Diplomprüfung Elektronik WS 2005/2006 Mittwoch

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1 FH Münchn F 03 Maschinnbau Diplomprüfung lktronik WS 005/006 Mittwoch Prof. Dr. Höcht Prof. Dr. Kortstock Zuglassn Hilfsmittl: All ignn Nam: Vornam: Sm.: Daur dr Prüfung: 90 Minutn 1 Homogn Halblitr in Hall-lmnt aus Gallium-Arsnid, hat folgnd Abmssungn: d 0.0 mm, l 10.0 mm, b 4.0 mm. All witrn Angabn gltn für trib ds Plättchns bi Raumtmpratur. vntull bnötigt Datn könnn Si dr untnsthndn Tabll ntnhmn. ntrschrift: Hörsaal: Platz-Nr.: d b Grmanium Silizium Gallium-Arsnid ignlitungsträgrdicht / cm / cm / cm 3 lktronnbwglichkit 3900cm Vs 1350cm Vs 8500cm Vs Löchrbwglichkit 1900cm Vs 480cm Vs 450cm Vs lmntarladung As 1.1 Das Hall-Plättchn ist folgndrmaßn dotirt: N D cm -3. m wlchn Halblitrtyp handlt s sich und woran shn Si das? 1. n dr Mitt ds Plättchns shn Si inn Majoritätsträgr ingzichnt. Zichnn Si di Pfil für di Ladungsträgrgschwindigkit v und di Kraft F auf disn Ladungsträgr in. (P) 1.3 Knnzichnn Si in dr obign Skizz dn Plus- und dn Minuspol von H. 1.4 Di magntisch Flußdicht bträgt 0.50Vs/m. Wi groß ist dr Strom durch das Plättchn, wnn di Hallspannung H 0.10V bträgt? (3P)

2 tr_ws05_ :48 Diplomprüfung lktronik WS 005/006 Sit von 6 Sitn Ladschaltung für inn Akku - Konstantstromqull Si wrdn in infach Schaltung dimnsionirn, mit dr Si inn odr mhrr in Rih gschaltt Nickl-admium Akkus mit konstantm Strom ladn könnn. Achtung! Tilaufgabn.1,. und.3 könnn unabhängig voninandr glöst wrdn!.1 rmittlung ds Arbitspunkts dr Schaltung Ggbn ist zunächst in Til dr Transistorschaltung. Durch dn mittrwidrstand R 8. 87Ω soll dr Strom 150mA flißn..1.1 Wi groß ist dr Spannungsabfall am mittrwidrstand R? T Ι R.1. Dr Transistor hat in Stromvrstärkung von twa 00. rmittln Si dn asisstrom AP und tragn Si disn Arbitspunkt in das nbnsthnd Diagramm in und bstimmn Si di dazu nötig asis-mittrspannung AP dr ingangsknnlini. /ma AP AP (P).1.3 rchnn Si di Spannung T, di an di asis glgt wrdn muß, damit dr in.1. rmittlt asisstrom flißt. T /V. instllung ds Arbitspunkts mit inm Spannungstilr Dr in.1 brchnt Arbitspunkt soll nun mit inm Spannungstilr ingstllt wrdn. Di tribsspannung bträgt 1.0V (Falls Si.1 nicht lösn konntn, vrwndn Si di Zahlnwrt.0V und 0.75mA ). rchnn Si (auf dr nächstn Sit) dn Spannungstilr aus R 1 und R so, daß durch R mA flißn. (3P) R 1 R T Ι R

3 tr_ws05_ :48 Diplomprüfung lktronik WS 005/006 Sit 3 von 6 Sitn rchnung von R 1 und R :.3 Anschlißn ins variabln Vrbrauchrwidrstands Nun wrd an dn Kollktor dr Vrbrauchrwidrstand R angschlossn..3.1 rchnn Si allgmin (also nicht mit Zahlnwrtn!) di Gli-,, R, R (P) chung dr Arbitsgradn ( ) R Ι R.3. Zunächst si dr Kollktorwidrstand R 1. 13Ω. ( 8.87Ω groß ist di Kollktor-mittrspannung R, 1 V, sih.1 und.). Wi, wnn dr Kollktorstrom 400 ma bträgt? (P) Zichnn Si in das untnsthnd Ausgangsknnlininfld di zughörig Arbitsgrad und bschriftn Si di Grad mit ".3.". (P) /ma ma ma ma /V

