EK1_P1_2017_03_23 - baumberger hochfrequenzelektronik

Elektronik 1
Kurztest 1:
23. März 2017
NAME:
Zeit: 30 Minuten
1 Seite eigene Zusammenfassung und Taschenrechner erlaubt
PC und 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.
a)
Eigenschaften von Operationsverstärkern (OPs)
Was unterscheidet einen Single Supply-OP von einem gewöhnlichen OP? Stellen Sie
die beiden wichtigsten Eigenschaften in einer Tabelle einander gegenüber. <2P>
Eigenschaft 1:
Eigenschaft 2:
Single Supply OP
konventioneller OP
b)
Erklären Sie die Bedeutung des Verstärkungsbandbreiteproduktes (gain bandwidth
product GBW) eines OP in einigen kurzen Sätzen (Definition, Bedeutung für Verstärker).
Wie gross ist dieses bei einem idealen OP? <3P>
c)
Nennen Sie genau zwei weitere Eigenschaften eines idealen OP und erklären Sie kurz
deren Bedeutung. <2P>
2.
Invertierender Verstärker
Dimensionieren Sie einen invertierenden Verstärker mit einer Verstärkung von -6 dB. Er soll mit
±15 V gespeist werden und sein Eingangswiderstand soll 10 k betragen.
a)
Zeichnen Sie das komplette Schaltschema des Verstärkers (noch ohne Werte). Alle
Komponenten, die für einen praktischen Aufbau benötigt werden, sollen im Schema
enthalten sein. Kennzeichnen Sie auch Signalein- und -ausgang (massebezogen). <2P>
b)
Wie gross ist dessen Verstärkung vU (ausgehend vom angegebenen dB-Wert)? <2P>
c)
Berechnen Sie jetzt die Werte aller benötigten Widerstände. <2P>
3.
Schmitt-Trigger
Die folgende Figur zeigt einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger. Die Betriebsspannung
betrage UCC+/UCC- = ±5 V. Der vom OP-Hersteller spezifizierte Ausgangsspannungsbereich
bei dieser Speisespannung sei +3 V / -4 V (also unsymmetrisch, wie z. B. beim uA741).
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a)
Berechnen Sie die beiden Schaltschwellen US+ und US- für R1 = 10 k, R2 = 20 k. US+
ist die Schaltschwelle am Eingang für den Übergang der Ausgangsspannung von -4 auf
+3 V, US- diejenige für den Übergang von +3 auf -4 V. <4P>
b)
Wie gross wären diese Schaltschwellen, wenn bei sonst gleicher Schaltung und
Speisespannung ein RRIO-OP eingesetzt würde? <4P>
4.
Integrator
Die Schaltung unten rechts zeigt einen Integrator (R = 10 M, C = 20 nF, Speisung ±15 V). Der
Verlauf der Eingangsspannung ist in der Grafik links daneben skizziert (+1 V während 2 s,
ansonsten 0).
a)
Skizzieren Sie in einer Grafik mit klar beschrifteten Achsen den Verlauf der
Ausgangsspannung Uaus, wenn der OP als vollständig ideal angenommen wird und der
Kondensator zum Zeitpunkt 0 s keine Ladung trägt. <4P>
b)
Nun soll angenommen werden, der OP weise als einzige Nichtidealität einen Bias-Strom
von 50 nA auf (Richtung: in dessen Eingänge hinein), ansonsten gelten dieselben
Bedingungen wie in Teilaufgabe a). Wie sieht der Verlauf der Ausgangsspannung jetzt
aus? Skizzieren Sie diesen in einer zweiten Grafik. <4P>
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