Diplomprüfung Elektronik WS 2008/09 Dienstag,

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1 Hochschule München FK Maschinenbau iplomprüfung Elektronik WS 8/9 ienstag,..9 Prof. r. J. Höcht Prof. r. G. Buch Zugelassene Hilfsmittel: Alle eigenen auer der Prüfung: 9 Minuten Name: Vorname: Sem.: Unterschrift: Hörsaal: Platz-Nr.: Stabilisierungsschaltung für größere Ströme mit zwei z-ioden Hinweis:. und. können unabhängig voneinander gelöst werden!. Parallelschaltung zweier identischer z-ioden Gegeben ist eine Stabilisierungsschaltung mit einem Vorwiderstand R V = Ω und zwei parallelen, identischen z-ioden. ie Parameter einer iode sind gegeben: U Z, = 4, V, r Z, = 6. Ω... Zeichnen Sie das lineare Ersatzschaltbild der gesamten Schaltung aus dem Vorwiderstand R V und den beiden linearen Ersatzschaltbildern der z-ioden für U A 4.V. Tragen Sie alle Spannungen und Ströme mit ihren Bezeichnungen sowie die Bezeichnungen der Schaltelemente (z.b. r Z, ) mit ein. (P).. Berechnen Sie den Strom I V, der durch den Vorwiderstand R V fließt, wenn die Eingangsspannung U E = 6. V beträgt. (4P)

2 ETr_WS8_9_ iplomprüfung Elektronik WS 8/9 Seite von 7 Seiten.. Ermitteln Sie die Ausgangsspannung U A für U E = 6.V und zeichnen Sie für den nebenstehenden Verlauf der Eingangsspannung U E (t) die dazugehörende Ausgangsspannung U A (t) ein. (P) durch die einzelne z-iode..4 Welche Parameter ( U Z,, r Z, ) müßte eine z-iode haben, wenn die Parallelschaltung der beiden z-ioden ersetzt werden soll, ohne das Stabilisierungsverhalten der Schaltung zu verändern? Nehmen Sie zur Lösung am besten Ihr in.. gezeichnetes Ersatzschaltbild zu Hilfe. (P). Ersatz der beiden ioden durch eine einzige Im folgenden wird die Parallelschaltung der beiden z-ioden durch eine einzige z- iode ersetzt, deren Kennlinie im folgenden iagramm gegeben ist... Zeichnen Sie das linearisierte ioden- Ersatzschaltbild (für U U Z, ) und bestimmen Sie die Parameter ( U Z,, r Z, ) aus der abgebildeten Kennlinie. (4P) (Achtung! volle Punktzahl nur, wenn der Weg vom iagramm bis hin zum zahlenmäßigen Ergebnis einschließlich der physikalischen Einheiten erkennbar ist) Lineares Ersatzschaltbild: Parameter:

3 ETr_WS8_9_ iplomprüfung Elektronik WS 8/9 Seite von 7 Seiten.. ie Schaltung mit Vorwiderstand R v =. Ω und der z-iode werde nun mit einer Eingangsspannung U E =.V betrieben. (Siehe auch Schaltung bei.). Geben Sie die Gleichung der Arbeitsgeraden an und tragen Sie in das iagramm bei. die Arbeitsgerade ein und markieren Sie den sich einstellenden Arbeitspunkt. (4P) Wie groß ist die Spannung U A an der z-iode und der Strom I V durch die z-iode? (P) Gleichung der Arbeitsgeraden und Nebenrechnung zum Zeichnen der Arbeitsgeraden: Aufladung eines Akkus mit Solarzellen rei in Serie geschaltete Solarzellen laden bei Helligkeit mit zunehmender Beleuchtungsstärke E bis E 7 über einen Widerstand R einen NiMH-Akku ( U B =.V ) auf. er Widerstand habe zunächst den Wert. Ω. ie drei hintereinandergeschalteten ioden haben zusammen das untenstehende Kennlinienfeld mit dem Parameter Beleuchtungsstärke E. U B R I U I /ma E (unkelheit) E E E E 4 E 5 E 6 E Zunehmende Beleuchtungsstärken von E bis E U /V

