EK1_P1_2016_04_01 - baumberger hochfrequenzelektronik

Elektronik 1
Kurztest 1:
1. April 2016
NAME:
Zeit: 35 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.
Eigenschaften von Operationsverstärkern
a)
Was ist die praktische Bedeutung des Eingangsgleichtaktbereichs von
Operationsverstärkern (engl. input common mode voltage range)? <2P>
b)
Wie gross muss das Verstärkungsbandbreiteprodukt eines OP mindestens sein, wenn
damit ein Verstärker mit einer Verstärkung von 30 dB im Frequenzbereich bis 100 kHz
realisiert werden soll? <2P>
2.
Invertierender Single Supply-Verstärker
Bei der folgenden Schaltung handelt es sich um einen invertierenden Verstärker mit Offset. Die
Speisung (Single Supply) betrage Us = +5 V. Der Offset bewirkt, dass für einen positiven
Eingangsspannungsbereich (0 ≤ Uein ≤ Us) ein positiver Ausgangsspannungsbereich (0 ≤ Uaus
≤ Us) resultiert.
a)
Berechnen Sie R2 so, dass eine Verstärkung vu von -5 resultiert. R1 sei 10 k. <2P>
Tipp: Diese Verstärkung ist unabhängig von R3 und R4.
b)
Geben Sie die in Aufgabe a) verlangte (Spannungs-) Verstärkung in dB an! <2P>
c)
Dimensionieren Sie jetzt den Spannungsteiler R3, R4 so, dass für einen
Eingangsspannungsbereich von Uein = 0 .. +1 V eine Ausgangsspannung Uaus von +5
.. 0 V resultiert. Wählen Sie R3 = 10 k. <2P>
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d)
3.
Welche Art von Operationsverstärker muss man in der Praxis einsetzen, damit die
Schaltung, wie Sie sie in Teilaufgabe c) entworfen haben, über den ganzen
angegebenen Ein- und Ausgangsspannungsbereich richtig funktioniert? <2P>
Rechteck-Dreieck-Oszillator
In dieser Aufgabe sollen Sie einen Rechteck-Dreieck-Oszillator, bestehend aus einem
nichtinvertierenden Schmitt-Trigger und einem Integrator, anaysieren. Für die Analyse ist
wichtig, dass der Ausgangsspannungsbereich der eingesetzten Operationsverstärker nur je auf
1 V an die Speisespannungen heranreicht (z. B. ±14 V bei ±15 V Speisespannung, wie beim
uA741).
a)
Wie gross ist die Ausgangsamplitude am Rechteckausgang UR bei einer
Speisespannung US+/- = ±10 V (Spitze-Spitze-Wert)? <2P>
b)
Wie gross ist die Ausgangsamplitude am Dreieckausgang UD, wiederum bei ±10 V
Speisung und für R1 = 5 k und R2 = 9 k? <2P>
c)
Dimensionieren Sie den Kondensator C für eine Schwingfrequenz von 10 kHz, wenn
R3 = 9 k ist (R1, R2, US+/- wie oben). <2P>
4.
Integrator mit Eingangsstrom
Der beim idealen OP nicht vorhandene Eingangsstrom Ib (input bias current) führt gelegentlich
zu unerwünschten Effekten. Beim Integrator (s. Figur, R = 100 k, C = 1 µF) ist dies besonders
deutlich zu erkennen, er führt nämlich trotz Eingangsspannung Uein = 0 zu einem Wegdriften
des Ausgangs.
a)
Berechnen Sie die am Ausgang zu beobachtende Drift-Rate in V/s für einen Bias-Strom
Ib = 100 nA (bei Uein = 0). Der im Schema eingezeichnete Widerstand R1 sei 0 
(normaler Integrator). <2P>
b)
Unter der Annahme, der Bias-Strom Ib sei an beiden Eingängen gleich (kein input offset
current), kann dessen störende Wirkung durch Einfügen von R1 eliminiert werden, d.h.
keine Drift am Ausgang bei Uein = 0 V. Wie gross muss R1 gewählt werden? <2P>
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