SS2007
Werbung
Fachprüfung Schaltungen & Systeme 30. Juli 2007 Prüfer: Prof. Dr. P. Pogatzki Bearbeitungszeit: 2 Stunden Name:............................................ Matr.-Nr.:...................................... Unterschrift:.................................. Aufgabe 1. 2. 3. .1 .2 .3 Punkte .4 .5 .6 .7 Punkte gesamt Note Note: Eingesehen am: ECTS: 1. Prüfer Unterschrift: 2. Prüfer Summe Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 2 Aufgabe 1 (25 Punkte) Für eine elektronische Schaltung wird ein konstanter Strom von 100µA benötigt. Da die Speisespannung Ub starken Schwankungen unterworfen ist, wird als Lösung ein WidlarStromspiegel vorgeschlagen. Es soll überprüft werden, ob dieser Vorschlag sinnvoll ist. Der zu untersuchende Stromspiegel ist im folgenden Bild dargestellt. Die verwendeten Transistoren sind identisch. Der Sättigungsstrom IS der Transistoren beträgt IS=10-16 A. Ferner gilt: B=β=100=B+1, Early-Spannung UA→∞ IC=IS*exp(UBE/UT) Port P1 Num=1 Port P2 Num=2 R1 BJT_NPN BJT1 BJT_NPN BJT2 RE Aufgabe 1.1 (3 Punkte) Bestimmen Sie den Widerstand R1 so, daß durch den Transistor BJT1 ein Kollektorstrom von 10mA fließt. Nehmen Sie eine Gleichspannung von 5V an Port P1 an! Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 3 Aufgabe 1.2 (3 Punkte) Bestimmen Sie den Widerstand RE so, daß durch den Transistor BJT2 ein Kollektorstrom von 100µA fließt. Nehmen Sie eine Gleichspannung von 5V an Port P2 an! Aufgabe 1.3 (5 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignaleratzschaltbild der Anordnung unter Angabe charakteristischer Werte! Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 Aufgabe 1.4 (8 Punkte) Berechnen Sie die Admittanz-Matrix der Anordnung. Verwenden Sie dabei sinnvolle Näherungen! 4 Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 Aufgabe 1.5 (8 Punkte) Prüfen Se nun, ob die Verwendung des Widlar-Stromspiegels sinnvoll ist. Bestimmen Sie dazu mit Hilfe der Y-Parameter die Ausdrücke ∂I1 ∂U b und I1 ∂I 2 ∂U b . Dabei ist Ub die Gleichspannung an Port P1! I2 5 Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 6 Aufgabe 2 (25 Punkte) Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung für f ≈ 100MHz. Der Sättigungsstrom IS des Transistors beträgt IS=10-16 A. Ferner gilt: B=β=100=B+1, Early-Spannung UA→∞, IC=IS*exp(UBE/UT) Der Oszillator soll dimensioniert und die Funktion überprüft werden. R1 BJT_NP BJT Vdc=3.0 V C1=10 nF L1=1.0 nH R3=50 Ohm Uout C=1000 pF L2=1.0 nH R2 R R4 R4=150 Ohm Aufgabe 2.1 (3 Punkte) Dimensionieren Sie die Widerstände R1 und R2 so, daß ein Kollektorstrom von IC=100µA fließt. Dabei soll der Strom durch R1 dem 10fachen Basisstrom des Transistors entsprechen! Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 7 Aufgabe 2.2 (6 Punkte) Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten des Transistors vernachlässigt werden können. Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren an und berechnen Sie die Blindwiderstände der Kondensatoren/Spulen soweit möglich! Entscheiden Sie, welche Blind-Elemente bei der Betriebsfrequenz vernachlässigt werden können! Aufgabe 2.3 (8 Punkte) Berechnen Sie den komplexen Widerstand, den die Spule „L“ sieht. Entfernen Sie dazu die Spule aus dem Kleinsignal-Ersatzschaltbild und ermitteln Sie den Leitwert zwischen den Klemmen P1 und P2! Vereinfachen Sie Ihr Ergebnis sinnvoll, in dem Sie die Größenordnungen der ErsatzElemente bei der Betriebsfrequenz berücksichtigen. Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 8 Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 Aufgabe 2.4 (4 Punkte) Könnte der Oszillator bei der vorgesehenen Betriebsfrequenz anschwingen? (Begründung) Dimensionieren Sie die Spule L, falls obige Frage mit „ja“ beantwortet wurde. Aufgabe 2.5 (4 Punkte) Schätzen Sie mit Begründung die maximal mögliche Ausgangsspannung Uout ab! 9 Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 10 Aufgabe 3 (20 Punkte) Gegeben ist die nachfolgende OP-Schaltung mit Dioden. Sowohl OPs als auch Dioden sind ideal! Es gilt: ID1,2=IS*exp(UD1,2/UT) Eventuell fließende Dioden-Sperrströme sollen vernachlässigt werden! R4=1 kOhm R2=2 kOhm R5=1 kOhm DIODE1 Uin R1=1 kOhm OpAmp1 Uout Port P1 DIODE2 Port P2 OpAmp2 UH=1.0 V R3=1 kOhm Diode_Model DIODEM1 Is=1.e-14 Es soll die Funktion der Schaltung untersucht werden. Aufgabe 3.1 (1 Punkt) Wie muß Uin=Uin0 gewählt werden, damit der Widerstand R1 stromlos ist? Aufgabe 3.2 (5 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für Uin<Uin0! Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 Aufgabe 3.3 (6 Punkte) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für Uin>Uin0! 11 Klausur Schaltungen & Systeme SS2007 12 Aufgabe 3.4 (4 Punkte) Skizzieren Sie Uout als Funktion von Uin unter Angabe charakteristischer Werte! Aufgabe 3.5 (4 Punkte) Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf der Ausgangsspannung des ersten OPs als Funktion der Eingangsspannung unter Angabe charakteristischer Werte!
