A1 VU Schaltungstechnik A1 Prüfung

Transkript

1 A1 VU Schaltungstechnik A1 Prüfung Kreuzen Sie die richtige Antwort an: 1.1 Mit welcher Schaltung erreicht man die gewünschte Ausgangsspannung U a lt. Diagramm. (U e und U st lt. Diagramm) 5% 1.2 Wählen Sie den korrekten Design Flow eines Full-Custom-Entwurfs aus. 5%

2 A2 VU Schaltungstechnik A2 Prüfung Basisschaltung Schaltung 3% Kleinsignalersatzschaltbild 5% Verstärkung 5% Ausgangswiderstand 2%

3 A3 VU Schaltungstechnik A3 Prüfung

4 A4 VU Schaltungstechnik A4 Prüfung Gleichtaktfehler In welcher Grundschaltung tritt der Gleichtaktfehler auf? 2% Zeichnen Sie den Schaltplan der Grundschaltung. 3% Berechnen Sie die Verstärkung unter Berücksichtigung der Gleichtaktverstärkung. 7% Berechnen Sie den Fehlerfaktor F. 3%

6 A6 VU Schaltungstechnik A6 Prüfung Funkelrauschen 10% Beschreiben Sie das Funkelrauschen. Wo tritt es auf? Zeichnen Sie die spektrale Dichte als Funktion der Frequenz.

7 A7 VU Schaltungstechnik A7 Prüfung Spannungsgesteuerte Stromquelle, vernachlässigen Sie den Basisstrom des Transistors; R i =50 R 1 = 20k R 2 = 100k ; R 3 = 15k ; R 4 = 10k ; C 1 = 32nF; C 2 = 10nF; R L = 1,5...4,5 U S = 12V; U e = +5V+5V sin( t); I L ( =0) = 2A; R i OV 1 U a1 R 2 R 3 C 2 U a2 R 4 I e+ OV 2 U S R L U L I L BD 243B U e R 1 C 1 R S 1) OV 1 und OV 2 ideal; 7,5% Berechnen sie das Verhältnis U a 1 in Abhängigkeit der Kreisfrequenz (symbolisch). U e U a 1 = U e 2) OV 1 und OV 2 ideal; a) Berechnen Sie die untere Grenzfrequenz f g1? 2,5% f g1 = b) Berechnen Sie die obere Grenzfrequenz f g2? 2,5% f g2 = 3) OV 1 und OV 2 ideal; 7,5% Berechnen sie das Verhältnis U a 2 in Abhängigkeit der Kreisfrequenz (symbolisch). U e U a 2 = U e 4) f g1 =1kHz, f g2 =20Hz, f g3 =200Hz; 7,5% 1 j f 1 j f Zeichnen Sie den Betragsfrequenzgang von f g1 f g 2 v ( f ) 10 ins 1 j f f g3 vorgezeichnete Bodediagramm auf Seite A9 (Knickzugnäherung).

8 A8 VU Schaltungstechnik A8 Prüfung ) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Wie groß muss R S gewählt werden, damit bei =0 I L ( =0)=2A beträgt? R S = 6) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Berechnen Sie die maximale Verlustleistung am Transistor für =0 mit R S =1,2. (R L!) P Tmax = 7) OV 1 und OV 2 ideal; R S =1,2 ; 5% Berechnen Sie den maximalen Wirkungsgrad (Abgegebene Leistung an der Last zu Gesamtleistung) des Ausgangszweiges. (R L!) η max = 8) OV 1 ideal; OV 2 ideal bis auf I e+ = 20nA; Eingang kurzgeschlossen; R S =1,2 7,5% Wie groß ist der durch I e+ auftretende Spannungsabfall an R L maximal? U Lmax =

9 A9 VU Schaltungstechnik A9 Prüfung E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

10 B1 VU Schaltungstechnik B1 Prüfung Kreuzen Sie die richtige Antwort an: 1.1 Wählen Sie den korrekten Design Flow eines Full-Custom-Entwurfs aus. 5% 1.2 Mit welcher Schaltung erreicht man die gewünschte Ausgangsspannung U a lt. Diagramm. (U e und U st lt. Diagramm) 5%

11 B2 VU Schaltungstechnik B2 Prüfung Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung Schaltung 3% Kleinsignalersatzschaltbild 5% Verstärkung 5% Warum wird die Stromgegenkopplung verwendet? 2%

12 B3 VU Schaltungstechnik B3 Prüfung

13 B4 VU Schaltungstechnik B4 Prüfung Verstärkungsfehler Zeichnen Sie eine Invertierende OV-Grundschaltung 3% und berechnen Sie den Einfluss einer endlichen Geradeaus-Leerlaufverstärkung. 7% Berechnen Sie den Fehlerfaktor F. 5%

14 B5 VU Schaltungstechnik B5 Prüfung

15 B6 VU Schaltungstechnik B6 Prüfung Thermisches Rauschen 10% Beschreiben Sie thermisches Rauschen. Wo tritt es auf? Wie kann der Rauschstrom und die Rauschspannung eines Widerstandes berechnet werden?

