EK1_P3_2010_06_15

Elektronik 1
Prüfung 3: 15.6.10
Name:
Zeit: 90 Minuten
Schriftliche Unterlagen und Taschenrechner erlaubt
PC und Handy nicht erlaubt
Jede vollständig richtig gelöste Teilaufgabe gibt 3 Punkte
Tipps:
Zuerst alle Aufgaben durchlesen und mit der einfachsten beginnen.
Die Teilaufgaben lassen sich unabhängig voneinander lösen.
1. Abwärtswandler
Gegeben ist die Schaltung mit den eingetragenen Bauteilwerten. PWM-Frequenz = 100kHz.
Hinweis: Cfilter ist so gross, dass die Spannung ULast während einer PWM-Periode als
konstant angenommen werden kann.
a)
Skizzieren sie qualitativ richtig den Verlauf von UL und IL im stationären Zustand.
b)
Berechnen sie den Ripple IL (peak-peak-Wert) des Stromes IL.
c)
Wozu dienen der FET T2, der Widerstand R2 und die Zenerdiode Z2?
d)
Wie gross ist der Wirkungsgrad der Schaltung bei einem PWM-Verhältnis von 50%,
wenn am FET T1 im leitenden Zustand 0.2V abfallen und die Durchlassspannung der
Diode SD1 0.5V beträgt. Verluste der anderen Bauteile können vernachlässigt werden.
e)
Braucht es zum Schutz des FETs T1 eine zusätzliche Freilauf-Diode zwischen Drain und
Source des FETs T1 (Antwort begründen)?
f)
Welche Baugrösse (= zulässige Verlustleistung) wird für den Widerstand R2 benötigt
(1/8, 1/4 oder 1/2W)?
g)
Die maximale Verlustleistung wurde zu 20W bestimmt. Dimensionieren sie den
Kühlkörper für den FET T1 unter Berücksichtigung dieses Datenblatt-Auszugs und einer
Umgebungstemperatur von 40°C.
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H. Hochreutener, SoE@ZHAW
2. LED-Treiber für Taschenlampe
Eine Taschenlampe mit einem 3V Akku hat drei weisse LEDs (Durchlassspannung = 3.5V).
Man kann entweder nur eine LED (= stromsparend = Batterie hält lange) oder alle drei LEDs
(= hell) einschalten.
a)
Da eine weisse LED eine höhere Spannung benötigt, als der Akku liefern kann, wird die
Batteriespannung mittels getaktetem Aufwärtswandler heraufgesetzt. Was ist besser:
wenn die drei LEDs am Ausgang des Wandlers in Serie oder wenn sie parallel
geschaltet werden (Antwort begründen)?
b)
Durch die LEDs sollen je 50mA fliessen. Wie gross ist der Akkustrom, wenn eine oder
wenn alle drei LEDs brennen und der Wirkungsgrad des Aufwärtswandlers 100% beträgt
(= verlustlos)?
3. Eigenschaften eines BJTs
a)
Im Datenblatt eines KleinsignalTransistors findet man nebenstehende
Kennlinie, welche den Zusammenhang
zwischen Basis-Strom und BasisSpannung aufzeigt. Für die
Dimensionierung einer VerstärkerSchaltung wird der differenzielle
Eingangs-Widerstand rBE benötigt. Wie
gross ist rBE bei IB = 10A und wie
gross bei IB = 1mA?
Hinweis: Der Zahlenwert lässt sich aus
dieser Grafik nur relativ grob
bestimmen. Der Lösungsweg muss
klar ersichtlich sein.
b)
Was versteht man unter dem Begriff „Exemplarstreuung“? Für welche BJTKenngrösse(n) muss die Exemplarstreuung beim Schaltungsentwurf berücksichtigt
werden?
4. Vorverstärker mit relativ hochohmigem Eingang
Gegeben: Ub = 5V, RC = 4.7k, vU = -10, minimum = 50, typisch = 200, rBE = 5k, RLast =
10k (an Uaus angeschlossen), Rqein ist vernachlässigbar klein.
a)
Berechnen sie alle Widerstandswerte für die linke Schaltung.
b)
Die linke Schaltung soll für Audio-Signale im Bereich 20Hz bis 20kHz eingesetzt werden.
Berechnen sie alle Kondensatoren. (Ausnahme: benötigt Resultate der Teilaufgabe a.)
c)
Die Schaltung wird, wie im rechten Schema gezeichnet, oft mit einem so genannten
Emitterfolger, bestehend aus T2 und R2 ergänzt.
Wie verändern sich dadurch die Schaltungs-Eigenschaften (Antworten begründen)?
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H. Hochreutener, SoE@ZHAW