EK1_P5_2009_06_09

Elektronik 1
Prüfung 5: 9.6.09
Name:
Zeit: 90 Minuten
Schriftliche Unterlagen und Taschenrechner erlaubt
PC und Handy nicht erlaubt
Jede vollständig richtig gelöste Teilaufgabe gibt 3 Punkte
Tipps:
Zuerst alle Aufgaben durchlesen und mit der einfachsten beginnen
Jede Teilaufgabe lässt sich unabhängig von den anderen lösen.
1. Tiefsetzsteller
Uquelle
ULast
ULast = Uripple
ILast
PWM-Frequenz f
= 5 .. 15V
= 3V
= 0.1Vpp
< 5A
= 100kHz
a)
Auf welche Zahlenwerte müssen Sperrspannung und Durchlassstrom für T1 und
Sperrspannung und Durchlassstrom für SD1 dimensioniert werden?
b)
Berechnen Sie Lspeicher und Cfilter.
c)
Wozu dient T2? Wozu dient R2? Wozu dient Z2?
d)
Damit ULast bei variablem Laststrom ILast konstant bleibt, muss das PWM-Signal
nachgeregelt werden. Skizzieren Sie einen Schaltungsvorschlag.
e)
Der Transistor T1 schaltet innerhalb von 10ns einen Strom von 5A aus (Annahme di/dt
im Transistor konstant während des Ausschaltvorgangs). Der Verbindungsdraht
zwischen T1 und der Freilaufdiode SD1 ist 10cm lang und hat eine Induktivität von
0.1H. Wie gross ist die so induzierte Spannungsspitze?
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2. Gleichrichter-Schaltung
a)
Berechnen Sie die Spannung am Kondensator, wenn der Laststrom vernachlässigbar
klein ist.
b)
Wie gross muss der Kondensator gewählt werden, damit die Brummspannung maximal
3V beträgt, wenn ein konstanter Laststrom IL von 500mA fliesst?
c)
Für welche Spannung und welchen Strom müssen die Dioden ausgelegt werden?
3. Spannungsgesteuerte Stromquelle
Für die Widerstände gilt:
R3/R2 = R4/R1
Der Operations-Verstärker kann als ideal
angenommen werden.
a)
Leiten Sie unter Berücksichtigung der oben genannten Bedingungen den
Zusammenhang Iout = f(Uin, R1, R2, R3, R4) her.
Tipp 1: Für die Herleitung kann angenommen werden, dass ein Widerstand Rx vom
Anschluss Iout gegen Ground angeschlossen ist.
Tipp 2: Un und Up (Spannungen an den Operations-Verstärker-Eingängen) berechnen
mit Quellenüberlagerung oder mit Knotensatz.
b)
Was passiert, wenn der Anschluss Iout an eine ideale Spannungsquelle angeschlossen
wird (Antwort begründen).
c)
Standard-Operations-Verstärker liefern maximal 20mA Strom. Ergänzen Sie obige
Schaltung mit einem Bipolar-Transistor, damit auch grössere Ströme Iout (Stromrichtung
zum Anschluss Iout) fliessen können.
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4. Audio-Endstufe mit Halbbrücke
a)
Berechnen Sie die mittlere Spannung am Widerstand R in Funktion des Tastverhältnisses  = tobenein/T = tuntenaus/T sowie der Speisespannungen Uplus und Uminus.
Die Transistoren sollen sich wie ideale Schalter verhalten.
Für die gesuchte Funktion Uaus = f(Uplus, Uminus, ) wird eine algebraische Lösung
ohne eingesetzte Zahlenwerte verlangt.
b)
Berechnen Sie den maximalen Strom durch den oberen Transistor, wenn er dauernd
eingeschaltet ist. Bestimmen Sie für diesen Strom und mit Hilfe der Angaben aus dem
Datenblatt (siehe unten) den Durchlassverlust.
c)
Werden die Freilaufdioden SD1 und SD2 benötigt oder können sie weggelassen
werden? Antwort begründen.
d)
Die Verlustleistung pro Transistor sei 2W. Wie hoch wird die Sperrschicht-Temperatur
bei einer Umgebungslufttemperatur von 40°C, wenn keine Kühlkörper verwendet
werden? Weitere Angaben im Datenblatt (siehe unten).
e)
Die Verlustleistung pro Transistor sei 50W. Dimensionieren Sie den Kühlkörper für einen
Transistor, wenn die Umgebungslufttemperatur maximal 40°C beträgt. Weitere Angaben
im Datenblatt (siehe unten).
Auszug aus dem Datenblatt des n-Kanal-Leistungs-FET IFR540
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