Aufgabe 1 (10 Punkte) Gegeben ist die folgende Schaltung: Zum

Klausur 26.03.2008, „Grundlagen der Elektrotechnik II “ (BSc MB)
Seite 1 von 4
Aufgabe 1 (10 Punkte)
Gegeben ist die folgende Schaltung:
gegeben:
R = 1,1 Ω
C1 = 440 µF
C2 = 100 µF
C3 = 50 µF
C4 = 150 µF
Zum Einschaltzeitpunkt t=0 s sind alle Kondensatoren vollständig entladen und der Schalter steht in Stellung a.
a)
(3 Punkte) Skizzieren Sie den qualitativen (ohne Maßstab) Verlauf des Stromes I,
wenn die Spannung u(t) nach dem Einschalten folgenden Verlauf aufweist:
u(t) [V]
55
44
33
22
11
1
2
3
4
5
t[s]
Der Schalter wird bei t = 5 s in Stellung b geschaltet.
b)
(2 Punkte) Berechnen Sie die Ersatzkapazität CErsatz, indem Sie die Kondensatoren
C2, C3 und C4 zusammenfassen.
c)
(3 Punkte) Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf des Stromes I und berechnen Sie
den betragsmäßig größten auftretenden Strom Imax.
d)
(2 Punkte) Berechnen Sie die Spannung UErsatz, die sich nach dem Ausgleichsvorgang einstellt.
Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation
Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg
Klausur 26.03.2008, „Grundlagen der Elektrotechnik II “ (BSc MB)
Seite 2 von 4
Aufgabe 2 (10 Punkte)
A
ia
wa
A
Rma = Rmc
Rmb
ib
wb
b
a
= 100 cm2
= 80 ⋅ 103 A/Vs
= 40 ⋅ 103 A/Vs
c
Gegeben sei der dargestellte Eisenkreis. Die Querschnittsfläche A senkrecht zur Richtung
der magnetischen Feldlinien sei an allen Stellen gleich groß. Zusammen mit den weiteren
Daten wurden die angegebenen magnetischen Widerstände für die Wege a, b und c berechnet. Die magnetische Flussdichte im Eisen ist immer so klein, dass der Zusammenhang B = f(H) linear ist. Feldanteile außerhalb des Eisens seien vernachlässigbar.
a)
(3 Punkte) Zeichnen Sie ein elektrisches Ersatzschaltbild für den magnetischen
Kreis. Tragen Sie die Zählpfeile für die magnetischen Größen unter Berücksichtigung
der dargestellten Wickelrichtungen so ein, dass
-
bei positiven Strömen auch die zugehörigen Durchflutungen positiv sind
bei ia > 0 und ib = 0 der Fluss in a positiv ist
bei ia = 0 und ib > 0 der Fluss in b positiv ist
b)
(3 Punkte) Wie groß muss die Windungszahl wb gewählt werden (ganzzahlig gerundet), damit bei ib = 10 A und ia = 0 A die größte vorkommende magnetische Flussdichte 1,5 T beträgt?
c)
(4 Punkte) Die Windungszahlen seien wa = wb = 80. Ermitteln Sie die Gegeninduktivität zwischen den beiden Spulen. Begründen Sie, warum die Gegeninduktivität mit
den in a) gewählten Zählpfeilen positiv bzw. negativ ist.
Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation
Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg
Klausur 26.03.2008, „Grundlagen der Elektrotechnik II “ (BSc MB)
Seite 3 von 4
Aufgabe 3 (10 Punkte)
Die Abbildung zeigt eine Verstärkerschaltung mit einem idealen npn-Bipolartransistor. (Die
Kondensatoren sind in der Praxis immer vorhanden, haben aber für diese Aufgabe keine
Bedeutung.)
RC
R1
IC
CC
UAus
I1
C1
IB
UCE
UEin
I2
UBE
RE
R2
R1 =
RC =
UCC =
B =
UCC
200 kΩ
6 kΩ
18 V
100
R2
RE
UBE
=
=
=
IE
CE
50 kΩ
2 kΩ
0,6 V
Folgende Vereinfachungen gelten: IB << I1, IB << I2 und IB << IC
a)
(6 Punkte) Berechnen Sie für diese Schaltung den Kollektorstrom IC und die Kollektor-Emitterspannung UCE.
b)
(2 Punkte) Wie groß ist IB?
c)
(2 Punkte) Berechnen Sie die Verlustleistung PV im Transistor (Verluste durch IB dürfen vernachlässigt werden.).
Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation
Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg
Klausur 26.03.2008, „Grundlagen der Elektrotechnik II “ (BSc MB)
Seite 4 von 4
Aufgabe 4 (10 Punkte)
Gegeben ist die folgende Schaltung mit einem idealen Operationsverstärker.
R1 = 2 kΩ ,
R2 =R3 =1kΩ ,
R 4 = 3 kΩ .
Zahlenwerte:
U=f(I)
R
1
R
2
U
0
OP
+
R
3
R
4
U
1
Das Rückkopplungselement ist durch die folgende Kennlinie spezifiziert:
U
1V
-0,5 mA
0,5 mA
I
-1 V
a)
(2 Punkte) Welche Widerstände sind für das Verhältnis U1/U0 ohne Bedeutung? Geben Sie jeweils eine stichwortartige Begründung an.
b)
(8 Punkte) Zeichnen Sie den Zusammenhang U1 = f(U0 ) für -2 V ≤ U0 ≤ 2 V (Maßstab
1 V entspricht 2 cm).
Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Elektrische Energiesysteme und Automation
Prof. Dr.-Ing. G. Ackermann, Eißendorfer Str. 38, 21073 Hamburg