WS2010/2011

Fachprüfung
Schaltungen & Systeme
10. März 2011
Prüfer: Prof. Dr. P. Pogatzki
Bearbeitungszeit: 2 Stunden
Name:________________________Vorname:________________
Matr.-Nr.:
Unterschrift:__________________________________
Viel Erfolg!!!
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 WS2010
2
Aufgabe 1 (30 Punkte)
Gegeben ist die folgende Schaltung. Die verwendeten Transistoren sind bzgl. ihrer Eigenschaften identisch. Ferner gilt:
B==100≈B+1, Early-Spannung UA
IC=IS*exp(UBE/UT)
I_DC=2 mA
10*IB1
R1
Uin
DC_Block
9*IB1
BJT_NPN
BJT1
Model=BJTM2
R2
R3
BJT_PNP
BJT2
Model=BJTM1
R5
9*IB2
DC_Block
R4
10*IB2
U_DC=9.0 V BJT_Model
BJTM1
Is=1e-16
BJT_NPN
BJT3
Model=BJTM1
Uout
BJT_Model
BJTM2
Is=1e-16
R6=50 Ohm
Aufgabe 1.1 (6 Punkte)
Bestimmen Sie die Widerstände R1, R2 R3 und R4 so, daß durch die Transistoren BJT1 und
BJT2 der gleiche Kollektorstrom fließt! Beachten Sie die Bedingungen im Schematic!
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Aufgabe 1.2 (4 Punkte)
Am Ausgang der Schaltung soll bei verschwindender Aussteuerung am Eingang eine Gleichspannung von 4,5V anliegen. Bestimmen Sie den Kollektorstrom von BJT3 und den Widerstand R5!
Aufgabe 1.3 (3 Punkte)
In welchen Schaltungsvarianten befinden sich die Transistoren BJT1, BJT2 und BJT3?
(Begründung)
Aufgabe 1.4 (5 Punkte)
Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild des Verstärkers unter Angabe charakteristischer Werte!
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Aufgabe 1.5 (6 Punkte)
uout
!
uin
Geben Sie zahlenmäßig Av für die gewählte Schaltungsdimensionierung an!
Berechnen Sie die Kleinsignalverstärkung Av 
4
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Aufgabe 1.6 (6 Punkte)
Bestimmen Sie die Y-Matrix der Schaltung (Zahlenwerte sind nicht erforderlich)!
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6
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Aufgabe 2 (25 Punkte)
Gegeben ist die folgende Oszillator-Schaltung mit einer Schwingfrequenz im MHz-Bereich.
Der Sättigungsstrom IS des Transistors beträgt IS=10-16 A. Ferner gilt:
B==100≈B+1, Early-Spannung UA, IC=IS*exp(UBE/UT)
Es soll die Funktion des Oszillators überprüft werden.
R1=2000 Ohm
R2=2000 Ohm
C=1.0 uF
Uout
Vdc=5.0 V
OscPort
1
2
BJT2=?
Quarz
BJT1=?
Idc=10 uA
Idc=10 uA
Der verwendete Schwingquarz wird durch das folgende Ersatzschaltbild beschrieben:
R=65 Ohm
L=25 mH
C=0.01 pF
Port
P2
Num=2
Port
P1
Num=1
C=5 pF
Aufgabe 2.1 (2 Punkte)
Von welchem Typ sind jeweils die beiden verwendeten Bipolar-Transistoren? (Begründung!)
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Aufgabe 2.2 (2 Punkte)
Berechnen Sie die Kollektorströme der beiden Transistoren!
Aufgabe 2.3 (6 Punkte)
Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild der Anordnung. Parasitäre Kapazitäten der Transistoren können vernachlässigt werden!
Geben Sie zahlenmäßig die Ersatzbildelemente an!
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Aufgabe 2.4 (10 Punkte)
Berechnen Sie den komplexen Widerstand, den der Quarz „sieht“!
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Aufgabe 2.5 (3 Punkte)
Könnte der Oszillator mit dem gegebenen Ersatzschaltbild des Quarzes prinzipiell anschwingen? Welche Form der Resonanz liegt dann vor? (Begründung!)
Aufgabe 2.6 (2 Punkte)
Berechnen Sie die Schwingfrequenz des Quarzes für die Resonanzart nach UP2.5!
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Aufgabe 3 (20 Punkte)
Gegeben ist die folgende Schaltung bestehend aus fünf Widerständen, zwei idealen Dioden
und zwei idealen OP’s!
UOpAmp1
OpAmp1
DIODE1
Uin
R=2 kOhm
R=1 kOhm
DIODE2
R=1 kOhm
R=1 kOhm
OpAmp2
Uout
R=1 kOhm
Aufgabe 3.1 (4 Punkte)
Berechnen Sie die Ausgangsspannung Uout für Uin>0! Vernachlässigen Sie einen eventuell
fließenden Sperrstrom der Dioden.
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Aufgabe 3.2 (4 Punkte)
Berechnen Sie die Ausgangsspannung Uout für Uin<0! Vernachlässigen Sie einen eventuell
fließenden Sperrstrom der Dioden.
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Aufgabe 3.3 (2 Punkte)
Welche Funktion erfüllt die Schaltung?
Aufgabe 3.4 (4 Punkte)
Skizzieren Sie die Kennlinie der Anordnung unter Angabe charakteristischer Werte!
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Aufgabe 3.5 (6 Punkte)
Skizzieren Sie den Verlauf der Ausgangsspannung UOpAnp1 des ersten OPs (OpAmp1) als
Funktion der Eingangsspannung Uin unter Angabe charakteristischer Werte!
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