16 B7 VU Schaltungstechnik B7 Prüfung Spannungsgesteuerte Stromquelle, vernachlässigen Sie den Basisstrom des Transistors; U 0 1,5 ; R 2 = 12k ; U e R 3 = 10k ; R L = 1,5...4,5 U S = 12V; f g = 500 Hz; U e = -2V+2V sin( t); I L ( =0) = 1,5A; U e R 1 U off R 2 R U 3 OV 0 1 OV 2 C U a1 U S I L R L U L BD 243B R S 1) Berechnen Sie R 1. 2,5% R 1 = 2) OV 1 und OV 2 ideal; 7,5% Berechnen Sie das Verhältnis U a 1 in Abhängigkeit der Kreisfrequenz (symbolisch). U e U a 1 = U e 3) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Wie groß ist C zu wählen, wenn f g = 500 Hz betragen soll? C= 4) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Zeichnen Sie den Betragsfrequenzgang von Auf Seite B9 einzeichnen! U a 1 im Bodediagramm (Knickzugnäherung). U e 5) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Zeichnen Sie den Phasenfrequenzgang von Auf Seite B9 einzeichnen! U a 1 im Bodediagramm (Knickzugnäherung). U e 6) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Wie groß muss R S gewählt werden, damit bei =0 I L ( =0)=1,5A beträgt? R S =

17 B8 VU Schaltungstechnik B8 Prüfung ) OV 1 und OV 2 ideal; 7,5% Berechnen Sie die maximale Verlustleistung am Transistor für =0 mit R S =3. (R L!) P Tmax = 8) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Berechnen Sie den minimalen Wirkungsgrad (Abgegebene Leistung an der Last zu Gesamtleistung) des Ausgangszweiges. (R L!, R S =3 ) η min = 9) OV 1 ideal bis auf U off = 600µV; OV 2 ideal; Eingang kurzgeschlossen; 7,5% Wie groß ist der durch U off auftretende Laststrom I L für R S =3 R 2 =25k I L =

18 B9 VU Schaltungstechnik B9 Prüfung E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

19 A1 VU Schaltungstechnik A1 Prüfung Welche Ausgangsspannung liefert die Schaltung? 5% U a U s 5V 5V 0V t 0V t U a 5V U s 1 0V t 4V 5V 0V 1V U a U a 5V 0V t U a 5V 0V t 1.2 Beschriften Sie die Arbeitspunkte 5%

20 A2 VU Schaltungstechnik A2 Prüfung Komplementäre Emitterfolger im B-Betrieb Schaltung 5% Erklärung 5% An der Last abgegebene Leistung 3% Am Transistor abgegebene Leistung 4% Wirkungsgrad 3%

22 A4 VU Schaltungstechnik A4 Prüfung Logarithmierer Prinzipschaltung eines Logarithmierers 5% Erklärung 3% Ausgangsspannung (Herleitung der Formel) 12%

24 A6 VU Schaltungstechnik A6 Prüfung Bode Diagramm Zeichnen Sie in das gegeben Bodediagramm die Schleifenverstärkung ein. Betrag 5% Phase 5% Geben Sie die Formel für die Schleifenverstärkung an: 7% Zeichnen Sie die Phasenreserve ein. 3%

