EK1_P3_2007_06_27

Elektronik 1
Prüfung 3: 27. 6. 2007
Zeit 45 Minuten
Tipps
Name:
Eigene Zusammenfassung von 10 Seiten erlaubt
Taschenrechner erlaubt, PC und Handy nicht erlaubt
Jede vollständig richtig gelöste Teilaufgabe gibt 3 Punkte
Zuerst alle Aufgaben durchlesen und mit der einfachsten beginnen
Jede Teilaufgabe lässt sich unabhängig von den anderen lösen
1. Transistor-Schalter
+ 5V
RC
Uein
Uaus
R2
T1
R3
a. Am Ausgang wird ein Widerstand von 470 gegen GND angeschlossen.
Dimensionieren Sie den Widerstand RC so, dass die Spannung am Ausgang folgende
Bedingung erfüllt.
T1 leitet: Uaus < 0.4V
T1 sperrt: Uaus > 2.4V
b. Dimensionieren Sie die Widerstände R2 und R3 so, dass folgende Bedingungen
erfüllt sind.
T1 leitet, wenn Uein > 2.0V
T1 sperrt, wenn Uein < 0.8V
(Falls Sie die vorherige Teilaufgabe nicht lösen konnten, nehmen Sie RC = 1k an.)
c. Wie wirkt sich ein Kondensator zwischen Ausgang und GND auf die Ein- und die
Ausschaltzeiten aus?
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2. Dreieck-Rechteck-Generator für PWM-Erzeugung
Dreieck
R1 22k
C1 113n
+
OP1 LM324
OP2 LM324
+
+
R2 22k
+
R3 22k
f=
R3
1

R2 4R1C1
+
+Vcc
+
+
Rechteck
+Vcc
Voltage (V)
Hinweis: Der LM324 ist ein Single-Supply-Operations-Verstärker. D.h. er kann so wie in
obiger Schaltung an einer einzigen Versorgungsspannung (Vcc = +5V und GND) betrieben
werden.
a. Die Eingänge der Op-Amps, die im obigen Schema noch nicht angeschlossen sind,
würden bei einem Dual-Supply-OpAmp an GND angeschlossen. Was muss damit bei
der Single-Supply-Variante gemacht werden? Erwartet wird eine begründete Antwort
mit einem konkreten Schaltungsvorschlag inkl. Bauteil-Werte.
b. Die Ausgangs-Spannung dieser Op-Amps
3.25
kann bis ca. 0.6V an die untere und bis ca.
1.2V an die obere Speisespannung folgen.
3.00
Damit wird die Amplitude des Rechteck- und
2.75
des Dreieck-Signals unsymmetrisch bezogen
auf die Speisespannung und variiert mit der
2.50
Speisespannung. Wie kann die Schaltung
2.25
modifiziert werden, damit das Rechteck- und
2.00
das Dreieck-Signal eine symmetrische
Amplitude von 0.6Vp (= 1.2Vpp) erhalten
1.75
und gegenüber der Mitte der Speisespannung
10m
15m
20m
25m
30m
(Vcc/2 = 2.5V) symmetrisch wird (wie im
Time (s)
nebenstehenden Diagramm)? Erwartet wird
ein Schaltungsvorschlag inkl. Bauteil-Werte.
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3. Geschalteter Abwärtswandler
+
Speisung
T
PWM
L
SD
Ausgang
C
Last
Speisung: 15V
Ausgangspannung (Sollwert): 5.0V
Strom durch die Last: 0.5A
PWM-Taktfrequenz: 50kHz
PWM-Tastverhältnis: 1/3 (T leitet 1/3 der Zeit)
a. Skizzieren Sie den Verlauf der Spannung und des Stromes an der Induktivität.
b. Berechnen Sie die Induktivität so, dass die Stromschwankung (Iripple) an der
Induktivität 100mA beträgt, wenn die Ausgangsspannung konstant 5.0V ist.
c. Berechnen Sie die Kapazität so, dass die Spannungsschwankung (Uripple) am
Kondensator 200mV beträgt, wenn die Stromschwankung (Iripple) an der Induktivität
100mA beträgt.
d. Nennen Sie je zwei Vor- und Nachteile auf, die entstehen, wenn die Schaltfrequenz
verdoppelt wird.
4. Ansteuerung eines Leistungstransistors
a. Der Gate-Anschluss eines FET ist sehr hochohmig (mehrere G). Trotzdem wird
empfohlen in der Gate-Leitung einen Widerstand von rund 10 einzubauen.
Weshalb?
b. Beim BJT muss Sättigung vermieden werden, wenn man Wert legt auf schnelles
Ausschalten. Wie sieht die Situation aus beim IGBT und beim FET (Antworten
begründen)?
5. Relais ansteuern mit einem digitalen Ausgangs eines Mikro-Controllers
Relais-Spule: 12V/60mA
Mikro-Controller-Ausgang: 0V oder 5V, max. 1mA
a. Skizzieren Sie eine Schaltung, die mit Hilfe des Signals vom Micro-Controller das
Relais ein- resp. ausschalten kann.
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6. Schutzschaltungen für einen Leistungstransistor
Speisung
+
Anschluss1
Last (ohmsch-induktiv)
SD
Anschluss2
Z
T
Anschluss3
C
R
In der Skizze sind drei mögliche Schutzschaltungen skizziert.
Füllen Sie diese Tabelle aus (pro richtiges Tabellenfeld gibt es 1 Punkt):
Variante
Schottky-Diode
Zener-Diode
RC-Glied
Beschreiben
Sie die
Funktionsweise
bzw. die
Schutzwirkung.
Ist die BauteilDimensionierung
Last-abhängig?
(begründen)
Nennen Sie den
Hauptvorteil
dieser Schaltung.
(begründen)
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