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NWT Klasse 9 November 2013 NWT-Klassenarbeit Elektronik - Lösungen 1. Messen : a) b) c) Zeichne einen Spannungsmesser in das Schaltbild rechts ein, der die Spannung an der Leuchtdiode misst. Wie schaltet man den Strommesser IB, wenn man die Basis-Stromstärke des Transistors messen möchte. Wie schaltet man den Strommesser IC , der die Stromstärke am Kollektor misst? Zeichne die beiden Strommesser in das Schaltbild rechts ein. Wie kann man den Widerstandswert eines 12 V Lämpchens bestimmen, während es an 12 V angeschlossen ist und damit hell leuchtet ? U und I am Lämpchen messen und R mit R 2. Reihenschaltung : Zwei Widerstände von R1 = 12 U berechnen I k und R2 = 4,7 k werden in Reihe an eine Spannung von 9 V angeschlossen. a) An welchem Widerstand messen wir die größere Spannung ? b) Wie teilen sich die Spannungen genau auf ? c) Wie groß ist die Stromstärke durch den Widerstand 1 und wie groß durch Widerstand 2? d) Eine rote Leuchtdiode soll an einer Spannung von 12 Volt betrieben werden. Sie leuchtet bei einer Stromstärke von 15 mA hell. Berechne den notwendigen Vorwiderstand. zu a) Die beiden Widerstände bilden einen Spannungsteiler. Am größeren Widerstand liegt die größere Spannung. Zu b) Widerstände und Spannungen stehen im selben Verhältnis U U U U ges und 2 U1 9V 6, 5V 1 2 R 1 U U 1 R 2 R 1 2 U R 1 ges R 2 R ges 9V 12 k 16, 7 k 2, 5V Zu c) Die Stromstärke im unverzweigten Stromkreis ist überall gleich groß U RI I U 9V 0, 00054 A 0,54mA R 16700 Zu e) An der LED liegt eine Spannung von 2 V also liegt am Widerstand noch eine Spannung von 10V : U RI R U 10V 666 I 0, 015 A 3. Transistor : a) b) c) d) e) Bei welcher Eingangs-Spannung schaltet ein Transistor ( npn-Typ) durch, und wann sperrt er ? Zeichne einen Spannungsmesser, der genau diese Spannung misst, in das Bild rechts ein. Beschreibe, was geschieht, wenn der LDR verdunkelt wird. Erkläre deine Beschreibung von Aufgabe b) Der LDR hat im beleuchteten Zustand einen Widerstand von 500 und im abgedunkelten Zustand einen Widerstand von 5 k . Die Spannung beträgt 6 V. Im hellen Zustand soll die Spannung zwischen Basis und Emitter 0,4 V betragen. ( Der Transistor sperrt) Wie groß muss der Widerstand R am Spannungsteiler dann sein ? Eine einfache Transistorstufe wie im Bild rechts hat keinen exakten Schaltpunkt. Welche Schaltung benutzt man, wenn man einen exakten Schaltpunkt braucht ? Zu a) : Ein Transistor schaltet durch, wenn die Basis-Emitter-Spannung größer als 0, 7 V ist. Zu b) Wenn der LDR verdunkelt wird, leuchtet das Lämpchen Zu c) Wird der LDR verdunkelt, so steigt sein Widerstand. Damit steigt auch die Spannung am LDR. Diese ist gleichzeitig die Basis-Emitterspannung. Steigt sie über 0,7 V so schaltet der Transistor durch und das Lämpchen leuchtet. Zu d) U1 R1 U 5, 6V R1 R2 1 500 7000 U 2 R2 U2 0, 4V Zu e) Eine Schmitt-Trigger-Schaltung hat einen exakten Schaltpunkt. 