25 A7 VU Schaltungstechnik A7 Prüfung Gegeben: Mit dem Operationsverstärker AD8592 wurde ein invertierender Verstärker realisiert. T=290K; R 1 R 2 u e u a AD 8592 u n nv / Hz 28 i n pa/ Hz 0,05 f cu Hz OV ideal; R 1 =1k ; Berechnen Sie für eine Verstärkung v r =27dB den Widerstand R 1. 5% R 2 = Für Punkte 2 bis 4: R 2 =20k ; 2. Berechnen Sie die Eingangsrauschspannung und den Eingangsrauschstrom des OV für den Frequenzbereich 100 Hz bis 10 khz mit Hilfe folgender Formel: 2 2 f cu u un 1 i 2 2 =i n f U n = 5% I n = 3% 3. Zeichnen Sie ein Rauschersatzschaltbild für die gesamte Schaltung (einzelne 10% Rauschquellen) und berechnen Sie das Rauschspannungsquadrat des Widerstandes R 1. 2 U R1 = 4. Berechen Sie die äquivalente Eingangsrauschspannung der Schaltung im Bereich von 100 Hz bis 10 khz. 7% U in =

27 A1 VU Schaltungstechnik A1 Prüfung Kreuzen Sie an 1.1 Kreuzen Sie die korrekte Schleifenverstärkung an. (5%) 1.2 Mit welcher Schaltung erreicht man die gewünschte Ausgangsspannung U a lt. Diagramm. (U e und U st lt. Diagramm) (5%)

28 A2 VU Schaltungstechnik A2 Prüfung Slew-Rate 2.1 Erklären Sie was man unter Slew-Rate versteht. 5% 2.2 Wie groß ist die maximale Frequenz für unverzerrte sinusförmige Vollaussteuerung? ( U = U ˆ sin( w t ) ) 8% a a

29 A3 VU Schaltungstechnik A3 Prüfung Zeichnen Sie die Auswirkung der Slew-Rate auf ein sinusförmiges Signal. U = Uˆ sin( w t) w1 > wp a a 1 p =max. unverzerrt übertragbare Kreisfrequenz 7%

30 A4 VU Schaltungstechnik A4 Prüfung Leistungsverstärker 1) Zeichnen Sie eine Gegentaktendstufe mit Darlington Transistoren (5%) 2) Erklären Sie die Funktion der Darlington Transistoren, in welchem Arbeitspunkt wird die Schaltung betrieben (7%)

31 A5 VU Schaltungstechnik A5 Prüfung ) Zeichnen Sie einen Brückenverstärker (5%) 4) Was ist der Vorteil dieser Schaltung? (3%)

32 A6 VU Schaltungstechnik A6 Prüfung Gegeben: Verstärkerschaltung a) Zeichnen Sie das ac-ersatzschaltbild für die Verstärkerschaltung lt. Skizze (3%) b) Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild der Schaltung inklusive aller Rauschgeneratoren (7%) Ab Punkt c: Kleinsignalersatzschaltbild lt. Skizze c) Berechnen Sie i 2 L (symbolisch). (3%) 2 i L =

33 A7 VU Schaltungstechnik A7 Prüfung d) Berechnen Sie die Ausgangsrauschspannungsdichte beigetragen durch (symbolisch, betrachten Sie die Rauschgeneratoren als gegeben): i. 2 v b 2 v o1 = (5%) ii. 2 i b 2 v o2 = (5%) iii. 2 i c 2 v o3 = (2%) e) Berechnen Sie die gesamte Ausgangsrauschspannungsdichte (symbolisch betrachten Sie die Rauschgeneratoren als gegeben) (5%) 2 v oges = f) Zeichnen Sie das Ersatzschaltbild der Schaltung mit äquivalenten Eingangsrauschquellen (5%) g) Berechnen Sie die äquivalente Eingangsrauschspannungsdichte der Schaltung (symbolisch, betrachten Sie die Rauschgeneratoren als gegeben) (8%) 2 v in =

34 A8 VU Schaltungstechnik A8 Prüfung h) Berechnen Sie die äquivalente Eingangsrauschstromdichte der Schaltung (symbolisch, betrachten Sie die Rauschgeneratoren als gegeben) (7%) 2 i in =

35 A1 VU Schaltungstechnik A1 Prüfung Kreuzen Sie die richtige Antwort an: 1.1 Zeichnen Sie die Ausgangsspannung Ua 7% U s 5V 5V 0V U a 5V t U s -1V U a 0V -5V t Der N-Kanal FET hat eine Thresholdspannung von 1V und eine sehr hohe Steilheit. U a 5V 0V -5V t 1.2 Beschriften Sie die Arbeitspunkte 3%

36 A2 VU Schaltungstechnik A2 Prüfung Feldeffekttransistor als Schalter Zeichnen Sie einen FET als Serienschalter 3% Erklären Sie die Funktionsweise, wie groß ist der Ausgangswiderstand? 3% Zeichnen Sie ein Transmissiongate und dessen Ausgangswiderstand in Abhängigkeit der Eingangsspannung 6%