4 ETr_WS8_9_ iplomprüfung Elektronik WS 8/9 Seite 4 von 7 Seiten. Arbeitsgerade und Arbeitspunkt.. Stellen Sie allgemein die Gleichung der Arbeitsgeraden I = I( U, UB, R) auf und tragen Sie diese in das Kennlinienfeld ein. (P).. Arbeitspunkt bei Beleuchtungsstärke E 7 Markieren Sie den Arbeitspunkt, der sich bei der Beleuchtungsstärke E 7 einstellt und geben Sie an, mit welcher Stromstärke I der Akku geladen wird und welche Spannung U die drei Solarzellen miteinander abgeben. (P). Erhöhung des Ladestroms er Ladestrom soll durch Verkleinerung des Vorwiderstandes R auf.ω vergrößert werden... Welchen Punkt hat die neue Arbeitsgerade mit der alten gemeinsam? (P).. Berechnen Sie einen weiteren Punkt der Arbeitsgeraden (nicht den Kurzschlußstrom, da er nicht mehr im gezeichneten Koordinatensystem liegt) und zeichnen Sie die neue Arbeitsgerade ein. (P).. Kennzeichnen Sie den neuen Arbeitspunkt, der sich bei der Beleuchtungsstärke E 7 einstellt. Mit welcher Spannung U und welchem Strom I wird nun der Akku aufgeladen? (P). Verhalten der Schaltung bei unkelheit Wird der Akku bei unkelheit durch die in urchlaßrichtung geschalteten Photodioden im selben Maße entladen, wie er bei Licht aufgeladen wird? Begründen Sie Ihre Antwort. (P bis P)

5 ETr_WS8_9_ iplomprüfung Elektronik WS 8/9 Seite 5 von 7 Seiten Subtraktion in der ALU Mit dem untenstehenden Addier-Subtrahierwerk soll von der Zahl 5 die Zahl subtrahiert werden.. Bilden Sie in zwei Schritten aus der ualzahl + die 4-Bit-ualzahl. Tragen Sie die entsprechenden ualzahlen in die nebenstehende Tabelle ein. (P). Tragen Sie alle diese arithmetische Operation betreffenden logischen Zustände bzw. in die Kreise des untenstehenden Addier-Subtrahierwerks ein. (4P) dezimal dual = = = = ü s ü s ü s ü s 4 Schaltung mit Operationsverstärkern Gegeben ist die nachstehende Schaltung mit idealen Operationsverstärkern. ie maximale Ausgangsspannung der Operationsverstärker beträgt ± 5 V kω i i t = 4sec kω µf u i u u * u u 4 4. Analyse der Teilschaltungen I, II und III 4.. Geben Sie jeweils den Namen der Grundschaltungen an. (P)

6 ETr_WS8_9_ iplomprüfung Elektronik WS 8/9 Seite 6 von 7 Seiten 4.. Zusammenhang zwischen Ein- und Ausgangsspannung 4... Wie lautet bei Schaltung I quantitativ der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung u und der Eingangsspannung u? (P) i u i kω i t = 4sec kω µf u u * u u Zeichnen Sie für die Schaltung II den Zusammen- U /V * hang zwischen der Eingangsspannung u und der Ausgangsspannung u in das nebenstehende iagramm (P) Nebenrechnung zu * U /V Wie lautet bei Schaltung III der Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal u 4 (t) und dem Eingangssignal u (t)? Geben Sie den Zusammenhang mit allen Zahlenwerten und Einheiten an. (P) Zeitverhalten der Gesamtschaltung 4.. Schaltung I und Schaltung II verbunden bis zum Zeitpunkt t = 4sec Bis zum Zeitpunkt t = 4 sec ist der Schalter am Eingang der Schaltung II in der unteren Position. er Verlauf der Spannung u ist für t sec gegeben. Zeichnen Sie in das iagramm rechts die zeitlichen Spannungsverläufe u, u und u 4 bis zum Zeitpunkt t = 4sec ein. ie Ausgangsspannung der Schaltung III beträgt zum Zeitpunkt t = sec u 4 ( t = ) = V. (P) 4.. Zum Zeitpunkt t = 4sec wird der Schalter zwischen I und II nach oben umgelegt, so daß an Schaltung II als Eingangssignal nunmehr das Ausgangssignal u 4 von Schaltung III liegt. Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf von u und u 4 bis zum Zeitpunkt t = sec. (4P)

7 ETr_WS8_9_ iplomprüfung Elektronik WS 8/9 Seite 7 von 7 Seiten 4.. Wie groß sind zum Zeitpunkt t = 8sec die Ströme i, i und i? (P) 5 Analyse einer igitalschaltung Gegeben sei die nebenstehende Schaltung mit zwei positiv-flankengetriggerten jk-ms-flip-flops: 5. Vervollständigen Sie im nachfolgende Zeitdiagramm die Signale A, B, U und U. ie Signale U und U erleichtern Ihnen dabei, den Zustand von B zu ermitteln. (8P) Clr A U & J Q J Q K R Q K & R Q U B A U U B Clr ualzahl: 5. Tragen Sie in die unterste Zeile des iagramms die ualzahl ein, die durch beide Flip-Flops mit A und B dargestellt wird. A hat die Wertigkeit, B die Wertigkeit. (P) Welche Funktion führt diese Schaltung offensichtlich bezüglich seiner zwei Takteingänge aus? (P) Viel Erfolg