Klausur Grundlagen der Elektrotechnik

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1 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 1 von 20 Klusur Grundlgen der Elektrotehnik 1) Die Klusur esteht us 8 Aufgen, dvon 7 Textufgen und ein Single- Choie-Teil. 2) Zulässige Hilfsmittel: Linel, Winkelmesser, niht kommuniktionsfähiger Tshenrehner, 1 hndgeshrieenes A4 Bltt Formelsmmlung. 3) Duer der Klusur: 120 Minuten Nme: Vornme: Mtrikelnummer: Studienrihtung: Untershrift: Bereih für die Korrektur Aufge Punkte 1 / 5 2 / 5 3 / 5 4 / 5 5 / 7 6 / 6 7 / 7 8 /10 Summe /50 Note

2 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 2 von 20 Aufge 1: Gegeen ist die folgende Shltung: Frgen: 1. Berehnen Sie den Gesmtwiderstnd R G und den Gesmtstrom I der Shltung. (3P) 2. Berehnen Sie die Spnnung U 5, die üer dem Widerstnd R 5 fällt. (1P) 3. Berehnen Sie den Strom I 3. (1P)

3 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 3 von 20 Lösung 1:

4 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 4 von 20 Aufge 2: Gegeen ist die folgende Shltung: Frgen: Berehnen Sie die Quellenspnnung U mit Hilfe des Superpositionsprinzips, so dss der Strom I 1 2 A eträgt. (5P)

5 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 5 von 20 Lösung 2:

6 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 6 von 20 Aufge 3: Gegeen ist ein Plttenkondenstor mit einem Dielektrikum und Luft zwishen den Pltten. Der Kondenstor ist uf U = 60 V vorgelden. Die Gesmtkpzität der Anordnung eträgt 160pF. (ε 0 = 8, F/m) Frgen: 1. Berehnen Sie die in dem Plttenkondenstor gespeiherte Ldung Q. (1P) 2. Berehnen Sie die reltive Permittivitätszhl ε r, wenn ds Breitenverhältnis x:y = 3:1 ist. (3P) 3. Berehnen Sie die elektrishen Feldstärken, die in dem Dielektrikum und in der Luft herrshen. (1P)

7 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 7 von 20 Lösung 3:

8 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 8 von 20 Aufge 4: Gegeen ist ein Gleihstrom-Reihenshlussmotor mit einer mehnishen Bemessungsleistung von P meh,n = 1,1 kw ei einer Ankerspnnung U,N = 220 V und einen Wirkungsgrd η N = 80%. Der Widerstnd des Erregerkreises ist R f = 6 Ω. (Berüksihtigen Sie in der Aufge nur die ohmshen Verluste) Frgen: 1. Berehnen Sie die induzierte Spnnung U i im Bemessungspunkt. (2P) 2. Berehnen Sie den Ankerwiderstnd R des Motors. (2P) 3. Berehnen Sie die Verluste des Motors im Bemessungspunkt. (1P)

9 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 9 von 20 Lösung 4:

10 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 10 von 20 Aufge 5: Es soll eine RL Reihenshltung erehnet werden. U Rges U = 100 V e j0 f = 50 Hz R 1 = R 2 = 20 Ω L = 68 mh U I R 2 R 1 L U L Frgen: 1. Geen Sie die Impednz Z nh Betrg und Phse n. (2P) 2. Bestimmen Sie folgende Zeiger nh Betrg und Phse: ) I (1P) ) U Rges. (1P) ) U L (1P) 3. Zeihnen Sie ds Zeigerdigrmm für den Strom und lle Spnnungen. (2P)

11 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 11 von 20 Lösung 5:

12 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 12 von 20 Aufge 6: Gegeen ist die neenstehende Verstärkershltung mit Opertionsverstärker. Dei ist der OPV ls idel nzunehmen. R 1 = 5 kω R 2 = 50 kω C = 200 nf Frgen: 1. Mrkieren Sie die für die Berehnung der Shltung notwendigen Knoten und Mshen, und geen Sie einen vollständigen Stz von Knoten- und Mshengleihungen n! (2P) 2. Bestimmen Sie zunähst die komplexe Spnnungsverstärkung V U ( f ) = U /U e, und erehnen Sie nshließend den Betrg der Spnnungsverstärkung V U für f=50hz (3P) 3. Wie groß ist die Spnnungsverstärkung V U ei sehr kleinen ( ω = 0) und ei sehr hohen ( ω = ) Frequenzen? (1P)

13 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 13 von 20 Lösung 6:

14 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 14 von 20 Aufge 7: Gegeen ist die neenstehende Verstärkershltung. Spnnung und Strom für den gewählten Areitspunkt (Index 0) hen folgende Werte: U DS0 = 3 V I D0 = 10 ma U B = 9 V Frgen: 1. Wie groß muss der Widerstnd R D gewählt werden, um die Shltung im gewählten Areitspunkt zu etreien? (1P) 2. Zeihnen Sie in ds Ausgngskennlinienfeld die Areitsgerde durh den Areitspunkt ein. (2P) 3. Bestimmen Sie grfish die Gte-Soure-Spnnung U GS0 für den Areitspunkt. (1P) 4. Wie würde sih die Areitsgerde verändern, wenn U B größer zw. kleiner gewählt wird? Zeihnen Sie diese Änderungen für die Areitsgerde in die Grfik ein. (2P) 5. Kennzeihnen Sie den ohmshen Bereih und den Sättigungsereih im Ausgngskennlinienfeld. (1P)