38 A4 VU Schaltungstechnik A4 Prüfung Konstantstromquellen Erklären Sie das Prinzip einer Konstantstromquelle, welcher Effekt wirkt sich dabei aus? (5%) Wie kann man die Stromquelle verbessern (Erklärung + Schaltung)? (7%) Berechnen Sie den Ausgangswiderstand einer verbesserten Stromquelle (3%) Welche Art von Transistor wird üblicherweise als Konstantstromquelle verwendet? Begründen Sie ihre Entscheidung. (3%)

40 A6 VU Schaltungstechnik A6 Prüfung Rauschen 10% Beschreiben Sie das Rauschen eines Feldeffekttransistors. Welche Rauscharten treten auf, erklären Sie diese? Zeichnen Sie ein Kleinsignalersatzschlatbild des FET inklusive Rauschgeneratoren

41 A7 VU Schaltungstechnik A7 Prüfung Spannungsgesteuerte Stromquelle, vernachlässigen Sie den Basisstrom des Transistors; U a1 Für f=0: 2 U = ; e R 2 = 8k ; R 3 = 10k ; C 1 =0,275µF C 2 =1nF C 3 =47nF R L = U S = 12V; f g = 500 Hz; U e = -3V+3V sin( t); I L ( =0) = 3A; 1) Berechnen Sie R 1. 2,5% R 1 = 2) OV 1 und OV 2 ideal; R 1 =6,5k 10% Berechnen Sie den Rückkopplungsfaktor b des 1. OVs in Abhängigkeit der Kreisfrequenz (symbolisch). b (f)= 3) OV 1 und OV 2 ideal; R 1 =6,5k Berechnen Sie die Grenzfrequenzen. 12,5% f g1 = f g2 = 4) OV 1 und OV 2 ideal; R 1 =6,5k 5% Zeichnen Sie den Betragsfrequenzgang von 1 im Bodediagramm (Knickzugnäherung). b Auf Seite B9 einzeichnen! 5) OV 1 und OV 2 ideal; R 1 =6,5k 5% Zeichnen Sie den Phasenfrequenzgang von 1 im Bodediagramm (Knickzugnäherung). b Auf Seite B9 einzeichnen!

42 A8 VU Schaltungstechnik A8 Prüfung ) OV 1 und OV 2 ideal; 5% Wie groß muss R S gewählt werden, damit bei =0 I L ( =0)=3A beträgt? R S = 7) OV 1 ideal bis auf U off = 600µV; OV 2 ideal; Eingang kurzgeschlossen; 10% Wie groß ist der durch U off auftretende Laststrom I L für R S =3 R 2 =25k I L =

43 A9 VU Schaltungstechnik A9 Prüfung E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

44 A1 VO Schaltungstechnik A1 Prüfung Multiple Choice Kreuzen Sie den Transimpedanz-Verstärker an! 10% Kopie

45 A2 VO Schaltungstechnik A2 Prüfung Komplementärer Emitterfolger im B-Betrieb 2.1 Zeichnen Sie die Schaltung des komplementären Emitterfolgers im B-Betrieb. 5% 2.2 Erklären Sie die Funktion der Schaltung (Aussteuerbereich, Spannungsverstärkung, Stromflußwinkel ) 8% Kopie

46 A3 VO Schaltungstechnik A3 Prüfung Skizzieren Sie die Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Eingangsspannung. Erklären Sie auftretende Probleme und schlagen Sie eine Lösungsmöglichkeit vor. 7% Kopie

47 A4 VO Schaltungstechnik A4 Prüfung Äquivalente Eingangsrauschgeneratoren des Bipolartransistors 3.1 Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild eines Bipolartransistors inkl. Rauschquellen 7% 3.2 Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild des Bipolartransistors mit äquivalenten Eingangsrauschquellen 3% Kopie

48 A5 VO Schaltungstechnik A5 Prüfung Berechnen Sie die äquivalenten Eingangsrauschquellen des Bipolartransistors. 10% Kopie

49 A6 VO Schaltungstechnik A6 Prüfung Komplexer Rückkopplungsfaktor I 4.1 Berechnen Sie den komplexen Rückkopplungsfaktor der gegebenen Schaltung (symbolisch). = 7% 4.2 Berechnen Sie die Grenzfrequenz des Poles des Rückkopplungsfaktors. 5% f g1 = Kopie

