Am Eingang der Schaltung wird die Mischspannung angelegt

Klausur: TI I – Grundlagen der Technischen Informatik
Wintersemester 2007/2008
1.Bipolarer Transistor
Die Verstärkerschaltung soll mit dem im Kennlinienfeld dargestellten Arbeitspunkt
konfiguriert werden. Berechnen sie ggf. alle relevanten Größen, um die Richtigkeit der
Aussagen zu überprüfen.
UBE = 0,7V
IB = 25µA
Iq = 50µA
richtig falsch


Die Betriebsspannung UB muss 7 V betragen.


Wird an UE keine Spannung angelegt, fällt an RC eine Spannung von 6V ab.


R1 muss 70,7 kΩ und R2 muss 14 kΩ gewählt werden.


RC muss 2 kΩ gewählt werden.


Die Transistorverlustleistung am Arbeitspunkt beträgt 4 W.


Die abgebildete Schaltung ist ein invertierender Verstärker.


Die Änderung des Basisstroms IB um U E = 5 ⋅ sin ( ω ⋅ t ) µA sorgt für eine
nicht lineare Verstärkung des Eingangssignals.


Wird als Betriebsspannung eine Gleichspannungsquelle gewählt, kann der
Verstärker keine Wechselspannung verstärken.
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2.Filter
Am Eingang der Schaltung wird die Mischspannung
U E = 1 + 1 ⋅ sin ( ω ⋅ t ) V angelegt. Berechnen Sie ggf. alle relevanten
Größen, um die Richtigkeit der Aussagen zu überprüfen.
C = 1nF
R = 40 kΩ
richtig falsch


Die Grenzfrequenz ist die Frequenz, bei der die Beträge der Widerstände R
und XC gleich sind.


Die abgebildete Schaltung ist ein Tiefpassfilter.


Die abgebildete Schaltung filtert den Gleichspannungsanteil aus einer
Mischspannung.


Die Grenzfrequenz beträgt fg = 4kHz


Ein Hochpassfilter dämpft niedrige Frequenzen weniger als Hohe.


Wird am Eingang E eine Gleichspannung von UE = 1 V angelegt, so ist am
Ausgang lediglich noch eine Spannung von UA = 0,7 V messbar.


Eine Halbierung des Widerstandes R hätte zur Folge, dass sich auch die
Grenzfrequenz fg halbiert.

- 2/7 -
3.Minimierungsverfahren
Um die Richtigkeit der Aussagen zu überprüfen, müssen Sie die
Funktionen y1 und y2 ggf. in ihre Normal- und Minimalformen
überführen. Füllen Sie zunächst die Wertetabelle und die KVDiagramme aus.
0
1
2
(a ∧ b ∧ c) ∨ (a ∧ b ∧ c ∧ d ) ∨ (a ∧ b ∧ c)
= (b ∨ a ) ∧ (b ∨ a )
y1 =
3
y2
5
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
richtig falsch






( b ∨ a ) ist ein Implikat von y .
( a ∧ b ∧ c ∧ d ) ist ein Minterm von y .
( a ∧ b ∧ c ∧ d ) ist ein Minterm von y .


y2 ist bereits eine DMF.




( a ∧ c ) ∨ ( a ∧ b ∧ d ) ist eine DMF von y .
( a ∨ b ) ∧ ( a ∨ b ) ist eine KMF von y .


Minimalformen sind eindeutig.


( a ∧ b ∧ d ) ist ein Koppelterm von y
2
1
2
1
2
1
- 3/7 -
und y2.
d
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
c
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
b
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
a
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
y1 y2
4.Kondensator
Die Kondensatoren sollen geladen werden. Berechnen Sie
ggf. alle relevanten Größen, um die Richtigkeit der Aussagen
zu überprüfen.
R = 40 Ω
UE = 8 V
C1 = 60 mF
C2 = 40 mF
richtig falsch


Die Gesamtkapazität C12 beträgt 24 mF.


Nach einer Ladezeit von t = 20 s ändert sich die Spannung an den
Kondensatoren nicht mehr.


Nach einer Ladezeit von t = 1s fällt am Kondensator C2 die Spannung
UC2 = 1,77 V ab.


Die gespeicherte Energie beträgt W = 100 mWs, wenn die Kondensatoren
voll geladen sind.


Da an C1 und C2 die gleiche Spannung abfällt, haben beide Kondensatoren
die gleiche Kapazität.


Ein kleinerer Wert für R1 würde die Ladezeit verlängern.


Ein größerer Wert für UE würde die Ladezeit verkürzen.
5.Operationsverstärker
Welche Funktion hat die
Operationsverstärkerschaltung, was berechnet sie?
R1 = R2 = R3 = RG = 100 kΩ
RP = 25 kΩ
UE1 = UE2 = UE3 = 1 V
richtig falsch


Es handelt sich um einen nicht invertierenden Addierer.


Das Ergebnis der Berechnung ist U A =
− ( U1 + U 2 + U 3 ) =
−3V


Über den Widerstand R3 fließt ein Strom von 10 µA.