4 tr_ws05_ :48 Diplomprüfung lktronik WS 005/006 Sit 4 von 6 Sitn.3.3 Nun wrd dr Kollktorwidrstand durch inn Kurzschluß rstzt ( R 0 ). Wi groß ist jtzt di Kollktor-mittrspannung, wnn dr Kollktorstrom 400 ma ist? Zichnn Si auch hirfür di zughörig Arbitsgrad in das Ausgangsknnlininfld in und bschriftn Si di Grad mit ".3.3".3.4 Dr asisstrom si auf 0.75mA ingstllt. Zichnn Si di bidn Arbitspunkt für.3. und.3.3 in. Knnzichn Si dis Arbitspunkt mit inm Kris Ο..3.4 Statt ds Kollktorwidrstands R wrd nun in Akku ingstzt, dr aufgladn wrdn soll. Sin Spannung hat di Größ Ak. Stlln Si allgmin di Gli-,,, R auf. (3P) chung dr Arbitsgradn ( ) Ak Ak R Ι Dr Akku si völlig ntladn ( Ak 0 ). Zichnn Si di Arbitsgrad in das Ausgangsknnlininfld auf dr vorhrghndn Sit in und bschriftn Si di Grad mit ".3.4.1" Wi groß ist dr Ladstrom durch dn Akku? markirn Si disn Arbitspunkt im Knnlininfld mit inm klinn Rchtck Nun si dr Akku voll aufgladn auf 6.0 V. Tragn Si auch für disn Fall di Arbitsgrad in und markirn Si dn Arbitspunkt mit inm Strn *. (P) Wi groß ist dr Ladstrom bi dism voll gladnn Akku? gründn Si, ob Si dn Akku bdnknlos taglang an dism Ladgrät angschlossn lassn könnn odr ob Si ihn aus dism Ladgrät nhmn müssn, wnn r voll ist. (P) Antwort:

5 tr_ws05_ :48 Diplomprüfung lktronik WS 005/006 Sit 5 von 6 Sitn 3 Schaltungn mit Oprationsvrstärkr 3.1 Nichtinvrtirndr Vrstärkr Ggbn si di nbnsthnd Schaltung. Wi groß ist a di Vrstärkung v, wnn di Lrlaufvrstärkung * a v ggn nndlich ght? D + - D R A R a 3.1. Nun solln bid Widrständ so dimnsionirt wrdn, daß di Vrstärkung v 1 wird. Wähln Si für bid Widrständ di am billigstn hrstllbarn Widrstandswrt und zichnn Si das Schaltbild ds Vrstärkrs. (4P) R A Schaltbild: R Wi groß ist im dalfall dr ingangsstrom dr Schaltung und was folgt daraus für dn ingangswidrstand R? 3. nvrtirndr Vrstärkr 3..1 Zichnn Si das Schaltbild ins invrtirndn Vrstärkrs. Tragn Si di Spannungn, a, D sowi dn ingangsstrom in. (P) 3.. Dimnsionirn Si di bidn Widrständ so, daß di Vrstärkung v 1 ntstht. Dr ingangsstrom in dn Vrstärkr soll bi 10.0 V dn Wrt 1.0 ma aufwisn. (P)

6 tr_ws05_ :48 Diplomprüfung lktronik WS 005/006 Sit 6 von 6 Sitn 3.3 Vrstärkung ins Snsor-Signals (P...5P) in hochohmigr luchtungssnsor mit nnnwidrstand R i 100kΩ, dr j nach luchtungsstärk in Lrlaufspannung L zwischn 0.1V und 8.0V abgibt, soll mit inm dr bidn 1:1-Vrstärkr an inn nidrohmign Vrbrauchr angpaßt wrdn. gründn Si stichpunktartig anhand ins Schaltbilds, warum nur in dr bidn Schaltungn 3.1 odr 3. für dis Aufgab gignt ist. 4 Digitaltchnik Ggbn si di untnsthnd Schaltung mit dri positiv flankngtriggrtn Mastr-Slav-Flip- Flops. 1 J A0 A 1 A S >1 Q 0 J1 Q 1 J & Q & K K1 K Takt T 4.1 Zu ginn sind all dri Spichr glöscht (A 1 A A 3 0). Zichnn Si in das untnsthnd Diagramm dn Vrlauf dr anggbnn Signal. Tragn Si in dr ltztn Zil in, wlch Zahl durch A, A1, A0 ntstht. (n di rst Spalt ist di Null brits ingtragn) (10P) Takt T A A A J 0 1 S Zahl: 0 4. Was würd dis Schaltung andrs machn, wnn zu ginn dr rcht Spichr mit A 1 gstzt wär?. (P) Vil rfolg