50 A7 VO Schaltungstechnik A7 Prüfung Komplexer Rückkopplungsfaktor II b æ w ö 1 j + ç è w g2 ø = 10 æ w ö 1 j + ç è w ø g1 v g = v g0 1 æ f ö 1 j + ç è f ø gov w w v f g1 g2 g0 gov = 1000s = 10 s = 100dB = 15,91s Zeichnen Sie den Betragsfrequenzgang von, 1/, v g im Bodediagramm auf Seite A Zeichnen Sie den Phasenfrequenzgang von, 1/, v g im Bodediagramm auf Seite A OPV v g0 =10 4, f gopv =100 Hz. Ermitteln Sie graphisch den Betrag der Schleifenverstärkung v s. (Bodediagramm auf Seite A8) 8% 5.4 OPV v g0 =10 4, f gopv =100 Hz. Ermitteln Sie graphisch die Phase der Schleifenverstärkung v s. (Bodediagramm auf Seite A8) 8% 5.5 Zeichnen Sie die Phasenreserve ein. (Bodediagramm auf Seite A8) 5% Kopie 5.6 Ist das System stabil? 3% 7%

51 A8 VO Schaltungstechnik A8 Prüfung ,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E Kopie ,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07

52 A1 VU Schaltungstechnik A1 Prüfung Multiple Choice Kreuzen Sie die richtige Antwort an: 1.1 Die gegeben Schaltung ist ein: 5% o Transimpedanz Verstärker o Transkonduktanz Verstärker o Normaler Operationsverstärker o Stromverstärker 1.2 OPV invertierende Grundschaltung: 5% Der Rückkopplungsfaktor beträgt: o o o 1 R R R R R R o R1 R R 1 2

53 A2 VU Schaltungstechnik A2 Prüfung Äquivalente Eingangsrauschgeneratoren des FET 2.1 Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild eines FETs inkl. Rauschquellen 7% 2.2 Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild des FETs mit äquivalenten Eingangsrauschquellen 3%

54 A3 VU Schaltungstechnik A3 Prüfung Berechnen Sie die äquivalenten Eingangsrauschquellen des FETs. 10%

55 A4 VU Schaltungstechnik A4 Prüfung Kaskodenschaltung 3.1 Zeichnen Sie eine Kaskodenschaltung. (5%) 3.2 Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile der Kaskodenschaltung (7%)

56 A5 VU Schaltungstechnik A5 Prüfung Erklären Sie den Begriff Miller-Kapazität und wie kann Sie kompensiert werden? (8%)

57 A6 VU Schaltungstechnik A6 Prüfung CMOS Analog-Schalter Das Beispiel behandelt Eigenschaften von CMOS-Analog-Schaltern (z. B.: DG506A) und ihren Einfluss auf einen invertierenden Verstärker. 4.1 Berechnen sie die Sollverstärkung (Schalter ideal). 2% v = 4.2 Welche maximalen Abweichungen vom Betrag der Sollverstärkung entstehen durch den Widerstand R S der Analogschalter für die Schaltung bei einer Versorgungsspannung U S = 15V (T=125 C)? 7% F= 4.3 Skizzieren Sie eine Maßnahme durch die sich der Einfluss des Leitwiderstandes der Analogschalter weitgehend eliminieren lässt. 3%

58 A7 VU Schaltungstechnik A7 Prüfung Komplexer Rückkopplungsfaktor j j g2 g1 v g v g0 1 1 f j f gov v f g1 g2 g0 gov 100s s 100dB 15,91s Zeichnen Sie den Betragsfrequenzgang von, 1/, v g im Bodediagramm auf Seite A8 (Knickzugnäherung). 7% 6.2 Zeichnen Sie den Phasenfrequenzgang von, 1/, v g im Bodediagramm auf Seite A8 (Knickzugnäherung). 6.3 Ermitteln Sie graphisch den Betrag der Schleifenverstärkung v s (Knickzugnäherung). (Bodediagramm auf Seite A8) 8% 6.4 Ermitteln Sie graphisch die Phase der Schleifenverstärkung v s (Knickzugnäherung). (Bodediagramm auf Seite A8) 8% 6.5 Zeichnen Sie die Phasenreserve ein. (Bodediagramm auf Seite A8) 5% 6.6 Ist das System stabil (mit Begründung!)? 3%

59 A8 VU Schaltungstechnik A8 Prüfung ,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E ,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07