EK1_P1_2013_03_25 - baumberger hochfrequenzelektronik
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Elektronik 1 Kurztest 1: 25. März 2013 NAME: Zeit: 35 Minuten 1 Seite eigene Zusammenfassung und Taschenrechner erlaubt PC und Handy nicht erlaubt Die pro Teilaufgabe erreichbare Punktzahl ist in eckigen Klammern (z. B. <3P>) angegeben. Sie müssen für die Note 6 nicht die volle Punktzahl erreichen. Tipps: Lesen Sie zuerst alle Aufgaben durch und beginnen Sie mit der einfachsten. Die meisten Teilaufgaben sind unabhängig voneinander lösbar. Beantworten Sie Sachfragen in ganzen Sätzen (keine Stichwortliste). Geben Sie keine Auswahlsendungen: Falsche Antworten in Listen geben Abzug! 1. Eigenschaften von Operationsverstärkern a) Erklären Sie, wodurch sich ein sogenannter Single Supply-Operationsverstärker von einem Operationsverstärker ohne dieses Prädikat unterscheidet. <2P> b) Was ist die genaue Bedeutung des Verstärkungsbandbreiteproduktes (engl. gain bandwidth product, GBW), das in fast allen Datenblättern spezifiziert wird? <2P> c) Was ist der Zweck der generell empfohlenen Kondensatoren von jedem der beiden Speisungsanschlüsse eines Operationsverstärkers gegen Masse? <2P> 2. Nichtinvertierender Verstärker a) Wie gross ist die Spannungsverstärkung vU = Uaus/Uein unter der Annahme, dass der Operationsverstärker ideal ist? <2P> Die Werte der Widerstände sind wie folgt: R1 = 1.0 k, R2 = 100 k b) Geben Sie die in Aufgabe a) berechnete Verstärkung in dB an! <2P> c) Berechnen Sie den Eingangswiderstand der Schaltung! Rein = Uein/Iein <2P> d) Angenommen, der Operationsverstärker sei nun nicht mehr ideal und weise einen typischen Eingangsstrom (Bias-Strom, input bias current) von 30 A auf (high speedOperationsverstärker). Wie ist die Schaltung zu modifizieren, damit die durch den BiasStrom verursachten Fehler minimal werden? Gefragt ist eine Schemaskizze und die Dimensionierung der eingefügten Bauteile. <3P> 481341033 Seite 1 W. Baumberger 3. Schmitt-Trigger Bei der folgenden Schaltung handelt es sich um einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger. Der Operationsverstärker ist mit UB+ = +5 V und UB- = -5 V gespeist. Laut Hersteller kann dieser im Speisungsbereich 4 .. 15 V eingesetzt werden und erreicht bei 15 V und einer Last von 10 k einen Ausgangsspannungsbereich von 14 V. a) Dimensionieren Sie die beiden Widerstände für eine Hysterese UH von 2.0 V. Begründen Sie die Wahl der Bauteilewerte, falls Ermessensspielraum besteht. <3P> b) Modifizieren Sie die Schaltung so, dass sie mit UB+ = +10 V und UB- = 0 V betrieben werden kann. Die Hysterese soll dieselbe bleiben. Gefragt ist eine Schemaskizze und die Werte der Bauteile mit Berechnung resp. Begründung. <3P> 4. Unbekannte Grundschaltung Die folgende Schaltung mit einem idealen Operationsverstärker haben wir noch nicht behandelt. Analysieren Sie mit Hilfe Ihrer Kenntnisse deren Verhalten, wenn am Eingang eine Spannung wie in der Figur rechts skizziert angelegt wird. Gefragt ist eine qualitative Beschreibung des Verhalten in Worten und eine quantitative rechnerische Analyse inkl. einer Skizze der zu erwartenden Ausgangsspannung. Werte: R = 1.0 k, C = 1.0 F <4P> 481341033 Seite 2 W. Baumberger
