Matr. Nr.: Kennzahl: b) Bestimmen Sie den Strom durch beide Dioden durch grafische Netzwerkanalyse. (15 Punkte)

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1 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK, WS 2017/18 DATUM Punktemaximum: 100 Testdauer: 90 min Vorname: Nachname: Matr. Nr.: Kennzahl: Hinweis zum Test: Alle nötigen Zwischenschritte angeben! Ergebnisse ohne erkennbaren Rechengang werden nicht gewertet. Wenn für Teilaufgabe kein verwertbares Resultat, dann für Folgeaufgabe sinnvolle Annahmen treffen! Änderung der Punkteverteilung vorbehalten! 1. Beispiel: Diodenschaltung, grafische Netzwerkanalyse (33 Punkte) Gegeben: U0 = 15 V, I0 = 100 ma, R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 150 Ω, Kennlinie einer Diode für T = 25 C, die Dioden sind identisch. Punkte: 1. / / / 34 /100 a) Berechnen Sie die Parameter für eine Ersatzspannungs-/ Stromquelle UL; IK, Ri bezüglich des linearen Teils der gegebenen Diodenschaltung. (12 Punkte) b) Bestimmen Sie den Strom durch beide Dioden durch grafische Netzwerkanalyse. (15 Punkte) c) Bestimmen Sie den Strom durch beide Dioden für eine Diodentemperatur von T = 80 C (6 Punkte) 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum 1 / 3

2 2. Beispiel: Zenerdiode (33 Punkte) Gegeben ist folgende Schaltung zur Spannungstabilisierung. UB = 20 V +/ 10% R2 = 100 Ω +/ 10% IL = 0 10 ma Von der Zenerdiode sind folgende Daten bekannt: Maximale Verlustleistung Pv,max = 250 mw Minimaler Strom durch die Zenerdiode IZ,min = 0,1 IZ,max Zenerspannung UZ,nenn = 5 V Weiters ist die im folgenden Bild dargestellte Kennlinie der Zenerdiode gegeben. U B I 1 R 2 I 2 R 1 I Z U Z I L U A I I U IZ UZ,nenn -5.2V -5V 0.7V U rz UZ Izmax Kennlinie Großsignalersatzschaltbild Zenerdiode für U Z U Z,nenn Gesucht: a) Berechnen Sie aus den gegebenen Daten der Zenerdiode den maximal erlaubten (IZ,max) und minimalen nötigen (IZ,min) Diodenstrom (nehmen Sie für die Berechnung UZ UZ,nenn an). (3 Punkte) b) Bestimmen Sie aus den gegebenen Daten den Ersatzwiderstand rz für das Großsignalersatzschaltbild der Zenerdiode. Berechnen Sie mittels des Großsignalersatzschaltbildes UZ wenn IZ gleich IZ,min ist. (5 Punkte) c) Geben Sie den zulässigen Bereich von R1 an damit IZ für alle möglichen Kombinationen von UB, R2 und IL innerhalb der Grenzen IZ,min IZ,max liegt (nehmen Sie für die Berechnung UZ UZ,nenn an). (10 Punkte) d) Zeichnen Sie das Großsignalersatzschaltbild der Schaltung. (3 Punkte) e) Geben Sie für R1 = 96 Ω, R2 = und IL = 0 ma den zeitlichen Verlauf des Stromes IZ an, wenn die Spannung UB folgenden Verlauf hat. Berücksichtigen Sie bei der Berechnung die Zenerdiode mit ihrem Großsignalersatzschaltbild. (9 Punkte) U B /V t/ms f) Welche Ausgangsspannung UA ergibt sich, wenn die Zenerdiode verpolt eingebaut wird? (3 Punkte) 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum 2 / 3

3 3. Beispiel: Transistorgrundschaltungen/Arbeitspunkteinstellung (34 Punkte) Gegeben ist folgende gegengekoppelte Emitterschaltungen a) In der Übung haben wir zwei Schaltungen kennen gelernt, die sowohl robust gegen Temperaturschwankungen als auch gegen B-Streuungen sind. Wie heißt die in Abb. 1 dargestellte Schaltung? Zeichnen Sie die zweite Schaltung. (3 Punkte) b) Erklären Sie das Gegenkopplungsprinzip (d.h. die Robustheit des AP gegen Temperaturschwankungen und B-Streuungen) grafisch, indem Sie Eingangs- und Transferkennlinie(n) des Transistors, sowie die entsprechenden Arbeitsgeraden für die in Abb. 1 dargestellte Schaltung skizzieren. Geben Sie die Schnittpunkte mit den jeweiligen Achsen an. (7 Punkte) U B U G R G Abb. 1 R C e >> U e I B U BE R C I C U CE I E C a >> U a UB = 12 V RC = 500 R = 200 k B 300 UCE, min = 0.4 V UEA = 60 V UT = 25 mv UBE 0,7 V RG = 100 c) Berechnen Sie den Arbeitspunkt (IC,0, UC,0) ohne Berücksichtigung des Early-Leitwerts. (3 Punkte) d) Wie groß ist die maximal mögliche, symmetrische Aussteueramplitude? (3 Punkte) Hinweis: Sie können den Strom, welcher bei ausgeschaltetem Transistor über R in den Eingang fließt, vernachlässigen. e) Bestimmen Sie den maximal möglichen Kollektorstrom IC, max. (3 Punkte) f) Zeichnen Sie das KSESB der gesamten Schaltung (mit Early-Leitwert). (3 Punkte) g) Berechnen Sie die Betriebsparameter: Leerlaufverstärkung A0, Eingangswiderstand re und Ausgangswiderstand ra für hinreichend hohe Frequenzen unter Berücksichtigung des Early-Leitwerts. (12 Punkte) 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum 3 / 3

4 Lösung zu 1. Beispiel: Diodenschaltung, grafische Netzwerkanalyse 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum Lösung 1 / 6

5 ad b) 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum Lösung 2 / 6

6 Lösung zu 2. Beispiel: Zenerdiode 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum Lösung 3 / 6

7 Lösung zu 3. Beispiel: Transistorgrundschaltungen/Arbeitspunkteinstellung a) Abb. 1 stellt eine Emitterschaltung mit spannungsgesteuerter Stromgegenkopplung dar. Die andere Schaltung ist die Emitterschaltung mit stromgesteuerter Spannungsgegenkopplung: 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum Lösung 4 / 6

8 f) Kleinsignalersatzschaltbild g) A0 ohne Gegenkopplung und ohne Early-Leitwert wäre A 0 = SR C = 0,3868 S 500 Ω = PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum Lösung 5 / 6

9 re ra 1. PROBETEST ZU HALBLEITER-SCHALTUNGSTECHNIK Datum Lösung 6 / 6