WS09/10 - TU Clausthal
Werbung
Technische Universität Clausthal Institut für Informatik Prof. G. Kemnitz 16.02.2010 Prüfungsklausur Elektronik I Hinweise: Die Bearbeitungszeit beträgt 90 Minuten. Schreiben Sie die Lösungen, so weit es möglich ist, auf die Aufgabenblätter. Tragen Sie Namen, Matrikelnummer und Studiengang in die nachfolgende Tabelle ein. Zum Bestehen sind ≥ 20 Punkte erforderlich. Geben Sie die Aufgabenblätter zum Schluss mit ab. Name Matrikelnummer Studiengang ∗ ZPHÜ∗ Punkte Note Zusatzpunkte für Hausübungen Ich erkläre mich damit einverstanden, dass das Klausurergebnis im Internet auf der Web-Seite http://techwww.in.tu-clausthal.de/ unter meiner Matrikelnummer bekanntgegeben wird. Unterschrift Aufgabe 1: Analysieren Sie die nachfolgende Schaltung. R3 R1 I1 K1 I3 K2 I5 K3 R6 R4 I4 UQ2 R2 UQ1 R5 I2 IQ I6 a) Stellen Sie geeignete Knoten- und Maschengleichungen auf. 3P b) Stellen Sie eine Matrixgleichung zur Berechnung der unbekannten Ströme auf. 3P Aufgabe 2: Berechnen Sie für den nachfolgenden Spannungsteiler die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung. 3P R2 UE R1 R4 R3 R5 1 UA R1 R2 R3 R4 R5 = 33 kΩ = 7,5 kΩ = 5 kΩ = 4 kΩ = 1 kΩ Aufgabe 3: Gegeben ist die folgende Schaltung: UE D1 R1 D2 R2 UQ UA R1 = R2 = 1 kΩ UQ = 5 V UF = 0,7 V US < −30 V −4 V≤ UE ≤ 4 V a) Zeichnen Sie die linearen Ersatzschaltungen für alle Arbeitsbereiche und geben Sie für jede lineare Ersatzschaltung den Bereich der Spannung UE an, für den sie gilt. 3P b) Berechnen Sie für jeden Arbeitsbereich die Ausgangsspannung UA in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UE . 3P Aufgabe 4: Gegeben ist die nachfolgende Transistorschaltung. Die Transistoren sollen im normalen Arbeitsbereich betrieben werden (BE-Übergang leitend und BC-Übergang gesperrt). UV IE UE UV = 5 V RE = 1 kΩ Transistor: β = 100 UBEF = 0,7 V UA RE a) Zeichen Sie die lineare Ersatzschaltung. 2P b) Bestimmen Sie für die Ersatzschaltung die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung (UA = f (UE )). 2P c) Bestimmen Sie den Eingangsstrom in Abhängigkeit von der Eingangsspannung (IE = f (UE )). 2P d) Ab welcher Eingangsspannung gilt die lineare Ersatzschaltung (nur die untere Grenze)? 1P Aufgabe 5: Gegeben ist die folgende Operationsverstärkerschaltung. R3 R1 UE R2 UA UH −2,5 V< UA < 5 V UH = 5 V R1 = R2 = 1 kΩ R3 = 2,5 kΩ a) In welcher Grundschaltung arbeitet der Operationsverstärker? 1P b) Wie groß ist die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung? 2P c) In welchem Bereich darf die Eingangsspannung für den vorgegebenen Ausgangsspannungsbereich liegen? 2P 2 Aufgabe 6: Entwerfen Sie ein FCMOS-Gatter mit der logischen Funktion: z = x0 ∨ x0 x1 ∨ x0 x1 x2 ∨ x0 x1 x2 x3 und minimaler Transistoranzahl. Minimieren Sie den logischen Ausdruck vor der Entwicklung der Gatterschaltung. 2P Aufgabe 7: Gegeben ist die folgende Schaltung und der Verlauf der Eingangsspannung. C uE R1 R2 R3 uA uE 2 1 0 2 1 0 -1 -2 uA R1 = 3 kΩ R3 = 7,75 kΩ R2 = 9 kΩ C = 3 nF uA (t = 0) = 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t/τ a) Bestimmen Sie die stationären Werte, gegen die die Ausgangsspannung für die beiden Werte der Eingangsspannung uE = 0 V und uE = 2 V strebt. 2P b) Wie groß sind die Anfangswerte der Ausgangsspannung nach einer steigenden und nach einer fallenden Flanke des Eingabesignals? (Am einfachsten über eine Umrechnung in ein funktionsgleiches geschaltetes RC-Glied zu lösen.) 2P c) Mit welcher Zeitkonstante τ erfolgt die Umladung? 1P d) Zeichnen Sie den fehlenden Verlauf der Ausgangsspanung in der Abbildung rechts ein. 2P Aufgabe 8: Die nachfolgende Schaltung ist im Frequenzraum zu analysieren. R2 UE R4 L4 L2 C3 R1 UA a) Berechnen Sie die komplexe Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung und der Kreisfrequenz ω. 2P b) Berechnen Sie den komplexen Eingangswiderstand: XE = 2P UE IE Zur Bewertung: Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 Summe max. Punktzahl 6 3 6 7 5 2 7 4 40 erzielte Punktzahl 3
