Pend

ZHAW, EK1, FS2010, 1
EK1-Modul Endprüfung
5 + 5 + 5 + 6 + 5 = 26 Punkte
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1:
Vorname:
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Punkte:
Note:
Teilaufgaben sind möglichst unabhängig gehalten. Benutzen sie immer die Vorgaben!
Zeit: 100 Minuten. 25 Punkte für Note 6.
Alle Unterlagen, keine elektronischen Geräte ausser Taschenrechner erlaubt
Aufgabe 1: Spannungsregelung
3 + 2 = 5 Punkte
Von einem Netzgleichrichter wird die Gleichspannung von + 12 V geliefert. Diese wird mit der
untenstehenden Schaltung weiterverarbeitet. Der OpAmp sei ideal.
R1
a) Z-Diode mit den Daten: IZK = 0.5 mA, VZT = 2.4 V @ IZT = 40 mA rZ = 10 , IZmax = 200 mA,
Einzig der OpAmp Eingang als ist als Belastung vorhanden.
Die Z- Diode wird mit IZ = 10 mA betrieben, welche Spannung VZ erreicht
sie dann genau und wie gross ist R1 zu wählen?
Berechnen sie die Ripple- Spannung über der Z-Diode, wenn die 12 V
Versorgung zwischen 11 V und 13 V schwankt.
b) Berechnen sie die Ausgangsspannung dieser Schaltung (Z-Diode ideal VZ = 2.4 V,
Transistor VBE = 0.7 V).
Wie gross wird die Spannung am OpAmp Ausgang ?
Welche Verlustleistung muss Q1 grob verkraften, wenn bei Vout ein kleiner Motor mit I = 1 A
betrieben wird ?
ZHAW, EK1, FS2010, 2
Aufgabe 2: Transistorschalter für Blinklicht
2 + 3 = 5 Punkte
Für eine Barriere wird eine Blinkschaltung mit LED’s entwickelt. Jede LED erhalte einen
eigenen Steuertransistor (Fig. rechts). Die Ansteuerung erfolgt direkt von einem Oszillator
(Fig. links) mit den Pegeln -10V/10V.
a) Bestimmen sie die Kapazität C für den Oszillator, wenn die Ampel 1 mal pro Sekunde an
und aus gehen soll. R3 = R2 = R1 = 1 kΩ.
Skizzieren sie die Spannungsverlauf VC für diese Werte, wenn der Opamp
bei +- 10 V sättigt.
b) VCC sei 24 V. Die LED mit Flussspannung 2.5 V soll mit 100 mA betrieben werden.
Der Transistor habe ein min = 60 und eine Sättigungsspannung Vsat = 0.5 V.
Dimensioniert mit Reservefaktor 2 bestimmen sie RB und RC.
Mit einer Diode soll verhindert werden, dass die Basis bei OFF auf -10 V liegt, wie?
Aufgabe 3: Endstufe für Signalhorn
2 + 3 = 5 Punkte
Der abgebildete Endstufenverstärker soll mit dem richtigen Kühlblech versehen werden.
.
BD139
a) Berechnen sie grob den Arbeitspunktstrom IE des Transistors (gestrichelter Teil nicht
berücksichtigen) und die Verlustleistung P im Transistor. (VBE = 0.7 V,  = 400)
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b) Für die Annahme einer maximalen Verlustleistung P = 2 W und die folgenden
Datenblattwerte zum Transistor BD139: TJ max 150 0C, RJA = 100 0C/W, RJC = 8 0C/W.
Temperatur Umgebung (Ambient): TA = 20 0C.
Welchen thermischen Widerstand darf das Kühlblech (Heat Sink) höchstens aufweisen,
wenn vom Transistorgehäuse zum Kühlblech eine Wärmeleitfolie mit RCS = 2 0C/W
verwendet wird ?
Modell zeichnen, Grössen eintragen, RSA berechnen.
Welche Leistung kann ohne Kühlblech max. im Transistor verbraucht werden?
Aufgabe 4: Unbekannte OpAmp- Schaltung
2 + 2 + 2 = 6 Punkte
Diese Schaltung verarbeitet ein Photodiodensignal für ein Messinstrument. Alle OpAmps
haben eine Transitfrequenz von 4 MHz, eine Slew Rate von 2 V/µs und Sättigungsspannung
L+ = 10 V, L - = -10 V
a) Bestimmen sie die Ausgangsspannung v1 als Funktion der Spannungsquelle vREF und der
Stromquelle Iin. R1 = 50 kΩ, R3 = 100 kΩ, R4 = 60 kΩ
b) Bestimmen sie für die Teilschaltung mit Ausgang v2 die Werte Rb und C so , dass die
Verstärkung Av = 10 beträgt und ab der Frequenz f = 16 kHz abnimmt. Ra sei 10 kΩ.
Reicht die Slew Rate aus, wenn von der Vorstufe v1 = 0.5 Vpeak Sinussignal mit Frequenz
10 kHz anliegt (Rechnung)?
c) Welche Funktion übt der Schaltungsteil mit Ausgang v3 aus. Geben sie alle wichtigen
Grössen an (Rechnung oder Skizze mit Werten). Rx = 10 kΩ, Ry = 100 kΩ.
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Aufgabe 5: Sensorverstärker mit FET
3 + 2 = 5 Punkte
Für einen Sensor wird folgender FET - Verstärker wegen seines hohen Eingangswiderstandes
benutzt. Für den Arbeitspunkt ist nur der ausgezogene Teil relevant. VDD = 15 V.
a) Enhancement NMOS FET gegeben nach Datenblatt mit:
Vt = 3 V und Kennlinienpunkt VGS = 5 V / ID = 20 mA (Saturation Region).
Bestimmen sie den Faktor K des FET.
Es sei RS = 500 Ω, bestimmen sie R2 für Vt = 3 V und einen Arbeitspunktstrom ID = 10 mA.
.
Arbeitet der FET auch tatsächlich als Verstärker?
b) Es sei R2 = 800 kΩ, RD = 500 Ω .
Das minimale Vt nach Datenblatt betrage 1 V und es sei K = 4 mA/V2.
Welcher Wert für RS ist zu wählen, damit sich für ein solches Exemplar wiederum
ID = 10 mA einstellt ?
Wie gross wird der Widerstand rDS des FET wenn versehentlich RS kurzgeschlossen
wurde?
Tipp: VGS = VG - VS nutzen