Fachprüfung. Schaltungen & Systeme

Transkript

1 Fachprüfung Schaltungen & Systeme 12. September 2006 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 (25 Punkte) Gegeben ist die folgende Schaltung. Die verwendeten Transistoren sind identisch. Der Sättigungsstrom I S der Transistoren beträgt I S =10-16 A. Ferner gilt: B= =100=B+1, Early-Spannung U A I C =I S *exp(u BE /U T ) Aufgabe 1.1 (3 Punkte) Bestimmen Sie den Widerstand R so, daß durch den Transistor BJT2 ein Kollektorstrom von 1mA fließt.

3 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.2 (4 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten der Transistoren vernachlässigt werden können. Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren an! (Beachten Sie die Arbeitspunkte) Aufgabe 1.3 (10 Punkte) Berechnen Sie die Admittanz-Matrix der Anordnung. Verwenden Sie sinnvolle Näherungen und die Annahme, daß S 1 R 1 gilt.

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5 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 1.4 (4 Punkte) Bestimmen Sie den komplexen Eingangswiderstand an Port P1, wenn Port P2 mit einer Kapazität C abgeschlossen wird! Aufgabe 1.5 (4 Punkte) Die Schaltung stellt für einen mittleren Frequenzbereich einen Gyrator dar. Berechnen Sie für diesen Frequenzbereich die an Port P1 sichtbare Induktivität, wenn die Kapazität eine Größe von 10nF hat!

6 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2 (25 Punkte) Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung für f=225mhz. Der Sättigungsstrom I S des Transistors beträgt I S =10-16 A. Ferner gilt: B= =100=B+1, Early-Spannung U A, I C =I S *exp(u BE /U T ) Der Oszillator soll dimensioniert und die Funktion überprüft werden. R1 Vdc=3.0 V BJT_NPN BJT1 P1 L C=100 pf Port P2 C=100 pf Uout R2 C1=100.0 nf L1=100 uh Aufgabe 2.1 (3 Punkte) Dimensionieren Sie die Widerstände R 1 und R 2 so, daß ein Kollektorstrom von I C =100 A fließt. Dabei soll der Strom durch R 1 dem 10fachen Basisstrom des Transistors entsprechen!

7 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.2 (6 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten des Transistors vernachlässigt werden können. Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren an und berechnen Sie die Blindwiderstände der Kondensatoren/Spulen soweit möglich! Entscheiden Sie, welche Blind-Elemente bei der Betriebsfrequenz vernachlässigt werden können! Aufgabe 2.3 (8 Punkte) Berechnen Sie den komplexen Widerstand, den die Spule L sieht. Entfernen Sie dazu die Spule aus dem Kleinsignal-Ersatzschaltbild und ermitteln Sie den Leitwert zwischen den Klemmen P1 und P2! Vereinfachen Sie Ihr Ergebnis sinnvoll, in dem Sie die Größenordnungen der Ersatz- Elemente bei der Betriebsfrequenz berücksichtigen.

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9 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 2.4 (4 Punkte) Könnte der Oszillator bei der vorgesehenen Betriebsfrequenz anschwingen? (Begründung) Dimensionieren Sie die Spule L, falls obige Frage mit ja beantwortet wurde. Aufgabe 2.5 (4 Punkte) Schätzen Sie mit Begründung die maximal mögliche Ausgangsspannung Uout ab!

10 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 =I S *exp(u D1,2 /U T ) Eventuell fließende Dioden-Sperrströme sollen vernachlässigt werden! R2=2 kohm R4=1 kohm R5=1 kohm Uin R1=1 kohm OpAmp1 DIODE1 Uout Port P1 DIODE2 OpAmp2 Port P2 U H =1.0 V R3=1 kohm Diode_Model DIODEM1 Is=1.e-14 Es soll die Funktion der Schaltung untersucht werden. Aufgabe 3.1 (1 Punkt) Wie muß U in =U in0 gewählt werden, damit der Widerstand R 1 stromlos ist? Aufgabe 3.2 (5 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für U in <U in0!

11 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3.3 (6 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für U in >U in0!

12 Klausur Schaltungen & Systeme SS Aufgabe 3.4 (4 Punkte) Skizzieren Sie U out als Funktion von U in unter Angabe charakteristischer Werte! Aufgabe 3.5 (4 Punkte) Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf der Ausgangsspannung des ersten OPs als Funktion der Eingangsspannung unter Angabe charakteristischer Werte!