EK1_P2_2017_04_20 - baumberger hochfrequenzelektronik

Elektronik 1
Kurztest 2:
20. April 2017
NAME:
Zeit: 30 Minuten
2 Seiten eigene Zusammenfassung und Taschenrechner erlaubt, PC / Handy nicht erlaubt
Die pro Teilaufgabe erreichbare Punktzahl ist in eckigen Klammern (z. B. <4P>) 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.
Geben Sie keine Auswahlsendungen: Falsche Antworten in Listen geben Abzug!
Beantworten Sie Sachfragen in ganzen Sätzen (keine Stichwortliste).
Die meisten Teilaufgaben sind unabhängig voneinander lösbar.
1. Halbleiterphysik
a)
Erklären Sie mittels genau vier prägnanten Aussagen, wodurch sich intrinsischer, pdotierter und n-dotierter Halbleiter vom Aufbau und von den elektrischen Eigenschaften
her unterscheiden. <4P>
b)
Durch das Zusammenfügen von n- und p-dotiertem Halbleiter entsteht auch ohne eine
extern angelegte Spannung eine sog. Sperrschicht, innerhalb derer sich keine frei
beweglichen Ladungsträger befinden. Erklären Sie, weshalb das so ist. <4P>
2. Aufbau und Eigenschaften von Dioden
a)
Nennen Sie genau zwei wichtige Vor- und zwei wichtige Nachtteile von SchottkyDioden gegenüber pn- und pin-Dioden. <4P>
b)
Der typische Sperrstrom einer BAS16LT1 (pn-Diode) bei 25ºC und 5 V Sperrspannung
beträgt 3 nA. Wie gross dürfte dieser bei 25ºC und 10 V sein? Und wie gross wird er bei
75ºC und 5 V? Die Antworten sind zu begründen! <4P>
c)
Die folgende Grafik zeigt das U-I-Verhalten einer BAS16LT1 (pn-Diode). Wie gross ist
ihr Seriewiderstand RS bei 25ºC? <4P>
d)
Bei pn- und noch mehr bei pin-Dioden beobachtet man eine Sperrverzögerung, welche
verhindert, dass die leitende Diode (Flussrichtung) nach dem Umpolen sofort sperrt. Wie
kommt dieser Effekt physikalisch zu Stande? <4P>
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3. Leistungsgleichrichter
In dieser Aufgabe sollen Sie ein einfaches Netzteil mit Transformator, Einweggleichrichter und
Glättungskondensator C dimensionieren. Die Sekundärspannung des Transformators beträgt
ohne Last 6.0 Veff.
a)
Wie gross ist die Leerlaufspannung UL am Ausgang ohne Last (IL = 0)? Berücksichtigen
Sie alle bekannten Faktoren. Die Diode ist sei eine normale pn-Diode, die Temperatur
25ºC. <4P>
b)
Dimensionieren Sie den Ladekondensator C so, dass bei einem Laststrom IL von
100 mA die Restwelligkeit der Gleichspannung am Ausgang nicht grösser als 0.5 VSS
wird. Die Netzfrequenz beträgt 50 Hz. Wicklungswiderstand des Trafos und
Seriewiderstand der Diode sind zu vernachlässigen. <4P>
c)
Welche Möglichkeiten gibt es, um die Restwelligkeit gem. Teilaufgabe b) zu verringern?
Schlagen Sie zwei mögliche Lösungen vor (Beschreibungen mit Text, Zahlenwerten
oder Schemaskizzen). <4P>
4. Spannungsstabilisierung
Mit Hilfe einer Z-Diode mit Vorwiderstand R soll aus der stark schwankenden
Bordnetzspannung eines Fahrzeugs (Bereich: Ub = 8 .. 15 V) eine Micro-Controller-Schaltung
(„Last“ in der Figur) mit stabilen 5.0 V versorgt werden. Der Stromaufnahme des Controllers
schwankt zwischen 0 (Sleep-Modus) und maximal 50 mA.
a)
Wie gross muss die Durchbruchsspannung der Z-Diode gewählt werden? <2P>
b)
Wie muss R gewählt werden, damit 1. der Strom durch die Z-Diode unter den in der
Einleitung gegebenen Randbedingungen 10 mA nie unterschreitet und 2. die
Verlustleistungen von Vorwiderstand und Z-Diode nicht grösser als nötig werden? <6P>
c)
Neben dem offensichtlichen Vorteil der Einfachheit hat die obige Schaltung auch einige
Nachteile. Nennen Sie die beiden wichtigsten. <2P>
d)
Wozu, ausser zum Zweck der Spannungsstabilisierung, werden Z-Dioden heute
hauptsächlich auch noch verwendet? <2P>
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