Modulprüfung Schaltungen & Systeme 05. März 2013 Prüfer: Prof. Dr. P. Pogatzki Bearbeitungszeit: 2 Stunden Name: Vorname: (Druckbuchstaben) (Druckbuchstaben) Matr.-Nr.: Unterschrift: Viel Erfolg!!! Punkte Aufgabe.1.2.3.4.5.6.7 Summe 1. 2. 3. Korrektur-Punkte gesamt BP=Korr.-Punkte x 1,6 Note: 1. Prüfer Eingesehen am: Unterschrift:
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 2/14 Aufgabe 1 (28 Korr.-Punkte) Gegeben ist die folgende Verstärkerschaltung mit B= =100=B+1, U A, U T =25mV Der Sättigungsstrom I SD der beiden Dioden beträgt jeweils I SD =10-18 A, der Sättigungsstrom I ST der beiden Transistoren beträgt jeweils I ST =10-16 A. Es gilt ferner: U BE U Diode IC IST exp IDiode ISD exp UT UT Aufgabe 1.1 (6 Korr.-Punkte) Bestimmen Sie die Kollektor-Gleichströme der Transistoren BJT1 und BJT2 sowie die Gleichspannung U_Emitter, wenn U in =0 gilt!!
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 3/14 Aufgabe 1.2 (6 Korr.-Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten der Transistoren vernachlässigt werden können. Kennzeichnen Sie eindeutig den Strom I_Probe1. Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren und der Dioden an!
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 4/14 Aufgabe 1.3 (4 Korr.-Punkte) Das Meßinstrument I_Probe1 und die Spannungsquelle Uin werden entfernt. Bestimmen Sie nun die Elemente der Admittanz-Matrix bzgl. der Knoten und (Zahlenwerte erforderlich)!
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 5/14 Aufgabe 1.4 (6 Korr.-Punkte) Das Meßinstrument I_Probe1 und die Spannungsquelle Uin werden wieder eingebaut. Für Uin=10mV werden die folgenden Spektren bzw. zeitlichen Verläufe gemessen. Begründen Sie mit Hilfe des Kleinsignal-Ersatzschaltbildes die unterschiedlichen Amplituden der Grundwellen von IC1 und IC2 und den Wert der Größe Delta. Begründen Sie die Phasenverschiebung zwischen den Strömen!
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 6/14 Aufgabe 1.5 (6 Korr.-Punkte) Nun werden für Uin=50mV werden die folgenden Spektren bzw. zeitlichen Verläufe gemessen. Gegenüber der Ansteuerung mit Uin=10mV hat sich der Gleichanteil des Stromes verändert. Warum ist das so? (Begründung). Wie ist der Unterschied der Wellenformen (nicht Phasenlage) von IC1 und IC2 zu erklären? (Begründung)
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 7/14 Aufgabe 2 (30 Korr.-Punkte) Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung mit einer Schwingfrequenz im MHz-Bereich. Der verwendete Operationsverstärker ist ideal bis auf die endliche Verstärkung A v! Es gilt: für den OP: U U U A op a b v Der verwendete Schwingquarz wird durch das folgende Ersatzschaltbild beschrieben: Port P1 Num=1 R=65 Ohm L=25 mh C=0.01 pf Port P2 Num=2 C=5 pf
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 8/14 Aufgabe 2.1 (5 Korr.-Punkte) Berechnen Sie die Ströme I 1 und I 2 als Funktion der Spannungen U 1 und U 2. Der Quarz ist zunächst nicht vorhanden! Aufgabe 2.2 (8 Korr.-Punkte) Berechnen Sie den Eingangswiderstand oder den Eingangsleitwert, den der Quarz sieht! Es gilt nun: R1 R2 R3 R!
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 9/14
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 10/14 Aufgabe 2.3 (3 Korr.-Punkte) Modifizieren Sie nun Ihr Ergebnis aus UP2.2 für den Grenzübergang Ri 0 Aufgabe 2.4 (4 Korr.-Punkte) Der Quarz wird nun in die Schaltung eingefügt. Es gilt weiter 0 i R. Unter der Annahme, dass die Anordnung schwingfähig ist: Welche Art von Resonanz liegt beim Quarz vor? (Richtige Begründung erforderlich!)
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 11/14 Aufgabe 2.5 (5 Korr.-Punkte) Prüfen Sie nun die Schwingfähigkeit der Schaltung! Es gilt: R 1k Av 20dB Aufgabe 2.6 (5 Korr.-Punkte) Es gilt nun R 1k Av. Der Oszillator soll ein möglichst sinus-förmiges Signal generieren. An welcher Stelle greifen Sie das Signal dann ab und wie gestalten Sie den Abgriff, damit der Oszillator möglichst nicht belastet wird? (Zeichnen Sie den Abgriff in die Schaltung des Oszillators ein!)
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 12/14 Aufgabe 3 (17 Korr.-Punkte) Gegeben ist die folgende Schaltung bestehend aus einem idealen Operationsverstärker und drei idealen Dioden. Der Sättigungsstrom I S der Dioden beträgt jeweils 10-14 A. Eventuell fließende Diodensperrströme sollen vernachlässigt werden. Aufgabe 3.1 (1 Korr.-Punkt) Berechnen Sie die Spannung U in0, für die die Bedingung I in =0 gilt.
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 13/14 Aufgabe 3.2 (4 Korr.-Punkte) Berechnen Sie die Spannung Uout für Eingangsspannungen U in <U in0! Aufgabe 3.3 (4 Korr.-Punkte) Berechnen Sie die Spannung Uout für Eingangsspannungen U in >U in0!
Klausur Schaltungen & Systeme WS2012 14/14 Aufgabe 3.4 (4 Korr.-Punkte) Am Port P1 wird nun ein Lastwiderstand RL=2 kohm angeschlossen. Welchen Einfluß hat dieser auf die Ausgangsspannung Uout? (Begründung!) Aufgabe 3.5 (4 Korr.-Punkte) Skizzieren Sie Uout unter Angabe charakteristischer Werte als Funktion der Eingangsspannung Uin im Intervall [-5V;+5V], wenn kein Lastwiderstand an Port P1 angeschlossen ist!