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1 DHBW-MaEp EL Bayer r0 Matrikel-Nr.: EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt / 0 Anzahl Blätter inkl. Deckblatt, Anhang 0 DHBW Mannheim, Außenstelle Eppelheim MA-TMT5AM2 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer 09. Dezember 206 Dozent Rainer Bayer, Dipl.-Ing. FH Elektronik Name, Vorname Matrikel- Nummer Studienjahrgang MA-TMT5AM Gruppe 2 Semester auf jedem Blatt oben eintragen Hilfsmittel Taschenrechner Zeit 60 min Bewertung Punktzahl 00% Erreichte Punktzahl EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 2 / 0 Halbleiter: Leistungs-Derating, Kühlung / 8 2 Abb..: Leistungs- Derating Datum / Signum Ergebnis Aufg. Thema Blatt a) b) c) d) Summe Anm. RthH (K/W) Halbleiter: Leistungs-Derating, Kühlung BJT als Schalter () l (mm) Abb..2: Wärmewiderstand Kühlkörper 3 BJT als Schalter (2) BJT als Kleinsignal-Verstärker () /. BKT als Kleinsignal-Verstärker (2) Anhang: Formeln, E-Reihen IEC Anmerkungen a v (m/s) Abb..3: Faktor forcierte Kühlung Aufgaben auf dem nächsten Blatt

2 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 3 / 0 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 4 / 0 f Halbleiter: Leistungs-Derating, Kühlung Der Umgebungstemperaturbereich beträgt ϑ A = [ 0; +60] C. a) Montage in ruhender Luft. Ermitteln Sie rechnerisch oder grafisch: a) den zulässigen Leistungsumsatz P zul in W, wenn die maximal zulässige Sperrschichttemperatur ausgenutzt wird; a2) den zulässigen Leistungsumsatz P zul * in W, wenn die maximale Sperrschichttemperatur ϑ Jmax* auf 30 C begrenzt wird. b) Montage auf einem Kühlkörper mittels einer Montagescheibe (R thm = 0,37 K/W). b) Skizzieren Sie das vereinfachte thermische Ersatzschaltbild. b2) Der Leistungsumsatz beträgt P zul** = 23 W. Berechnen Sie die erforderliche Länge l des Kühlkörperprofils in mm für ϑ Jmax * = 30 C. c) Wie Aufg. b), zusätzlich mit Lüfter. Ermitteln Sie die erforderliche effektive Strömungsgeschwindigkeit v in m/s für die reduzierte Kühlkörperlänge l 2 = 00 mm. / 6 / 8 / 4 2 BJT als Schalter () / 20 U B = + V U B2 = +24 V REL: 24 V / 2,4 W U BEsat = 0,7 V U CEsat wird vernachlässigt ϑ amb = [ 25; +50] C Abb. 2: Schaltung Maximum Ratings; Tamb = +25 C Rating Unit VCEO BC V BC V Characteristics; Tamb = +25 C unless otherwise stated min typ max Unit ICBO 00 na Tamb = +25 C 5 µa hfe IC = 00 ma IC = 300 ma 70 IC = 500 ma 40 Tab. 2: Datenblattauszug T a) BC87, BC88 Welche(n) Transistor(en) können Sie laut Tab. 2 einsetzen? Begründung! b) Basisableitwiderstand RBE b) Zeichnen Sie RBE in Abb. 2 ein. b2) Welchen Zweck erfüllt RBE in dieser Schaltung? b3) Ermitteln Sie RBEmax. c) Basisvorwiderstand RV c) Berechnen Sie I B. Übersteuerungsfaktor m = 2,5. c2) RBE = 2 kω. Berechnen Sie RV und wählen Sie einen Wert aus der Reihe E24. d) Schaltvorgang d) Bei welchem Schaltvorgang ist T gefährdet? d2) Zeichnen Sie die Freilaufdiode D ein. d3) Geben Sie die Mindestwerte für U Rmax und I Fmax von D an. d4) Schätzen Sie den Worst-Case-Wert von u CE beim Schaltvorgang ab. / 2 / 4

3 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 5 / 0 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 6 / 0 3 BJT als Schalter (2) / 5 4 BJT als Kleinsignalverstärker () / 8 U Bat = 8 V U BE,AP = 0,7 V Abb. 3.: Ansteuerschaltung Output Characteristics Abb. 4.: Schaltung Abb. 3.2: Schaltungsauszug mit Transistor Gegeben: I 2 = { ; +0,5}mA; Si-Dioden: U Th = 0,5 V; U BEsat = 0,7 V; die Kenntnis von {U Bat; RL; RBE} ist zur Lösung nicht erforderlich a) Teilstrom I 2 Ordnen Sie die Werte von I 2 den Größen I 2L (U O =ˆ L) und I 2H (U O =ˆ H) zu. b) T Aus ; I 0. b) Geben Sie den Logikpegel {L; H} von U O an. b2) Ermitteln Sie den Worst-Case-Wert von U O in Volt. b3) Modifizieren Sie die Schaltung in Abb. 3.2 so, dass T sicher sperrt. c) T Ein ; I = 0,5 ma. c) Geben Sie den Logikpegel {L; H} von U O an. c2) Ermitteln Sie den Worst-Case-Wert von U O in Volt. c3) Berechnen Sie RV und wählen Sie einen Wert aus der Reihe E24. / 2 / 6 Abb. 4.2: Ausgangskennlinienfeld mit Arbeitspunkt Aufgaben auf dem nächsten Blatt

