Fachprüfung. Schaltungen & Systeme BA

Transkript

1 Fachprüfung Schaltungen & Systeme BA 15. Juli 2004 Prüfer: Prof. Dr. P. Pogatzki Bearbeitungszeit: 2 Stunden Name:... Matr.-Nr.:... Unterschrift:... Punkte Aufgabe Summe Punkte insgesamt: Note: ECTS: 1. Prüfer: 2. Prüfer: Eingesehen am: Unterschrift:

2 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 1 (19 Punkte) Gegeben ist die folgende Verstärkerschaltung mit B=β=100=B+1, U A =100V, U T =25mV Der Sättigungsstrom I SD der Diode beträgt I SD =10-18 A Der Sättigungsstrom I ST der beiden Transistoren beträgt jeweils I ST =10-16 A U BE U Diode IC = IST exp IDiode = ISD exp UT UT R1 R2=10 kohm Vdc=3.0 V I B DIODE1 I B BJT1 R3 Uout BJT2 RL=10 kohm Uin Vdc= V Aufgabe 1.1 (5 Punkte) Der Kollektorstrom des Transistors BJT1 soll 100µA betragen. Bestimmen Sie die Widerstände R2 und R3 so, daß der Diodenstrom gleich dem Basisstrom ist!

3 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 1.2 (4 Punkte) Zeichnen Sie das vollständige Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten der Transistoren vernachlässigt werden können. Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren und der Diode an!

4 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 1.3 (5 Punkte) Bestimmen Sie Y 21 der Anordnung, wenn der Lastwiderstand RL als Kurzschluß betrachtet wird. Nehmen Sie vereinfachend an, daß R2 als Kurzschluß angesehen werden kann. Aufgabe 1.4 (5 Punkte) Welche Spannungsverstärkung ergibt sich mit RL als Last? Welche Stromverstärkung ergibt sich mit RL als Last?

5 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 3 (19 Punkte) Gegeben ist die nachfolgende Oszillator-Schaltung. Der Sättigungsstrom I S der Transistoren beträgt jeweils 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 ) Vdc=3.0 V I in R Port P1 BJT1 BJT2 U in BJT3 BJT4 Vdc= V Es soll die Funktion des Oszillators überprüft werden. Aufgabe 3.1 (3 Punkte) Bestimmen Sie den Widerstand R2 so, daß der Kollektor-Strom des Transistors BJT1 0,5mA beträgt. Nehmen Sie dabei an, daß die Eingangsspannung Uin=0V ist! Beachten Sie die Vorzeichen der Spannungsquellen!

6 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 3.2 (6 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild der Anordnung unter Angabe charakteristischer Werte. Die Klemme Port ist jetzt offen. Aufgabe 3.3 (6 Punkte) Ermitteln Sie den Eingangsleitwert i y = ein u in in bzgl. der Klemme Port aus dem Kleinsignalersatzschaltbild

7 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 3.4 (4 Punkte) Kann die Schaltung anschwingen, wenn an der Klemme Port ein Parallelschwingkreis bestehend aus G, L und C angeschlossen wird? (Begründung). Falls die obige Bedingung erfüllt ist, wie groß darf der Verlustleitwert G des Schwingkreises maximal sein, damit noch eine Anschwingbedingung gegeben ist? Kann die Schaltung anschwingen, wenn statt eines Parallelschwingkreises ein Serienschwingkreis verwendet wird? (Begründung!)

8 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 5 (24 Punkte) Gegeben ist die folgende Schaltung bestehend aus idealen Operationsverstärkern. Die Schaltung kann in 4 teilweise identische Blöcke und eine Ausgangsstufe zerlegt werden. Die verwendeten Dioden sind ideal. Der Sättigungsstrom I S der Dioden beträgt jeweils A. Es gilt: I diode =I S *exp(u Diode /U T ), U T =25mV. Alle Widerstände haben den Wert R. Block 1 R2=R DIODE1 R1=R OpAmp1 Block 3 R7=R Iin1 Vdc=1.0 V DIODE2 Uout1 OpAmp3 R5=R Uout3 R11=R OpAmp5 R6=R Block 2 Port P1 Vdc=Uin R4=R R3=R DIODE3 Scale= Block 4 Uout R10=R OpAmp2 Vdc= V DIODE4 Uout2 OpAmp4 R8=R Uout4 R9=R Aufgabe 5.1 (1 Punkt) Berechnen Sie die Spannung U in01, für die die Bedingung I in1 =0 gilt. Betrachten Sie dabei nur Block1!

9 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 5.2 (4 Punkte) Berechnen Sie die Spannung Uout1 für Eingangsspannungen U in <U in01! Aufgabe 5.3 (4 Punkte) Berechnen Sie die Spannung Uout1 für Eingangsspannungen U in >U in01!

10 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 5.4 (2 Punkte) Skizzieren Sie Uout1 als Funktion von Uin im Intervall [-5V;+5V]! 12 8 Uout1, V Aufgabe 5.5 (3 Punkte) Berechnen Sie nun die Ausgangsspannung Uout2, verwenden Sie die Ergebnisse aus UP5.2 und UP5.3 sinnvoll. Beachten Sie die Vorzeichen der Spannungsquellen! Uin

11 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 5.6 (2 Punkte) Skizzieren Sie Uout2 als Funktion von Uin im Intervall [-5V;+5V]! 12 8 Uout2, V Aufgabe 5.7 (3 Punkte) Es soll nun die Funktion der Blöcke 3 und 4 ermittelt werden. Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout3 (bzw. Uout4) als Funktion der Eingangsspannung Uout1 (bzw. Uout2)! Uin

12 Klausur Schaltungen & Systeme BA SS Aufgabe 5.8 (3 Punkte) Berechnen Sie die die Ausgangsspannung Uout als Funktion der Eingangsspannungen Uout3 und Uout4! Aufgabe 5.9 (2 Punkte) Skizzieren Sie Uout als Funktion der Eingangsspannung Uin im Intervall [-5V;+5V] unter Angabe charakteristischer Werte! Uout, V Uin