Wird UE3 umgepolt, ändert sich die Berechnung zu
UA =
− ( U1 + U 2 − U 3 ) =
−1V


Mit R3 = 50 kΩ ändert sich die Berechnung zu
U A =− ( U1 + U 2 + 2 ⋅ U 3 ) =−4V


Mit RG = 50 kΩ ändert sich die Berechnung zu
U A =−2 ⋅ ( U1 + U 2 + U 3 ) =−6V


Die maximale Ausgangsspannung wird von der Betriebsspannung des
Operationsverstärkers begrenzt.
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6.NAND/NOR-Konversion
Um die Richtigkeit der Aussagen zu überprüfen, müssen Sie die Funktionen y1 und y2 ggf. in
das NAND oder NOR Operatorensystem konvertieren. Negationen können beibehalten und
müssen nicht umgewandelt werden.
y1 = a ∨ b ∨ c
(
y2 = ( a ∧ b ) ∨ b ∧ c
)
richtig falsch


( ∨ ) ist ein vollständiges Operatorensystem.


Die Logikfunktion OR ist assoziativ.


Auch für NOR gilt das Assoziativgesetz.


( a ∧ a ) =a ∧ a


y1 = a ∨ b ∨ c


y1 = a ∨ b ∨ c


y2 = a ∨ b ∨ b ∨


y2
( ) ( )c
=( a ∧ b ) ∧ ( b ∧ )c
7.CMOS-Logik
Entwerfen Sie in CMOS-Logik aus 8 Transistoren eine Schaltung zum
Entkoppeln eines Datensignals D, wie in der Tabelle angegeben. Wird der
Enable-Eingang E auf „0“ gesetzt, soll der Ausgang hochohmig sein.
Andernfalls liegt das unveränderte Datensignal am Ausgang an.
E
0
0
1
1
D
0
1
0
1
A
X
X
0
1
richtig falsch


Ein selbstleitender CMOS-Transistor leitet, wenn Gate- und
Sourcespannung das gleiche Potential haben.


Ein Nachteil des CMOS-Transistors ist die geringe Schaltgeschwindigkeit.


Die Ansteuerung von CMOS-Transistoren ist nahezu verlustfrei.
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8.Ersatzspannungsverfahren
Das Netzwerk wurde mit Hilfe des
Ersatzspannungsverfahrens berechnet. Doch ist die
Lösung auch richtig? Bestimmen Sie für jeden
Rechenschritt, ob dieser für sich genommen korrekt ist.
Berechnen Sie anschließend selbst das Netzwerk mit
dem Ersatzspannungsverfahren – natürlich mit den
korrekten Rechenschritten.
R1 = 180 Ω
R2 = 60 Ω
R3 = 90 Ω
U1 = 4 V
U2 = 1 V
U3 = 0 V
richtig falsch


R1 = R2 + R3


M1: - U1 + UR1 + UR2 + U2 = 0 V


M2: - U2 - UR2 + UKL + U3 = 0 V


Rges = Ri + R3


Iges = UKL / Rges


U R=
R 3 ⋅ Iges
3
9.Automaten
Ein T-FlipFlop ist ein getaktetes, high-aktives JK-FF,
bei dem das Eingangssignal zugleich in den J- und den
K-Eingang geführt wird. Der T-FlipFlop ändert seinen
Zustand nur bei aktiver Taktphase. Vervollständigen
Sie den Moore-Automaten, ignorieren Sie den
invertierenden Ausgang.
Eingänge: C (clock), T (toggle)
Ausgänge: Q
richtig falsch


Automaten werden zur grafischen Darstellung von Schaltnetzen verwendet.


Bei einem Moore-Automaten hängt die Ausgabe allein vom Zustand ab.


Als Mealy-Automat dargestellt, hätte ein Zustand ausgereicht.


Wird am T-Eingang ein Low-Pegel angelegt, wird der Ausgang des
T-FlipFlops bei aktiver Taktphase zurückgesetzt.
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10.Wechselspannung
Über diesem Netzwerk von komplexen Widerständen fällt eine
sinusförmige Wechselspannung U mit der Frequenz f ab. Berechnen
Sie zunächst den Ersatzwiderstand Z23 und den Gesamtwiderstand
Zges. Wie groß ist der Strom Iges, der die Schaltung durchfließt und die
Spannung U23, die am Widerstand Z1 abfällt? Vergessen Sie nicht, die
Phasenwinkel mit anzugeben!
U = 1,4ej30°
f = 2,27 kHz
Z1 = 70ej90° Ω
Z2 = 70ej0° Ω
Z3 = 70e-j90° Ω
Z23: ____________
Zges: ____________ Iges: ____________
U23: ____________
richtig falsch


Z1 ist ein rein induktiver Blindwiderstand.


Z3 ist ein Kondensator mit einer Kapazität von 1µF.


Die Schaltung verursacht keine weitere Phasenverschiebung zwischen
Strom und Spannung.


Die Effektivspannung einer Spannungsquelle mit der Amplitude û = 1,4 V
beträgt 1V.
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