Fachbereich Technik Abteilung Elektrotechnik und Informatik Prüfungsklausur: Grundl. der Nachrichtentechnik Termin: SS 2011 / 28.6. --- Lösungen --Allgemeine Hinweise Bearbeitungszeit: 90Min. Anzahl der Aufgaben: 7 Bestanden mit ca. 50% von 66 Punkten Hilfsmittel: Vorlesungsmitschrift, Fachliteratur, Taschenrechner Beschriften Sie bitte alle Lösungsblätter mit Namen und Matrikelnummer und nummerieren Sie sie fortlaufend. Alle Blätter bitte nur einseitig beschreiben! Geben Sie bei Rechenaufgaben die Zwischenschritte an, so daß der Lösungsweg erkennbar ist. Antworten sind, soweit möglich, zu begründen. Aufgabe 1 ( 6 Pkt. ) a) Die folgenden Pegel sollen im logarithischen Maßstab angegeben werden: U = 0,4V, Angabe in dBV (bezogen auf 1 V) LU = 20 lg(0,4) dBV = -7,96 dBV P = 20mW, Angabe in dBm (bezogen auf 1 mW) LP = 10 lg(20) dBm = 13 dBm b) Am Eingang eines Audioverstärkers wurde der Signalpegel 2mV gemessen, am Ausgang der Signalpegel 40mV. Wie groß ist die Spannungsverstärkung VU in dB? VU = 20 lg(40/2) dB = 26 dB Aufgabe 2 ( 6 Pkt.) a) Welche Eigenschaften hat ein digitales Signal ? Stellen Sie ein Beispiel eines digitalen Signals graphisch dar und erklären Sie die wesentlichen Merkmale ! Ein digitales Signal ist wertdiskret und zeitdiskret (real: zeitlich getaktet ) b) Kann ein digitales Signal periodisch sein ? Wenn ja, nennen Sie ein praktisches Beispiel! Ja - z.B. das rechteckförmige Taktsignal Aufgabe 3 ( 13 Pkt.) Die Quellenspannung u1 am Eingang der abgebildeten Tiefpassschaltung springt im Zeitpunkt t=0 von u1= 0V auf 5V. Vor dem Umschalten war die Schaltung im stationären Zustand, d.h. i1(t<0)=konstant. Es sei R=100W . Gesucht sind a) u2 und i1 für t<0 Keine Energie in der Schaltung - u2=0, i1=0 b) i1, u2 und uL für t=+0 (unmittelbar nach dem Umschalten der Quelle ) i1 durch L kann nicht springen, also i1=0 gilt noch. Mit u2 = i1 R ist auch u2=0. uL muss gleich u1 sein. c) uL und u2 für t®¥ (neuer stationärer Zustand) Alle Größen sind wieder konstant, d.h. uL=di1/dt=0. u2 muss gleich u1 sein, u2=5V. d) Skizze für u2(t), wichtige Werte für u2 und die Tangente der Anfangssteigung eintragen. Die Zeitkonstante sei τ = 10µs. Aufgabe 4 ( 9 Pkt.) uein uaus An einem Hochpass wurden die obigen Verläufe von Ein- und Ausgangsspannung gemessen. a) Kennzeichnen Sie in der Abbildung die Ein- bzw. Ausgangsspannung mit uein bzw. uaus. - siehe Bild Gesucht: b) die Betriebsfrequenz f (=Messfrequenz): f=1/T=1/25ms=40Hz c) der Betrag des Übertragungsfaktor H(f): H= 17,5mm/33mm =0,53 d) Liegt die Betriebsfrequenz ober- oder unterhalb der Grenzfrequenz ? Begründung! Betriebsfrequenz<Grenzfrequenz, weil H(fG)=0,707 noch nicht erreicht ist Aufgabe 5 ( 14 Pkt.) Der Strom Ieff durch einem Serienschwingkreis wurde bei konstanter Gesamtspannung UK,eff = 85mV im Frequenzbereich 1000 ... 6000Hz gemessen, siehe Abbildung. Grundlagen der Nachrichtentechnik - Prüfungsklausur SS 2011 Gesucht: a) Resonanzfrequenz fr, obere und untere Grenzfrequenz, Gesamtwiderstand Zr bei Resonanz fr=3,4kHz für fG gilt: I(fG) = Imax/√2 = 4,25mA/1,414 = 3,0mA eintragen und dann ablesen: fGu =3kHz, fGo = 3,82kHz Zr = 85mV/4,25mA = 20 Ohm b) Bandbreite B, Güte Q, Kennwiderstand ZK , Kapazität C B=fGo - fGu = 820Hz Q=fr /B = 3400/820 =4,15 ZK=Zr Q = 20 Ohm · 4,15 = 83 Ohm ZK=1/(2πfrC) → C=564nF=5,64·10-07F Aufgabe 6 ( 7 Pkt.) Die Diode in der abgebildeten Schaltung wird durch die folgende vereinfachte Kennlinie beschrieben: Gegeben: R= 100W Ermitteln Sie die Kennlinie I = f(U) der Parallelschaltung von Diode D und Widerstand R und tragen Sie die Kennlinie in das nebenstehende Diagramm ein. Hinweise: Wie groß kann die Spannung an der Parallelschaltung maximal werden? In dem Wertebereich von U, für den die Diode gesperrt ist, bestimmt allein der Widerstand die Kennlinie. Grundlagen der Nachrichtentechnik - Prüfungsklausur SS 2011 Die Spannung an der Diode kann max. 0,7V erreichen. Dann leitet die Diode und lässt einen beliebig hohen Strom zu. Der Widerstand führt dann einen festen Strom IR= 0,7V/100Ohm=7mA = Strom im Knick der Kennlinie. Bei U=-2V sperrt die Diode, der Strom wird durch den Widerstand auf IR= -2V/100Ohm =-20mA festgelegt. (Auch: U=0 ergibt I=0 : weiterer Punkt der Kennlinie) Allgemein ist die Kennlinie im Sperrfall der Diode eine Gerade entsprechend R. Aufgabe 7 ( 9 Pkt.) Der Transistor in der abgebildeten Schaltung wird durch die Ausgangskennlinien beschrieben. Gegeben: RC = 500W, UCC = 40V a) Tragen Sie die Arbeitsgerade in die Kennlinien ein IK=40V/500W = 0,08A =80mA b) Wie groß ist IC für IB = 0,15mA ? abgelesen: IC=42mA Welche Gleichstromverstärkung B ergibt sich damit ? B= 42mA/0,15mA =280 c) Wie groß ist die minimale Kollektor-Emitter-Spannung für große Werte von IB (UCE- Restspannung im Sättigungsbereich) ? Die Arbeitsgerade schneidet den steil ansteigenden Kennlinienteil bei ca. UCE =2,5V. /2 /2 /2 /1