4 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 7 / 0 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 8 / 0 4f BJT als Kleinsignalverstärker () a) Arbeitspunkt und statische Arbeitsgerade / 8 a) Um welche Grundschaltung handelt es sich? Begründen Sie Ihre Antwort. Der Arbeitspunkt ist in Abb. 4.2 gegeben. a2) Zeichnen Sie die statische Arbeitsgerade AGS in Abb. 4.2 ein. a3) Berechnen Sie RC und RE, wenn U RE,AP 5% von U Bat beträgt. b) Basisspannungsteiler / 4 b) Ermitteln Sie I B,AP aus Abb b2) Berechnen Sie den Basisspannungsteiler für den Querstromfaktor q = 5. c) Dynamische Arbeitsgerade AGD / 4 Zeichnen Sie in Abb. 4.2 die dynamische Arbeitsgerade AGD für RL = kω ein. d) Polarität der Kondensatoren / 2 Abb. 4.: die (nicht gezeichnete) Vorstufe liefert u mit u U Bat / 2. Tragen Sie bei allen Kondensatoren den + -Pol ein. 5 BJT als Kleinsignalverstärker (2) / 0 Abb.5: Kleinsignal-Ersatzschaltbild (KS-ESB) Gegeben: I B,AP = 80 µa; R R2 = 2,5 kω; RC = 50 Ω; RL = kω; β = 275 (die gegebenen Werte entsprechen nicht den Lösungen aus Aufg. 4) a) Mit dem gegebenen KS-ESB: a) berechnen Sie r BE bei Raumtemperatur (Näherung genügt); a2) ermitteln Sie die Spannungsverstärkung nach Betrag und Phase. b) Geben Sie das Spannungsübertragungsmaß in db an. / 3

5 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 9 / 0 EL Angewandte Elektronik Klausur Bayer Blatt 0 / 0 Anhang : Formeln Anhang 2: E-Reihen E6 E96 nach DIN IEC Geradengleichung y2 y m = x2 x Wärmewiderstand R th ϑ P 2 V = Rth2 BJT: Basisableitwiderstand RBE 0,2 V R BEmax = (Silizium) I CBOmax BJT: Arbeitsgeraden im Ausgangskennlinienfeld, gegebene Schaltung in Aufg. 4 / 5 Gleichstromwiderstand R G R G = RC + RE Dynamischer Widerstand R D R D = RC RL BJT: Differentieller Widerstand Basis-Emitter-Strecke r BE UT k T rbe UT = Temperaturspannung IB,AP e 23 k,38 0 J/K Boltzmann-Konstante T absolute Temperatur 9 e,60 0 As Elementarladung E96 ± % E48 ±2 % E24 ±5 % E2 ±0 % E6 ±20 % E96 ± % 0 3, , ,40,0 3,48,0,3 3,57,,5 3,65,5,8 3,74,2 3,83,2,24 3,92,2,27 4,02,27,30 4,2,2,33 4,22,33,37 4,32,3,40 4,42,40,43 4,53,47 4,64, , ,99,62 5,,62,65 5,23,6,69 5,36,69,74 5,49,78 5,62,78,82 5,76,8,87 5,90,87,9 6,04,8,96 6,9,96 2,00 6,34 2,0 2,05 6,49 2,05 2,0 6,65 2,5 2,5 6,98 6 7,5 6 2,32 7,32 2,37 7,50 2,37 2,43 7,68 2,4 2,49 7,87 2,49 2,55 80,6 2,6 8,25 2,6 2,67 8,45 2,7 2,74 8,66 2,74 2,80 8,87 2,7 2,87 9,09 2,87 2,94 9,3 3,0 3,0 9,53 3,0 3,09 9,76 E48 ±2 % 3,6 2 3,48 3,65 3,83 4,02 4,22 4,42 4,64 4,87 5, 5,36 5,62 5,90 6,9 6,49 7,5 7,50 7,87 8,25 8,66 9,09 9,53 E24 ±5 % 3,6 3,9 4,3 5, 5,6 6,2 7,5 8,2 9, E2 ±0 % 3,9 5,6 8,2 E6 ±20 %

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