SS2006

Fachprüfung
Schaltungen & Systeme
12. September 2006
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 SS2006
Aufgabe 1 (25 Punkte)
Gegeben ist die folgende Schaltung. Die verwendeten Transistoren sind identisch. Der
Sättigungsstrom IS der Transistoren beträgt IS=10-16 A. Ferner gilt:
B==100=B+1, Early-Spannung UA
IC=IS*exp(UBE/UT)
Aufgabe 1.1 (3 Punkte)
Bestimmen Sie den Widerstand R so, daß durch den Transistor BJT2 ein Kollektorstrom von
1mA fließt.
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3
Aufgabe 1.2 (4 Punkte)
Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Anordnung, wenn parasitäre Kapazitäten
der Transistoren vernachlässigt werden können.
Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente der Transistoren an! (Beachten Sie die
Arbeitspunkte)
Aufgabe 1.3 (10 Punkte)
Berechnen Sie die Admittanz-Matrix der Anordnung. Verwenden Sie sinnvolle Näherungen
und die Annahme, daß
S1  R  1 gilt.
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Aufgabe 1.4 (4 Punkte)
Bestimmen Sie den komplexen Eingangswiderstand an Port P1, wenn Port P2 mit einer
Kapazität C abgeschlossen wird!
Aufgabe 1.5 (4 Punkte)
Die Schaltung stellt für einen „mittleren“ Frequenzbereich einen Gyrator dar. Berechnen Sie
für diesen Frequenzbereich die an Port P1 sichtbare Induktivität, wenn die Kapazität eine
Größe von 10nF hat!
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Aufgabe 2 (25 Punkte)
Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung für f=225MHz. Der Sättigungsstrom IS des
Transistors beträgt IS=10-16 A. Ferner gilt:
B==100=B+1, Early-Spannung UA, IC=IS*exp(UBE/UT)
Der Oszillator soll dimensioniert und die Funktion überprüft werden.
Vdc=3.0 V
R1
BJT_NPN
BJT1
P1
C=100 pF
Port
L
P2
C=100 pF
Uout
L1=100 uH
R2
C1=100.0 nF
Aufgabe 2.1 (3 Punkte)
Dimensionieren Sie die Widerstände R1 und R2 so, daß ein Kollektorstrom von IC=100A
fließt. Dabei soll der Strom durch R1 dem 10fachen Basisstrom des Transistors entsprechen!
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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.
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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!
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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!
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Aufgabe 3.3 (6 Punkte)
Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Uout für Uin>Uin0!
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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!