie die lätter nicht! elassen Sie die lätter in der richtigen Reihenfolge. enutzen Sie keinen Rotstift! Die vollständige Lösung dieser Aufgabe bringt Ihnen 2 Punkte! Aufgabe 1 16 Punkte In der dargestellten Schaltung wird die Spannung einer Quelle mit Hilfe einer Zenerdiode stabilisiert. Mit der stabilisierten Spannung wird eine Leuchtdiode betrieben. Die Spannung an der Leuchtdiode betrage 2V, sobald ein Strom durch die Diode fließt. R 1 U 0 = ZD R 2 LD Werte: R 1 = 150Ω, Durchlass- Spannung der Leuchtdiode: 2,0V, U 0 = 11V, Zenerspannung U Z (ZD) = 5V a) Wie groß muss der Vorwiderstand R 2 sein, damit die Leuchtdiode bei einer Durchlassspannung von 2,0 V einen Strom von 20mA aufnimmt? 150Ω b) Welcher Strom fließt dann durch R 1, welcher durch die Zenerdiode? 40mA, 20mA c) Nun wird die Spannung der Quelle auf 9,5V reduziert. Welcher Strom fließt dann noch durch die Leuchtdiode? 20mA d) Nun wird die Spannung der Quelle auf 6,5V reduziert. Welcher Strom fließt dann noch durch die Leuchtdiode? 15mA e) Nun wird die Spannung der Quelle auf 1,5V reduziert. Welcher Strom fließt dann noch durch die Leuchtdiode? 0mA

3 Aufgabe 2 13 Punkte Gegeben ist die folgende Transistorschaltung und das idealisierte Kennlinienfeld des verwendeten Transistors. 10 I/mA C I =30uA I =25uA 5 I =20uA I =15uA I =10uA I =5uA I/uA U /V C E 0,5 U /V E Werte: U = 15V, R C = 1,5kΩ, R = 1,43MΩ a) Zeichnen Sie die Widerstandsgerade ein! siehe Zeichnung b) Wie groß ist der asisistrom I? 10µA c) Welcher Kollektorstrom I C stellt sich ein? 2,7mA d) Wie groß ist dann die Spannung U CE? 11V e) Wie muss der Widerstand R.geändert werden, damit sich eine Kollektorsspannung von U CE = 5V einstellt? neuer I =21,5µA, R = 666kΩ

4 Aufgabe 3 Gegeben sei die im folgenden ild dargestellte Transistorschaltung. 12 Punkte ZD 5,6 R C U R R E Werte: U = 9V, R = 100 kω, R C = R E = 1 kω, Β=200 a) Welche Spannung liegt am Widerstand R E an? 2,7V b) Welcher Strom fließt durch den Widerstand R C! 2,7mA ( I C ) c) Welcher asistrom fließt und welcher Strom fließt durch die Zenerdiode? I =13,5µA,I ZD =47,5µA d) Welche Verlustleistung nimmt der Transistor auf? 9,7mW

5 Aufgabe 4 12 Punkte Gegeben sei eine Verstärkerschaltung mit einem idealen Operationsverstärkern gemäß der folgenden Abbildung: U 1 R 1 + R 3 S 1 U 5 R 2 U 2 Werte: R 1 = 40kΩ, R 2 = 10kΩ, R 3 = 30kΩ, U 1 = 1V a) erechnen Sie die sich am Ausgang des Operationsverstärkers ergebende Spannung U 5. 1V b) estimmen Sie die Spannung U 2! 0,25V c) Nun wird der Schalter in die untere Stellung gebracht. Ermitteln Sie nun die Spannung U 5! 4V d) Ermitteln Sie die Verstärkung (U 5 / U 1 ) in d 12d

6 Aufgabe 5 Gegeben sei die im folgenden ild dargestellte OP- Schaltung. R 1 U 1 + R Punkte U 2 R U 3 4 C R 4 R 5 U 3 + Werte: R 1 = 10kΩ, R 2 = 20kΩ, R 3 = 30kΩ, R 4 = 40kΩ, R 5 = 50kΩ, C = 20nF Auf den Eingang wird die auf der folgenden Seite dargestellte Eingangsspannung gegeben. a) Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung U 2 in das vorgesehene Diagramm ein. (Achsenskalierung bitte jeweils selber eintragen) U 2 =U 1 b) Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung U 3 in das vorgesehene Diagramm ein. c) Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung U 4 in das vorgesehene Diagramm ein. Hinweis: Es ergeben sich hierbei nicht unbedingt glatte Werte.

7 U 1 2V 1V 0V t/ms U 2 3V t/ms U t/ms -6V U 4 15V 7V 5,7V 4V 1,6V t/ms

8 Aufgabe 6 Gegeben sei die folgende Logikschaltung: 12 Punkte a) Stellen Sie die vollständige oolesche Gleichung (logische Funktion) für X auf! b) Vereinfachen Sie diese Gleichung! c) Stellen Sie die Wahrheitstabelle für diese Gleichung auf! d) Skizzieren Sie eine Schaltung mit Kontakten, die die Funktion der obenstehenden Schaltung nachbildet. Nehmen Sie an, daß X eine Leuchte sei, die bei logisch '1' leuchtet und bei logisch '0' spannungslos ist! a) X = A + A + b) X = A + c) d) A X

9 Aufgabe 7 17 Punkte Gegeben sei die im folgenden ild dargestellte Schaltung mit einem Toggel-Flip-Flop (mit Set- Eingang), einem D-FlipFlop und einem Monoflop. Die Ausgänge der Flip-Flops und des Monoflops befinden sich zunächst auf Null. Unterhalb des Schaltbildes ist eine Eingangsimpulsfolge für die Eingänge A und dargestellt. Skizzieren Sie darunter die sich ergebenden Signale am Ausgang Z. Hinweis: Achten Sie auf Invertierungen von Signalen! MF1 Β Α D & 2ms 1 Ζ FF1 S FF2