6203. am Teil: Elektronik

Flugzeug- Elektrik und Elektronik Prof. Dr. Ing. Günter Schmitz Fachhochschule Aachen Name, Vorname: ______________________ Matr.Nr.: _____________...
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Flugzeug- Elektrik und Elektronik Prof. Dr. Ing. Günter Schmitz

Fachhochschule Aachen

Name, Vorname: ______________________

Matr.Nr.: _______________

Aufg. Pmax 0

2

1

16

2

13

3

12

am 12.03.2007

4

12

1. Teil: Elektronik

5

16

6

12

7

17

Klausur "Elektronik und Messtechnik" 9115/6203

Hinweise zur Klausur: Die für diesen Teil zur Verfügung stehende Zeit beträgt 2 h.

Σ

P

100

MT Zugelassene Hilfsmittel sind:

ΣEMT

• Taschenrechner • Formelsammlung auf maximal einem DIN A4- Blatt (beidseitig) sowie Formelsammlung zur Boolschen Algebra

Bitte lösen Sie die Aufgaben möglichst auf dem Aufgabenblatt oder auf der Rückseite des jeweils davorliegenden Blattes. Benutzen Sie kein eigenes Papier! Kennzeichnen Sie jede Lösungsseite mit der Aufgabennummer, zu der die Lösung gehört. Zusätzliche Lösungsblätter sind nicht zugelassen, auch nicht als „Konzeptpapier“. Nichtbeachtung gilt als Täuschungsversuch! Kontrollieren Sie zunächst, ob alle Aufgaben in leserlicher Form vorhanden sind. Tragen Sie Name und Matrikelnummer ein. Tip: Die Bearbeitung der Aufgaben in der gestellten Reihenfolge ist nicht notwendig; beginnen Sie doch einfach mit einer Aufgabe, die Sie gut lösen können! Und nun wünsche ich Ihnen guten Erfolg! Ihr Einsichtnahme ist erfolgt am

Elektronik Mar 2007 mit Ergebnissen.doc

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2 Punkte

Aufgabe 0

Lösen Sie die Aufgaben möglichst auf dem Aufgabenblatt und wenn dort kein Platz mehr ist auf der Rückseite des jeweils davorliegenden Blattes. Benutzen Sie kein eigenes Papier! Kennzeichnen Sie jede Lösungsseite mit der Aufgabennummer, zu der die Lösung gehört. Tragen Sie Name und Matrikelnummer ein. Trennen Sie die Blätter nicht! Belassen Sie die Blätter in der richtigen Reihenfolge. Benutzen Sie keinen Rotstift! Die vollständige Lösung dieser Aufgabe bringt Ihnen 2 Punkte!

16 Punkte

Aufgabe 1

In der dargestellten Schaltung wird die Spannung einer Quelle mit Hilfe einer Zenerdiode stabilisiert. Mit der stabilisierten Spannung wird eine Leuchtdiode betrieben. Die Spannung an der Leuchtdiode betrage 2V, sobald ein Strom durch die Diode fließt.

R1 R2 U0

=

ZD LD

Werte: R1 = 150Ω, Durchlass- Spannung der Leuchtdiode: 2,0V, U0 = 11V, Zenerspannung UZ(ZD) = 5V a)

Wie groß muss der Vorwiderstand R2 sein, damit die Leuchtdiode bei einer Durchlassspannung von 2,0 V einen Strom von 20mA aufnimmt? 150Ω

b)

Welcher Strom fließt dann durch R1, welcher durch die Zenerdiode?

c)

Nun wird die Spannung der Quelle auf 9,5V reduziert. Welcher Strom fließt dann noch durch die Leuchtdiode? 20mA

d)

Nun wird die Spannung der Quelle auf 6,5V reduziert. Welcher Strom fließt dann noch durch die Leuchtdiode? 15mA

e)

Nun wird die Spannung der Quelle auf 1,5V reduziert. Welcher Strom fließt dann noch durch die Leuchtdiode? 0mA

40mA, 20mA

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13 Punkte

Aufgabe 2

Gegeben ist die folgende Transistorschaltung und das idealisierte Kennlinienfeld des verwendeten Transistors.

