EK1_P3_2013_06_24

Elektronik 1
Prüfung 3: 24.6.13
Klasse:
Name:
Zeit: 90 Minuten
Schriftliche Unterlagen und Taschenrechner sind erlaubt.
PC und Handy sind 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. Getakteter Abwärtswandler
Uquelle
ULast
ULast = Uripple
ILast
PWM-Frequenz f
= 10 .. 30V
= 5V
= 0.2Vpp
< 5A
= 50kHz
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. Wie gross soll R2 gewählt werden? Was spricht für einen grossen Widerstandswert und
was für einen kleinen?
d. Der Transistor T1 schaltet innerhalb von 500ns ein resp. aus (Annahme du/dt sei im
Transistor konstant während des Ausschaltvorgangs). Skizzieren sie den Verlauf von
Spannung, Strom und Verlustleistung am Transistor für Uquelle = 20V und ILast = 5A
während 20µs im stationären Zustand (vor langer Zeit eingeschaltet).
e. Angenommen die Verlustleistung im Transistor T1 sei 20W. Welcher thermische
Widerstand ist für den Kühlkörper maximal zulässig, wenn die Umgebungstemperatur auf
bis zu 50°C steigen kann und der Halbleiter nicht wärmer als 150°C werden darf? Weitere
Angaben im Datenblatt (Auszug unten).
f. Angenommen die Verlustleistung im Transistor T2 sei 2W und er wird nicht auf einen
Kühlkörper montiert. Um wie viele °C wird die Sperrschicht wärmer als die Umgebung?
Weitere Angaben im Datenblatt (Auszug unten).
748915318
Seite 1 / 3
H. Hochreutener, SoE@ZHAW
2. Subtrahierer
Annahme: Operationsverstärker ist ideal.
Verhältnisse:
a = R2/R1
b = R4/R3
falls a = b gilt: Uaus = a∙(Uein1-Uein2)
Tipp: R2 = a∙R1 und R4 = b∙R3 verwenden, um die Variabeln R1 bis R4 zu eliminieren.
a. Die Widerstandswerte seien wegen Herstellungs-Toleranzen nicht ganz genau: b ≠ a
Leiten sie für diesen Fall die Formel Uaus = f(Uein1, Uein2, a, b) her.
Hinweis: Für die volle Punktzahl müssen die Doppelbrüche eliminiert werden.
3. Signal-Gleichrichter
Annahme: Operations-Verstärker sind ideal und werden symmetrisch mit ±5V gespiesen.
a. Zeichnen sie in das obige Diagramm die Kurvenverläufe der Spannungen U1, U2 und
Uaus ein für den gegebenen Verlauf von Uein.
b. Würde die Schaltung auch mit Single-Supply-Operationsverstärker und +5V-Speisung
funktionieren? Falls ja, warum? Falls nein, was müsste angepasst werden?
4. Schalt-Netzteil
Benötigt werden folgende Ausgänge: 5V max. 10A, +15V max. 0.1A und -15V max. 0.1A
a. Zählen sie je zwei Vor- und Nachteile auf, welche der Sperrwandler verglichen mit dem
Gegentaktwandler für diese Anwendung aufweist.
748915318
Seite 2 / 3
H. Hochreutener, SoE@ZHAW
5. LED-Lampen-Treiber
Schema aus dem Datenblatt des ICs MXHV9910
Betrieb an 230V, 50Hz Wechselspannung
Schaltfrequenz = 65kHz
20 LED in Serie geschaltet benötigen ungefähr 20∙3.5V = 70V
LED-Strom bei voller Helligkeit = 350mA
a. Skizzieren sie den Verlauf der Spannungen an Drain des FETs während 20µs im
stationären Zustand (= wenn die Lampe schon länger eingeschaltet ist).
Für die volle Punktzahl muss auch der Zahlenwert für das PWM-Verhältnis berechnet
werden.
b. Wozu dient der NTC (Widerstandswert hat einen negativen Temperatur-Koeffizienten) am
Schaltungseingang?
6. Schmitt-Trigger
Der LMC6482A ist ein rail-to-rail-Operations-Verstärker.
a. Berechnen sie die beiden Schaltschwellen des Schmitt-Triggers.
b. Angenommen die Spannungsversorgung ist 5V statt 3V, wie verändern sich die
Spannungsschwellen des Schmitt-Triggers? Verlangt wird keine Rechnung, sondern eine
qualitativ richtige Erklärung.
748915318
Seite 3 / 3
H. Hochreutener, SoE@ZHAW