Fach:

Fach: Elektrotechnik 1 (PE1B)
Datum: 9. Februar. 2007, 14.00Uhr
Prof. Dr.-Ing. J. Hönig
Name:...................................
Vorname:........................................
Unterschrift:.........................
Matrikelnummer:............................
Dauer: 90 Minuten
Anforderungen:
Gegliederte Ansätze mit erläuternden Stichworten in deutlich lesbarer Form. Vollständige,
übersichtliche Berechnungen in Größengleichungen. Ergebnisse müssen, wenn nicht anders
gefordert, mit drei signifikanten Stellen und mit zulässigen Einheiten und zweckmäßigen
Vorsatzzeichen angegeben werden (z. B.: falsch: U = 0,00631779 V , richtig: U = 6,32 mV).
Vollständig beschriftete Diagramme (Achsen, Größen, Einheiten) und Schaltungen.
Wenn eine allgemeine Berechnung verlangt ist, müssen Konstanten und Variablen mit ihren
vorgegebenen Symbolen benutzt werden (z. B.: R1, UB, ie,...).
Bedingungen:
Lichtbildausweis, Taschenrechner mit gelöschtem Speicher. Als Hilfsmittel sind nur eigene
Skripte erlaubt. Bücher und sonstige fremde Unterlagen dürfen nicht benutzt werden.
Bitte nur Kugel- oder Tintenschreiber verwenden.
Bitte keine rote Farbe (Tinte, Faserschreiber) verwenden.
Bitte jede Aufgabe auf einem neuen Blatt beginnen.
Zur Abgabe bitte die Arbeits- und Lösungsblätterblätter in das gefaltete Aufgabenblatt
einlegen.
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1. Aufgabe: Elektrische Quelle und Verbraucher (23P)
Eine elektrische Quelle ist durch ihr Ersatzschaltbild mit Kurzschluß-Stromquelle und
Innenwiderstand gegeben. An den zum Verbraucher führenden Klemmen sind Zählpfeile für
Verbraucherspannung u und Verbraucherstrom i eingetragen.
i
Verbraucher
Ik =
100mA
Ri =
600
u
1.1 Berechnen Sie die Leerlaufspannung U0 der Quelle. Stellen Sie im vorbereiteten
Diagramm die Charakteristik der Quelle dar.
i/(mA)
100
50
0
0
100
50
150
1.2 Bestimmen Sie mit Hilfe des Diagrammes einen Verbraucherwiderstand Rv so, daß beim
Anschluß an die Quelle ein Strom i = 25mA fließt.
1.3 Geben Sie das dem bisher verwendeten Quellen-Ersatzschaltbild gleichwertige Schaltbild
mit Leerlaufspannung und Innenwiderstand an. Ergänzen Sie den Verbraucherwiderstand
aus 1.2.
1.4 Berechnen Sie den Wirkungsgrad η = p/pQ in dB. Liegt Leistungsanpassung vor?
(Begründung!)
1.5 Für welches Ri würde η maximal werden? Wie groß ist ηmax in dB?
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u/V
2. Aufgabe: “Halbbrücke“ mit zwei Dehnmeß-Streifen (26P)
U B  24V
R1
R1  R2  R  350
R3
UB
R3  R  1  k   
ud
u2
R2
R4  R  1  k   
u4
R4
M
k: Proportionalitätskonstante
: Dehnung
2.1 Ermitteln Sie mit der eingetragenen Masche ud = f(u2, u4). Wie groß ist hierbei u2?
2.2 Welche Gleichung beschreibt allgemein die Abhängigkeit der Spannung u4 von UB, R3
und R4? Setzen Sie die Abhängigkeiten für R3 und R4 von der Dehnung  ein.
2.3 Formulieren Sie mit den Teilergebnissen aus 2.1 und 2.2 die Abhängigkeit der Spannung
ud von UB und .
2.4 Beurteilen Sie, ob die Funktion ud = f() linear oder nichtlinear ist. Benennen Sie ein
Anwendungsbeispiel dieser Schaltungsanordnung.
3. Aufgabe: Mehrere Quellen in einer gemeinsamen Schaltung (26P)
is
ia
iv
M2
Ria
Ris
M1
us
Mit
den
angegebenen
Quellenersatzschaltbildern
soll ein Solargenerator S
mit einem Akkumulator A
und einem Verbraucher V
zusammenarbeiten.
Rv
Die zur Bearbeitung
erforderlichen
Formelzeichen und
Zählpfeile für Spannungen
und Ströme sind in der
eingetragenen Form zu
ua
berücksichtigen.
3.1 Wieviele voneinander unabhängige Knoten-Gleichungen können Sie für das Problem
aufstellen? Führen Sie das durch!
3.2 Formulieren Sie die Gleichungen für die Maschen M1 und M2.
3.3 Geben Sie das „geordnete“ Gleichungssystem zur Berechnung der Ströme is, ia und iv an.
Alle Positionen in diesem Gleichungssystem sollen Spannungen sein. Formulieren Sie das
Gleichungssystem mit Matrizen (Zahlenfeldern).
3.4 Welche zentrale Rechenoperation ist zur Auflösung des Gleichungssystemes nach is, ia
und iv erforderlich? Welche numerischen Werkzeuge helfen, diese Rechenoperation
durchzuführen?
3.5 Ergänzen Sie den Schaltplan so, dass Sie die Ströme messen können.
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3.6 Was vermittelt Ihnen das Mess- oder Rechenergebnis ia = -10A, is = 5A. Berechnen Sie
hieraus iv! Wie ermitteln Sie die am Verbraucherwiderstand Rv = 16¾  zu beobachtende
Spannung?
4. Aufgabe: Operationsverstärker OPV (versorgt mit +15V und -15V jeweils gegen Masse) in
invertierender Anwendungsschaltung (25P)
Rr
Re
ue
ie
ua
4.1 Welche Anschlüsse des Operationsverstärkers werden in Schaltplänen typisch
„verborgen“ dargestellt? Wozu dienen diese verborgen dargestellten Anschlüsse?
Ergänzen Sie diese hier zusammen mit ihrem zweckgegebenen Umfeld.
4.2 In vorliegender Anwendungsschaltung sollen Rr = 22k und Re = 11k groß sein. Geben
Sie die Abhängigkeit der Spannung ua von ue an.
4.3 Berechnen Sie damit für nachfolgende Wertetafel und für die vorbereitete Grafik:
ue/V
ua/V
-5
-3
0
4
7
10
ua/V
10
5
0
-10
0
-5
-5
-10
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-4-
5
10
ue/V
4.4 Was vermitteln Ihnen Formulierugen wie ue1/V = 7 oder ue2/V = -5? Berechnen Sie für
beide Situationen iex/(mA) für die vorliegende Schaltung.
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