10

I /mA

I =30uA

C

B

I =25uA B

I =20uA B

5

I =15uA B

I =10uA B

I =5uA B

I /uA 25

20

15

10

10

5

5

15

20

U /V C E

B

0,5

U /V B E

Werte: UB = 15V, RC = 1,5kΩ, RB = 1,43MΩ a) Zeichnen Sie die Widerstandsgerade ein!

siehe Zeichnung

b) Wie groß ist der Basisistrom IB? 10µA c) Welcher Kollektorstrom IC stellt sich ein? 2,7mA d) Wie groß ist dann die Spannung UCE? 11V e) Wie muss der Widerstand RB.geändert werden, damit sich eine Kollektorsspannung von UCE = 5V einstellt? neuer IB=21,5µA, RB = 666kΩ

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12 Punkte

Aufgabe 3 Gegeben sei die im folgenden Bild dargestellte Transistorschaltung.

ZD 5,6

RC UB

RB

RE

Werte: UB = 9V, RB = 100 kΩ, RC = RE = 1 kΩ, Β=200 a) Welche Spannung liegt am Widerstand RE an? 2,7V b) Welcher Strom fließt durch den Widerstand RC! 2,7mA (≅IC) c) Welcher Basistrom fließt und welcher Strom fließt durch die Zenerdiode? IB=13,5µA,IZD=47,5µA d) Welche Verlustleistung nimmt der Transistor auf? 9,7mW

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12 Punkte

Aufgabe 4

Gegeben sei eine Verstärkerschaltung mit einem idealen Operationsverstärkern gemäß der folgenden Abbildung:

R1

+

U1

S1 R3

U5 U2

R2

Werte: R1 = 40kΩ, R2 = 10kΩ, R3 = 30kΩ, U1 = 1V a) Berechnen Sie die sich am Ausgang des Operationsverstärkers ergebende Spannung U5. 1V b) Bestimmen Sie die Spannung U2! 0,25V c) Nun wird der Schalter in die untere Stellung gebracht. Ermitteln Sie nun die Spannung U5! 4V d) Ermitteln Sie die Verstärkung (U5 / U1) in dB 12dB

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16 Punkte

Aufgabe 5 Gegeben sei die im folgenden Bild dargestellte OP- Schaltung.

R1

R2

+

+

U1

U2

U4

R3

R4

C R5 +

U3

Werte: R1 = 10kΩ, R2 = 20kΩ, R3 = 30kΩ, R4 = 40kΩ, R5 = 50kΩ, C = 20nF Auf den Eingang wird die auf der folgenden Seite dargestellte Eingangsspannung gegeben. a)

Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung U2 in das vorgesehene Diagramm ein. (Achsenskalierung bitte jeweils selber eintragen) U2=U1

b)

Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung U3 in das vorgesehene Diagramm ein.

c)

Zeichnen Sie den Verlauf der Spannung U4 in das vorgesehene Diagramm ein.

Hinweis: Es ergeben sich hierbei nicht unbedingt glatte Werte.

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U1 2V 1V 0V

U2

1

2

3

4

5

6

7

8 t/ms

1

2

3

4

5

6

7

8 t/ms

1

2

3

4

5

6

7

8 t/ms

3V

U3

-6V

U4

15V 7V

5,7V

4V

1,6V

1

2

3

4

5

6

7

8 t/ms

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12 Punkte

Aufgabe 6 Gegeben sei die folgende Logikschaltung:

a) Stellen Sie die vollständige Boolesche Gleichung (logische Funktion) für X auf! b) Vereinfachen Sie diese Gleichung! c) Stellen Sie die Wahrheitstabelle für diese Gleichung auf! d) Skizzieren Sie eine Schaltung mit Kontakten, die die Funktion der obenstehenden Schaltung nachbildet. Nehmen Sie an, daß X eine Leuchte sei, die bei logisch '1' leuchtet und bei logisch '0' spannungslos ist! a)

X = A + B⋅A⋅B + B

b)

X=A+B

c)

d)

A

B

X

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

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17 Punkte

Aufgabe 7

Gegeben sei die im folgenden Bild dargestellte Schaltung mit einem Toggel-Flip-Flop (mit SetEingang), einem D-FlipFlop und einem Monoflop. Die Ausgänge der Flip-Flops und des Monoflops befinden sich zunächst auf Null. Unterhalb des Schaltbildes ist eine Eingangsimpulsfolge für die Eingänge A und B dargestellt. Skizzieren Sie darunter die sich ergebenden Signale am Ausgang Z. Hinweis: Achten Sie auf Invertierungen von Signalen!

MF1

Β Α

&

D

2ms

1

Ζ

FF1 S

FF2

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