Fachprüfung. Schaltungen & Systeme

Transkript

1 Fachprüfung Schaltungen & Systeme 29. Juli 2008 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 (24 Punkte) Der folgende Stromspiegel soll auf seine Funktion untersucht werden. Es gilt: B=β=100 B+1, Early-Spannung U A I_Probe Ie I_Probe Ia 2 I_Probe IC1 BJT3 Idc=1 ma 1 Udc=5 V 1 BJT1 Ub1 BJT2 2 Aufgabe 1.1 (6 Punkte) Bestimmen Sie das Übersetzungsverhältnis I a /I e und nehmen Sie an, daß die Early-Spannung U A gegen unendlich geht. Die Näherung B B+1 ist nicht zulässig!

3 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.2 (6 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild der Anordnung unter Angabe charakteristischer Werte! Die Early-Spannung U A beträgt nun 100V! Aufgabe 1.3 (8 Punkte) Berechnen Sie das Verhältnis u BE1 /u BE3! Verwenden Sie jetzt β=b B+1 und B>>1!

4 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.4 (4 Punkte) Welchen minimalen Wert darf die Spannung am Ausgang des Stromspiegels annehmen, damit dieser noch ordnungsgemäß funktioniert? (Begründung)

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6 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2 (26 Punkte) Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung. Als Resonator wird ein Quarz und als aktives Element wird ein Verstärker mit der Spannungsverstärkung A v verwendet. Dabei gilt für den Verstärker: Eingangswiderstand r ein Ausgangswiderstand r aus 0 Maximale Ausgangsspannung U aus =±15V Der Oszillator soll dimensioniert und die Funktion überprüft werden. u1 I_Probe I_Probe1 Av Amplifier u2 R1=50 Ohm HARMONIC BALANCE HarmonicBalance HB1 Freq[1]=??? MHz Order[1]= u3 R2=50 Ohm i1 Quarz X1 i2 OscPort Osc1 R3=50 Ohm Var Eqn VAR VAR1 Av=??? Der Quarz wird durch das folgende Ersatzschaltbild beschrieben: R=65 Ohm L=25 mh C=0.01 pf Port P1 C0=5 pf Port P2 Aufgabe 2.1 (2 Punkte) Berechnen Sie den Strom i 1 als Funktion der Spannungen u 1 und u 3, wenn der Quarz nicht vorhanden ist!

7 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.2 (4 Punkte) Berechnen Sie den Strom i 2 als Funktion der Spannungen u 1 und u 3, wenn der Quarz nicht vorhanden ist! Aufgabe 2.3 (8 Punkte) Berechnen Sie den komplexen Widerstand z a als Funktion der Spannungsverstärkung A v, den der Quarz sieht. Verwenden Sie die Ergebnisse aus UP2.1 und UP2.2.

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9 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.4 (4 Punkte) Bestimmen Sie die Resonanzfrequenz des Quarzes, wenn dieser in Serienresonanz betrieben wird! Welche Spannungsverstärkung A v ist dafür erforderlich (Vorzeichen!)? Aufgabe 2.5 (4 Punkte) Als Ergebnis einer Simulation mit A v =5,65 ergaben sich die folgenden Spannungsverläufe. Erläutern Sie die einzelnen Amplitudenwerte anhand des Schaltbildes (Rechnung!) und die Form von u 2! ts(u3), V ts(u1), V ts(u2), V m1 m2 m time, nsec m1 time= 101.3nsec ts(u1)=2.729 V m2 time= 101.3nsec ts(u2)=15.01 V m3 time= 101.3nsec ts(u3)=6.139 V

10 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.6 (4 Punkte) Warum kann der Quarz in dieser Schaltungstopologie nicht in Parallelresonanz betrieben werden? (Begründung erforderlich!)

11 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 D1,2,3 =I S *exp(u D1,2,3 /U T ) Eventuell fließende Dioden-Sperrströme sollen vernachlässigt werden! R4=R kohm DIODE3 R5=R kohm Uein DIODE1 R1=R kohm OpAmp AMP1 Uaus 1 2 Udc=Uin DIODE2 R2=R kohm R3=R kohm Port P1 Num=1 D DC DC1 SweepVar="Uin" Start=-5 Stop=5 Step=0.02 Diode_Mode DIODEM1 Is=1.e-14 Var Eqn VAR VAR1 Uin=1.0 R=1 Es soll die Funktion der Schaltung untersucht werden. Aufgabe 3.1 (6 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung U aus für U ein >0V!

12 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3.2 (4 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung U aus für U ein <0V!

13 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3.3 (5 Punkte) Skizzieren Sie im nachstehenden Diagramm unter Angabe charakteristischer Werte den Verlauf der Spannung am nichtinvertierenden Eingang des OPs. Die Eingangsspannung wird dabei im Bereich -5V.+5V variiert! 6 4 Uplus, V Uein, V Aufgabe 3.4 (5 Punkte) Versehentlich wird der Widerstand R5 falsch bestückt. Statt R5=R wird R5=2*R eingebaut. Welche Auswirkung hat dieser Fehler auf den Verlauf der Ausgangsspannung U aus als Funktion der Eingangsspannung U in? Skizzieren Sie den Verlauf im nachstehenden Diagramm! (Begründung für Skizze erforderlich) 6 4 Uein, V Uin

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