Übungsblatt 7 vom 3.6.2008
Werbung
Fakultät für Informations- und Kognitionswissenschaften Wilhelm-Schickard-Institut für Informatik Arbeitsbereich Technische Informatik Prof. Dr. W. Rosenstiel Technische Informatik 1 Sommersemester 2008 Übungsblatt 7 Abgabe: 10. Juni 2008 vor Beginn der Probeklausur (13:15 Uhr) Hinweis auf wichtige Termine: Probeklausur Technische Informatik 1 am 10. Juni 2008 um 13 Uhr c.t. in Hörsaal N3 Klausur Technische Informatik 1 am 15. Juli 2008 um 13 Uhr c.t. in Hörsaal N7 Aufgabe 1: Ersatzspannungsquelle zur Netzwerkberechnung [3 Punkte] Neben den bisher vorgestellten Methoden lassen sich Netzwerke auch mit Hilfe von Ersatzspannungsquellen berechnen. Betrachten Sie hierzu die Schaltung in Abbildung 1a, in der Sie den Strom I5 durch R5 bestimmen sollen. Es sind U = 60V, R1 = 20Ω, R2 = 30Ω, R3 = 25Ω, R4 = 35Ω und R5 = 15Ω. A A R1 I5 U R5 R2 R3 I5 Ri Uq R4 B B (b) (a) Abbildung 1: (a) Schaltung mit Spannungsquelle. (b) Ersatzspannungsquelle. 1. Trennen Sie den Widerstand R5 an den Punkten A und B von der Schaltung ab. Die Spannung zwischen A und B ist die Leerlaufspannung Uq der Ersatzspannungsquelle. Wie groß ist Uq ? 2. Der Innenwiderstand Ri der Ersatzspannungsquelle ist der Widerstand zwischen A und B. Wie groß ist Ri ? Hinweis: Die ideale Spannungsquelle U besitzt keinen Widerstand. 3. Wird der abgetrennte Widerstand R5 nun an die Ersatzspannungsquelle in Abbildung 1b angeschlossen, so fließt durch ihn derselbe Strom I5 wie in der ursprünglichen Schaltung. Wie groß ist I5 ? Jürgen Sommer Technische Informatik 3. Juni 2008 Aufgabe 2: Impulse auf Leitungen [4 Punkte] Ihr Freund möchte mit Koaxialkabeln ein Ethernet aufbauen, wie es vor Jahren einmal sehr verbreitet war. In seinem Keller findet er ein Koaxialkabel der Länge l = 2m und passende Stecker, jedoch leider keinen Endwiderstand mehr. Da er weiß, daß Sie zur Zeit die TI-1 hören, fragt er sie, wie sich das Fehlen eines Abschlusswiderstands auswirkt. 1. Abbildung 2 zeigt einen Rechner, an dem das Koaxialkabel angeschlossen ist. Der Rechner erzeuge einen Rechteck-Impuls von 30ns Länge. Zeichnen Sie in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den Verlauf der Spannung an der Anschlußstelle M in der Mitte des Kabels auf. Vernachlässigen Sie dabei die Dämpfung und gehen Sie der Einfachheit halber von idealisierten Rechteck-Impulsen aus. 2. Ihr Freund sieht, daß das Impulssignal zu stark verändert wird. Er schlägt darum vor, das Kabelende kurzzuschließen. Zeichnen Sie für diesen Fall das Spannungs-Zeit-Diagramm auf. Ri M + 1111111111111111111111 0000000000000000000000 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0 1 1010 1111111111111111111111 0000000000000000000000 0 1 l 2,5V − impulsgebender Rechner Koaxialkabel Abbildung 2: Impulsgenerator mit angeschlossenem Koaxialkabel. Aufgabe 3: Halbleiterelemente [3 Punkte] Germanium und Silizium sind mit vier Valenzelektronen reine Halbleiterkristalle. 1. In reinem Zustand sind diese Stoffe als Halbleiter jedoch ungeeignet. Woran liegt das? 2. Wie kann man dies ändern? (Begründen Sie!) 3. Was versteht man in diesem Zusammenhang unter n- und p-dotiert? Jürgen Sommer Technische Informatik 3. Juni 2008 Aufgabe 4: Diodenschaltung [3 Punkte] In der Schaltung nach Abbildung 3 wurden die Daten der Tabelle 1 gemessen. D ID A + UD R U0 UR V − Abbildung 3: Diode-Widerstand-Serienschaltung. UD /V ID /mA RD /Ω 0,3 0,48 0,4 4,7 0,5 28,9 0,55 64,9 0,6 139 0,65 280 Tabelle 1: Messdaten der Diode-Widerstand-Serienschaltung. Abbildung 4: Widerstand und Strom bei der Dioden-Widerstand-Serienschaltung. 1. Ergänzen Sie die Tabelle 1 um die sich ergebenden Widerstandswerte der Diode. Zeichnen Sie in die Abbildung 4 den Verlauf des Widerstandswertes der Diode und den Strom durch die Diode als Funktion der Spannung UD . 2. Lösen Sie graphisch in Abbildung 4: Welcher Strom ID stellt sich in der abgebildeten Schaltung ein, wenn U0 = 1V und R = 10Ω ist? 3. Lösen Sie graphisch: Wie groß muß R gewählt werden, wenn sich für U0 = 1V ein Strom ID = 25mA einstellen soll? Jürgen Sommer Technische Informatik 3. Juni 2008