15 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 15 von 20 Lösung 7:

16 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 16 von 20 Aufge 8: ) Zu jeder Frge ist nur eine Antwort rihtig. ) Jede rihtige Antwort wird mit einem hlen Punkt gewertet. Flshe oder keine Antworten werden ls null Punkte gewertet. ) Es können mximl 10 Punkte erreiht werden. ) Kreuzen Sie dher zu jeder Frge eine Antwort, oder n (z.b. )! Frgen: 1. Welhe Kennlinie eshreit ds Verhlten eines ohmshen Widerstndes? 2. Wie groß ist der Spnnungsfll üer dem Widerstnd R? 4,5 V 6 V 9 V 3. Wie groß ist der Strom I? 3 A 4,5 A 6 A 4. Wie verkleinert mn die Kpzität eines Plttenkondenstors? Indem mn ein Dielektrikum mit größerem ε r zwishen die Pltten hineinshiet Indem mn die Plttenflähe vergrößert und den Plttenstnd verringert Indem mn die Plttenflähe verkleinert und den Plttenstnd vergrößert

17 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 17 von Die gesmte Kpzität C für die neenstehende Shltung zwishen den Klemmen A und B eträgt: 2 µf 3 µf 4 µf 6. Welhe Feldlinien ilden immer eine geshlossene Kurve? Mgnetishe Feldlinien Elektrishe Feldlinien Feldlinien elektrisher Dipole 7. Eine Spule mit einem ringförmigen Kern (Ringkernspule) ht eine Induktivität L 1. Die Quershnittflähe des Ringkernes wird vergrößert, und die Spule ht nun eine Induktivität L 2. Welhe Aussge ist rihtig? L 1 > L 2 L 1 < L 2 L 1 = L 2 8. In welhe Rihtung wird ds Elektron im rehten Bild durh die Lorentzkrft gelenkt? Nh oen Nh unten Nh links 9. Wie verändert sih die Kennlinie eines Permnentmgneterregten Gleihstrommotors, wenn die Ankerspnnung erhöht wird?

18 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 18 von Welhe Rihtung der Lorentzkrft ist rihtig? Pfeil Pfeil Pfeil 11. Wie groß ist die komplexe Admittnz Y AB eines relen Kondenstors mit der Kpzität C und dem Widerstnd R? 12. Wie groß ist der Strom I D durh die Diode? (Prmeter der Diode: R D = 1Ω und U D0 = 0.7V) I D = 55 ma. I D = 92 ma. I D = 45 ma. 13. Welher Untershied esteht zwishen idelem und relem Opertionsverstärker (OPV)? Der Ausgngswiderstnd des relen OPV eträgt R > 0, des idelen OPV jedoh R = 0. Nur der idele OPV verstärkt die Differenzspnnung zwishen invertierendem und nihtinvertierendem Eingng. Beim idelen OPV muss der Ausgng ls Ausgng Stromquelle modelliert werden, eim relen OPV ls Spnnungsquelle.

19 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 19 von Welhe Kennlinie eshreit ds Verhlten eines n-knl MOSFETs? Id Id Id + Vth Vgs -Vth Vgs + Vth Vgs 15. Zu jeder komplexen Zhl Z mit einem Imginärteil I{Z} 0 existiert eine konjugiert komplexe Zhl Z*. Wenn K = Z Z*, dnn K = Re(Z) K = Im(Z) K = Z Bei welher Frequenz eträgt die Phsenvershieung zwishen Strom und Spnnung einer RLC-Reihenshltung genu ϕ = 0? Bei der Frequenz f = Null. Bei der Frequenz f =. Bei der Resonnzfrequenz f o 1 =. 2π LC 17. Welhe Aussge gilt für folgende Shltung mit einem idelen Opertionsverstärker? Verstärkung eträgt = R 2 / R ) V U ( 1 R 1 R 2 Verstärkung eträgt V U R R 2 = +1 1 Verstärkung eträgt = R 1 / R ) V U ( 2

20 Prüfung Grundlgen der Elektrotehnik Seite 20 von Wenn ein n-knl MOSFET sperrt, dnn ist die Gte-Soure-Spnnung U GS : U > U GS U < U GS U = U GS th th th 19. Gegeen sei ein Reihenshwingkreis mit R = 30 Ω, L = 1 mh und C = 1µF. Wie groß ist die Resonnzfrequenz f 0? f 0 = 5033 Hz f 0 = 8000 Hz f 0 = 50 Hz 20. Welhe Größe K wird mit Hilfe der folgenden Formel erehnet: K = 1 T T 0 i( t) Der Gleihrihtwert des Stroms i (t). Der Effektivwert des Stroms i (t). Der rithmetishe Mittelwert des Stroms i (t). 2 dt