4. Transistor a) b) Bei welcher Spannung zwischen Basis und Minuspol (siehe Messgerät im Bild rechts unten) fangen die beiden Leuchtdioden an zu leuchten. ( Die Betriebsspannung beträgt 9V) Begründe deine Angabe! Wie testet man, ob ein unbekannter npn-Transistor noch funktioniert? Zeichne dazu ein Schaltbild und erkläre, wie getestet wird. Zu a) Jede LED leuchtet erst ab einer Spannung von etwa 2V. Dazu kommt noch die BasisEmitter-Spannung . Deshalb U = 2V +2V + 0,7 V = 4,7 V. (Vergleiche Feuchtesensorschaltung) Zu b) Schaltung wie rechts. Wenn die Sensorstrecke mit den Fingern überbrückt wird, sollte die LED schwach leuchten. Dann ist der Transistor in Ordnung. 6, 5V NWT Klasse 9 November 2013 NWT-Klassenarbeit Elektronik - Lösungen 5. Dioden: a) Im nebenstehenden Schaltbild sollen die LED 1 und 3 mit dem Schalter 1 eingeschaltet werden. Beim Drücken von Schalter 2 sollen die LEDs 1 und 2 leuchten und wenn der Taster 3 betätigt wird, so soll LED 2 und 3 leuchten. Ergänze die Schaltung. Eine Lösung ist im Bild rechts gezeigt. Dioden verhindern das Fließen des Stroms in die falsche Richtung. b) Eine Diode besteht aus einem n – leitenden und einem p-leitenden Material. Erkläre anhand des Bildes warum man eine Mindestspannung braucht, damit ein Strom fließen kann. Die Sperrschicht entsteht durch Rekombination von negativen und positiven Ladungsträgern. Dadurch lädt sich die p-Schicht negativ und die n-Schicht positiv auf. Erst bei Anlegen einer Mindestspannung gelangen negative Ladungsträger nach links in den p-dotierten Bereich und umgekehrt. c) Wie groß ist diese Mindestspannung an einer Diode, wenn Strom fließen soll. Die Mindestspannung an einer Diode ist 0,7 V. 6. Flipflop a) Ergänze die Schaltung rechts zu einer Flipflop-Schaltung. Siehe Rückkoppelwiderstände R3 und R4, die die Basis mit dem jeweils anderen Kollektor verbindet. (rot) b) Welche Eigenschaft hat eine Flipflop-Schaltung? Eine FF-Schaltung hat zwei stabile Zustände. Sie kann sich merken, welche der beiden Basen zuletzt am Minus-Pol war. c) Wie baut man einen Schalter ein, der dafür sorgt, dass LED 1 leuchtet ? Siehe Taster S1 (blau) 7. Flipflop mit Lichtschranke: In der Schaltung rechts unten ist die Lichtschrankenschaltung mit der Flipflop-Schaltung (nur die linke Schaltstufe des Flipflops ist sichtbar) kombiniert. Die Betriebsspannung beträgt 9 V (Bild rechts unten), a) Was zeigt der Spannungsmesser ( zwischen Minuspol und Kollektor am Transistor 3) an, wenn der LDR verdunkelt ist? Wenn der LDR verdunkelt wird, schaltet der Transistor durch und die Spannung zwischen Kollektor und Emitter ist dann 0 V. b) Das FF soll sich merken (LED2 = rot leuchtet), wenn die Lichtschranke verdunkelt war. Die Anzeige soll dauerhaft sein, also auch weiter Bestand haben, wenn der LDR wieder beleuchtet wird. Zeichne das benötigte Bauteil, das die beiden Schaltungen verbindet, in den Schaltplan rechts ein. Das Bauteil ist eine Diode, die die Basis von T1 mit Minus verbindet, wenn T3 durchschaltet. Damit kippt das FF in den Zustand, dass die LED rot leuchtet. Die Diode verhindert nun bei einem Sperren von T3 (wenn der LDR wieder beleuchtet wird), dass über R7 die Basis von T1 wieder an den Pluspol angeschlossen wird.
