Prüfungs+lausur: Hardware-Grundlagen WS 2012/13

HS Emden-Leer
Fachbereich Technik, Abteilung Elektrotechnik u. Informatik
Name:
Vorname:
Matr.-Nr.:
Studiengang:
Pr€fungsklausur:
Tag der Klausur:
Hardware-Grundlagen
Pr€fer:
18.1.2013
Wiebe
WS 2012/13
Allgemeine Hinweise
Bearbeitungszeit: 90Min.
Anzahl der Aufgaben: 9
Bestanden mit ca. 50% von 100 Punkten
Hilfsmittel: eigene Formelsammlung 4 S. DIN A4, HS-Taschenrechner, Zeichenmaterial
Beschriften Sie bitte alle L•sungsbl‚tter mit Namen und Matrikelnummer und nummerieren Sie
sie fortlaufend. R€ckseiten d€rfen benutzt werden.
Teilaufgaben bitte nicht auf mehrere Bl‚tter verstreuen !
Geben Sie bei Rechenaufgaben die Zwischenschritte an, so daƒ der L•sungsweg erkennbar ist.
Antworten sind, soweit m•glich, zu begr€nden.
Bewertung:
Aufg. 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Summe
Pkte.
( Note )
Die bewertete Arbeit habe ich am
( Pr€fer, Datum )
eingesehen.
( StudentIn, Datum )
Fachb. Technik, Abt. EuI,
PrÄfungsklausur: Hardware-Grundlagen, WS 2012/13 /Wi
Aufgabe 1 ( 6 Pkt.)
Die nebenstehende Abbildung zeigt einen Plattenkondensator, dessen Platten mit entgegengesetzt gleich groƒen
Ladungen aufgeladen sind. Im Zwischenraum befindet
sich ein Elektron (E.).
a)
b)
Zeichnen Sie das Feldlinienbild des elektrischen
Feldes ein.
Tragen Sie die Kraft auf das Elektron als Vektor ein.
Aufgabe 2 ( 9 Pkt.)
In einem Kupferdraht ist die Dichte der Atome ca. 8,5„1022 cm-3.
Wie groƒ ist die Dichte der frei beweglichen Elektronen bei Raumtemperatur ?
b.1) Ein langer d€nner Leiterstreifen aus Kohle habe die Breite 0,5mm, die H•he 20…m und die
L‚nge 1m. Wie groƒ ist sein elektrischer Widerstand ?
b.2) Wie lang muss der Leiter mit demselben Querschnitt sein, wenn er aus Kupfer besteht,
damit er denselben Widerstand hat ?
Materialangaben spezifische Leitf‚higkeit von Kohle: κC = 0,015 S„m/mm2
spezifische Leitf‚higkeit von Kupfer: κCu = 56 S„m/mm2
a)
Aufgabe 3 ( 6 Pkt.)
Sie haben drei Widerst‚nde zur Verf€gung: R1=100Ω, R2=180Ω, R3=270Ω.
Um durch Parallelschaltung einen Widerstand von 110Ω m•glichst gut anzun‚hern, sollen zwei
dieser Widerst‚nde verwendet werden. Welche suchen sie aus und welcher Gesamtwiderstand
ergibt sich damit?
Aufgabe 4 ( 10 Pkt.)
Aus zwei Widerst‚nden, R1=100Ω und R2=200Ω, wird
ein Spannungsteiler gebaut, siehe Abbildung.
a)
b)
Gesucht ist die Teilspannung U2 f€r U1=60V.
Angenommen, R2 sei variabel. Wie h‚ngt die
Teilspannung U2 von R2 ab? Geben Sie einen
Ausdruck zur Berechnung von U2 in Abh‚ngigkeit von U1, R1, R2 an und stellen Sie die
Funktion U2=f(R2) f€r U1, R1 konstant in einer Skizze dar; Bereich: 0≤R2≤1000Ω.
Fachb. Technik, Abt. EuI,
PrÄfungsklausur: Hardware-Grundlagen, WS 2012/13 /Wi
Aufgabe 5 ( 17 Pkt.)
Die Serienschaltung von zwei Kondensatoren ist auf
C1=20nF
eine Gesamtspannung von U=2V aufgeladen.
C2=80nF
a) Wie groƒ ist die Gesamtkapazit‚t Cges ?
b) Wie groƒ sind die Gesamtladung Qges und die
Einzelladungen Q1 und Q2 im Verh‚ltnis zueinander ?
c) Wie teilt sich die Gesamtspannung auf C1 und C2 auf ?
Aufgabe 6 ( 14 Pkt.)
Zu der nebenstehenden Schaltung sind die
Schaltelemente U0, R1, R2, R3 und R4 gegeben.
Die Schaltung soll mittels der Kirchhoffschen Regeln berechnet werden.
a) Wieviele Unbekannte gibt es und wieviele
Gleichungen werden gebraucht ?
b) Stellen Sie die notwendigen Knotengleichungen auf; kennzeichnen Sie die/den benutzten
Knoten.
c) Stellen Sie die notwendigen Maschengleichungen auf; tragen Sie die benutzten Maschen ein.
Bringen Sie die Maschengleichungen mit dem Ohmschen Gesetz in eine Form, so dass nur als
Unbekannte nur die Zweigstr•me auftreten.
d) Wie kann die Spannung U4 berechnet werden, nachdem das Gleichungssystem aufgel•st
worden ist ?
Aufgabe 7 ( 15 Pkt.)
Gegeben:
U0= 5V; R=100Ω;
L= 10 mH
Der Schalter S wird im Zeitpunkt t=0
geschlossen: Vorher war die Schaltung
im station‚ren Zustand (S lange Zeit offen).
a)
b.1)
b.2)
c.1)
c.2)
d)
Wie groƒ war i f€r t<0 ?
Wie groƒ ist i f€r t=+0 (unmittelbar nach dem Schlieƒen des Schalters) ? Begr€ndung!
Wie groƒ ist uL f€r t=+0 ?
Wie groƒ ist uL f€r t→∞ ?
Wie groƒ ist i f€r t→∞ ?
Stellen Sie i(t) in einer Skizze graphisch dar!
Fachb. Technik, Abt. EuI,
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Aufgabe 8 ( 12 Pkt.)
Gegeben:
U= 3V
R= 150Ω
Kennlinie der Diode
a) Zeichnen Sie die Arbeitsgerade
f€r R in die Diodenkennlinie ein.
b) Wie groƒ sind Diodenstrom I
und Diodenspannung UD ?
c) Wie ‚ndern sich die Arbeitsgerade
sowie Diodenstrom und ~spannung,
wenn die Quellenspannung auf 1,5V
vermindert wird ? Neue Arbeitsgerade in Kennlinienbild eintragen!
Aufgabe 9 ( 11 Pkt.)
Der Transistor in der abgebildeten
Schaltung wird durch die Ausgangskennlinien beschrieben.
Gegeben: RC = 500, UCC = 45V
a) Tragen Sie die Arbeitsgerade in die
Kennlinien ein
b) Wie groƒ ist IC f€r IB = 0,15mA ?
Welche Gleichstromverst‚rkung
 ergibt sich damit ?
c) Welchen maximalen und welchen
minimalen Wert kann UCE annehmen?