EK1_P3_2008_04_30_Loesung

Elektronik 1
Prüfung 3: 30.4.08
Lösung
Zeit 30 Minuten
Eigene Zusammenfassung von 6 Seiten erlaubt
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. Netzteil mit Siebkondensator
Ein Brückengleichrichter wird von einem 50Hz-Transformator mit 12V Effektivwert (= 17V
Spitzenwert) gespeist. Nach dem Brücken-Gleichrichter wird die Gleichspannung mit einem
Siebkondensator geglättet. Der Ausgangsstrom beträgt 0.3A und der Ripple (= Umax - Umin)
auf der Ausgangsspannung soll maximal 2V betragen.
a)
Berechnen Sie den Wert des Siebkondensators.
Ladung fliesst von Kondensator zur Last: Q = It = 0.3A2/31/21/50Hz = 2mC
Kondensator-Gleichung: C = Q/U = 2mC/2V = 1mF
2. Stromquelle mit BJT
Der Strom durch den Widerstand Rlast ist ungefähr konstant. Die ganze Schaltung arbeitet also
als Stromquelle.
Die Zenerspannung Uz und der Widerstand Rm sind gegeben.
Die Speisespannung Usupply sei genügend hoch und muss in der Rechnung nicht
berücksichtigt werden.
Rv ist so ausgelegt, dass er genügend Strom liefert für die Zenerdiode und den Basisstrom des
Transistors.
a)
Berechen Sie den Strom durch Rlast als Funktion von Uz, Rmess und Rlast.
IRlast ~ IRmess = URmess/Rmess = (Uz-UBE)/Rmess
Rlast kommt in der Gleichung nicht vor. Es ist ja eine Stromquelle!
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H. Hochreutener, SoE@ZHAW
3. Signallampen-Ansteuerung mit FET
Eine digitale Steuerspannung Usteuer schaltet eine Signallampe ein und aus.
Die Schaltung muss im Temperaturbereich -20°C bis +60°C funktionieren.
Die Exemplarstreuung der Pinch-Off-Spannung (= Threshold Voltage) muss ebenfalls
berücksichtigt werden.
Auszug aus dem Datenblatt: Übertragungskennlinien des FET
a)
Für welche Werte der Steuerspannung Usteuer ist die Lampe sicher ausgeschaltet?
Usteuer = Upmin = 1.8V (im rechten Diagramm) bei 60°C herauslesen
b)
Für welche Werte der Steuerspannung Usteuer ist die Lampe sicher eingeschaltet?
Usteuer = Upmax+UGStyp(12A) = 4.3V + 2.2V = 6.7V
4.3V herauslesen im (rechten Diagramm) bei -20°C, gilt bei 1mA
2.2V = 5.2V (links ei 25°C bei 12A) - 3.0V (rechts bei 25°C und 1mA)
c)
Auf welche Sperrspannung, welchen Spitzenstrom und welchen Dauerstrom muss
die Schottky-Diode ausgelegt werden?
Sperrspannung > 12V, Spitzenstrom > 12A, Dauerstrom ~ 0 (da kurze Impulse)
d)
Was würde passieren, wenn man beim Einbauen des FETs Drain und Source
vertauschen würde?
Der FET schaltet nicht aus. Der mittlere Kanal-Anschluss (Bulk) bilded mit dem
Drain eine Diode welche nun in Durchlassrichtung geschaltet ist.
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e)
Die Signallampe soll mit einem Anschluss an Ground angeschlossen sein, statt an
+12V (= gemeinsamer Ground für alle Verbraucher). Machen Sie einen
Schaltungsvorschlag, wie man das Erreichen kann.
Anstelle des n-Kanal-FETs einen p-Kanal-FET einsetzen. Die Ansteuerung muss
nun mit einer negativen Spannung gegenüber der +12V-Speisung erfolgen. Ein
weiterer Transistor wird als Inverter und Level-Shifter benötigt.
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