Fachprüfung. Schaltungen & Systeme

Transkript

1 Fachprüfung Schaltungen & Systeme 30. Juli 2007 Prüfer: Prof. Dr. P. Pogatzki Bearbeitungszeit: 2 Stunden Name:... Matr.-Nr.:... Unterschrift:... Punkte Aufgabe Summe Punkte gesamt Note Note: ECTS: 1. Prüfer 2. Prüfer Eingesehen am: Unterschrift:

2 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1 (25 Punkte) Für eine elektronische Schaltung wird ein konstanter Strom von 100µA benötigt. Da die Speisespannung U b starken Schwankungen unterworfen ist, wird als Lösung ein Widlar- Stromspiegel vorgeschlagen. Es soll überprüft werden, ob dieser Vorschlag sinnvoll ist. Der zu untersuchende Stromspiegel ist im folgenden Bild dargestellt. Die verwendeten Transistoren sind identisch. Der Sättigungsstrom I S der Transistoren beträgt I S =10-16 A. Ferner gilt: B=β=100=B+1, Early-Spannung U A I C =I S *exp(u BE /U T ) Port P1 Num=1 R1 Port P2 Num=2 BJT_NPN BJT1 BJT_NPN BJT2 RE Aufgabe 1.1 (3 Punkte) Bestimmen Sie den Widerstand R 1 so, daß durch den Transistor BJT1 ein Kollektorstrom von 10mA fließt. Nehmen Sie eine Gleichspannung von 5V an Port P1 an!

3 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.2 (3 Punkte) Bestimmen Sie den Widerstand R E so, daß durch den Transistor BJT2 ein Kollektorstrom von 100µA fließt. Nehmen Sie eine Gleichspannung von 5V an Port P2 an! Aufgabe 1.3 (5 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignaleratzschaltbild der Anordnung unter Angabe charakteristischer Werte!

4 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.4 (8 Punkte) Berechnen Sie die Admittanz-Matrix der Anordnung. Verwenden Sie dabei sinnvolle Näherungen!

5 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.5 (8 Punkte) Prüfen Se nun, ob die Verwendung des Widlar-Stromspiegels sinnvoll ist. Bestimmen Sie dazu mit Hilfe der Y-Parameter die Ausdrücke I1 U I 1 b und I2 Ub. Dabei ist U b die Gleichspannung an Port P1! I 2

6 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2 (25 Punkte) Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung für f 100MHz. Der Sättigungsstrom I S des Transistors beträgt I S =10-16 A. Ferner gilt: B=β=100=B+1, Early-Spannung U A, I C =I S *exp(u BE /U T ) Der Oszillator soll dimensioniert und die Funktion überprüft werden. R1 BJT_NP C1=10 nf BJT Vdc=3.0 V L1=1.0 nh R3=50 Ohm C=1000 pf Uout L2=1.0 nh R2 R R4 R4=150 Ohm Aufgabe 2.1 (3 Punkte) Dimensionieren Sie die Widerstände R 1 und R 2 so, daß ein Kollektorstrom von I C =100µA fließt. Dabei soll der Strom durch R 1 dem 10fachen Basisstrom des Transistors entsprechen!

7 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.2 (6 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten des Transistors vernachlässigt werden können. Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren an und berechnen Sie die Blindwiderstände der Kondensatoren/Spulen soweit möglich! Entscheiden Sie, welche Blind-Elemente bei der Betriebsfrequenz vernachlässigt werden können! Aufgabe 2.3 (8 Punkte) Berechnen Sie den komplexen Widerstand, den die Spule L sieht. Entfernen Sie dazu die Spule aus dem Kleinsignal-Ersatzschaltbild und ermitteln Sie den Leitwert zwischen den Klemmen P1 und P2! Vereinfachen Sie Ihr Ergebnis sinnvoll, in dem Sie die Größenordnungen der Ersatz- Elemente bei der Betriebsfrequenz berücksichtigen.

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9 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.4 (4 Punkte) Könnte der Oszillator bei der vorgesehenen Betriebsfrequenz anschwingen? (Begründung) Dimensionieren Sie die Spule L, falls obige Frage mit ja beantwortet wurde. Aufgabe 2.5 (4 Punkte) Schätzen Sie mit Begründung die maximal mögliche Ausgangsspannung Uout ab!

10 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3 (20 Punkte) Gegeben ist die nachfolgende OP-Schaltung mit Dioden. Sowohl OPs als auch Dioden sind ideal! Es gilt: I D1,2 =I S *exp(u D1,2 /U T ) Eventuell fließende Dioden-Sperrströme sollen vernachlässigt werden! R2=2 kohm R4=1 kohm R5=1 kohm Uin R1=1 kohm OpAmp1 DIODE1 Uout Port P1 DIODE2 OpAmp2 Port P2 U H =1.0 V R3=1 kohm Diode_Model DIODEM1 Is=1.e-14 Es soll die Funktion der Schaltung untersucht werden. Aufgabe 3.1 (1 Punkt) Wie muß U in =U in0 gewählt werden, damit der Widerstand R 1 stromlos ist? Aufgabe 3.2 (5 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für U in <U in0!

11 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3.3 (6 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für U in >U in0!

12 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3.4 (4 Punkte) Skizzieren Sie U out als Funktion von U in unter Angabe charakteristischer Werte! Aufgabe 3.5 (4 Punkte) Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf der Ausgangsspannung des ersten OPs als Funktion der Eingangsspannung unter Angabe charakteristischer Werte!