EK1_P2_2013_04_22 - baumberger hochfrequenzelektronik

Elektronik 1
Kurztest 2:
22. April 2013
NAME:
Zeit: 45 Minuten
2 Seiten eigene Zusammenfassung und Taschenrechner erlaubt, PC / 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. Halbleiterphysikalische Grundlagen und Dioden
a)
Erklären Sie in kurzen Sätzen, weshalb sich beim Zusammenfügen von p- und ndotiertem Halbleitermaterial im Bereich der Grenze bereits ohne angelegte
Sperrspannung eine Sperrschicht bildet (also eine trägerentblösste Zone). <2P>
b)
Wie kommt die geringe Leitfähigkeit von in Sperrrichtung gepolten Dioden (Sperrstrom)
halbleiterphysikalisch zu Stande? <2P>
c)
Nennen Sie genau vier Eigenschaften, in denen sich Schottky-Dioden massgeblich von
pn- und pin-Dioden unterscheiden. <2P>
d)
Welches ist die praktische Bedeutung der Durchbruchsspannung für den Anwender von
Dioden? <2P>
2. Leistungsgleichrichter
Die folgende Figur zeigt ein einfaches Netzteil mit Transformator, Einweggleichrichter und
Glättungskondensator. Die Diode ist eine Silizium-pn-Diode, die Netzfrequenz beträgt 50 Hz.
a)
Wie gross muss der Effektivwert der Sekundärspannung des Transformators sein, wenn
die Ausgangsgleichspannung bei geringer Last 15 V sein soll (Näherung mit
Begründung)? <3P>
b)
Angenommen, der ausgangsseitige Lastgleichstrom betrage 1.0 A und der Kondensator
C sei 10'000 F. Wie gross wird die Welligkeit der Ausgangsspannung in diesem Fall?
Gefragt ist wiederum eine begründete Näherung. <3P>
c)
Die Welligkeit der Ausgangsspannung lässt sich grundsätzlich durch Vergrössern von C
reduzieren. Welchen Nachteil hat dieser Weg (neben physischer Grösse/Kosten)? <2P>
d)
Der einfache Einweggleichrichter soll durch einen Vollweggleichrichter ersetzt werden.
Skizzieren Sie zwei mögliche Schaltungsvarianten und nennen Sie je einen Vor- und je
einen Nachteil jeder Schaltung gegenüber der anderen. <2P>
3. Messgleichrichter
Der Messgleichrichter gemäss nachfolgender Figur erzeugt aus der Eingangsspannung Ue
einen dem Betrag dieser Spannung proportionalen Strom Im durch das Messwerk. Was ist der
Einfluss der Flussspannung der Dioden auf die Messgenauigkeit? <2P>
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4. Spannungsstabilisierung mit LDO
Die zeitgenössische Methode für die Bereitstellung einer stabilen Gleichspannung bei kleinen
und mittleren Leistungen beruht auf der Anwendung eines integrierten Linearreglers. Ein
Vertreter dieser Gattung ist der LT1963A von Linear Technology (Anwenderschema der
einstellbaren Version und Datenblattauszug s. unten).
a)
Dimensionieren Sie die beiden Widerstände R1 und R2 für eine nominelle
Ausgangsspannung VOUT des Reglers von 5.0 V inkl. Begründung, wenn Sie einen der
Werte vorwählen müssen. <3P>
b)
Wie gross muss die Eingangsspannung VIN mindestens sein, damit die
Ausgangsspannung unter allen Bedingungen stabil bleibt? Der maximale Laststrom
betrage 1.5 A. <3P>
c)
Wie gross ist die maximale Eingangsspannung, wenn die maximal zulässige
Verlustleistung des Bauteils 2.0 W beträgt? <3P>
d)
Wofür steht die Abkürzung LDO und was bedeutet sie? <1P>
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