Elektronik (FA, 2. Semester), Ergebnisse SS 2009
1.1. ρ = 3158 Ωm, R = 315,8 kΩ 1.2. ρ = 0,13 Ωm, R = 13 Ω
1.3. Vermehrte thermische Generation von Elektron-Loch-Paaren wegen stärkerer Gitterschwingungen 1.4. Diagramm: 500 K
1.5. ni = 1015 cm-3, n0 = 6,18·1014 cm-3, p0 = 1,62·1015 cm-3 1.6. Bestrahlung mit Licht, lichtempfindlicher Widerstand (LDR) 2.1. D2 und D3
2.2. ue(t): Sinusschwingung mit Maximalwert +20 V, Minimalwert -20V und Periodendauer 10 ms ua(t): Wie ue(t), aber alle negativen Halbwellen „nach oben geklappt“
ua,C(t): Konstante Spannung von 20 V 2.3. Ua = 18 V, Δua = 4 V
2.4. Ua,RC(t): Steigt mit ua(t) immer wieder auf den Maximalwert 20 V, sinkt immer wieder auf 16 V ab 2.5. P = 21,6 W
2.6. P = 0 W (kein Spannungsabfall an den idealen Dioden!)
2.7. Max. Spannung an RL: ua,max = 20 V - 2·0,75 V = 18,5 V imax = 1,23 A ti,max = 2,5 ms oder 7,5 ms oder 12,5 ms usw…
3.1. NPN-Transistor
3.2. Drei Halbleiterbereiche (n-/p-/n-dotiert) mit den Anschlüssen Emitter, Basis und Kollektor 3.3. Die Basis
3.4. Schnittpunkt mit x-Achse: 12 V, Schnittpunkt mit y-Achse: 60 mA 3.5. IB = (12 V - 0,6 V) / 115 kΩ = 99 µA; Diagramm ablesen: UA = UCE ≈ 6,5 V 3.6. IB = 760 µA; Diagramm ablesen: UA = UCE ≈ 1 V (Transistor ist übersteuert) 3.7. Ablesen: IC ≈ 55 mA Pverl = 1 V · 55 mA = 55 mW
3.8. R1 begrenzt den Basisstrom, falls die Kontakte AB kurzgeschlossen werden (siehe 3.6)
4.1. (I) Invertierender Addierverstärker, (II) Invertierender Verstärker, (III) Komparator mit Hysterese 4.2. ua1 = -15 V - IP·100 kΩ
4.3. ua2 = -ua1
4.4. Hystereseschleife zeichnen: ua3max = 13,5 V; ua3min -13,5 V; Umschaltpunkte bei ua2 = ±5 V 4.5. (I) E = ua1·100 lx/V + 1500 lx, (II) Wie ua1 aber mit anderem Vorzeichen,
(III) Bei t = 10 ms Sprung von -13,5 V nach +13,5 V; bei 32,5 ms wieder nach unten; bei 50 ms nach oben
WS 2009/10
1.1. R = U/I = 4,63 Ω; ρ = R·A/d = 0,463 Ωm; ρ ≈ 1/(e µn n0) → n0 ≈ 1014 cm-3; ND ≈ n0 = 1014 cm-3 1.2. Die Elektronen bewegen sich von rechts nach links.
Es handelt sich um Driftstrom (Bewegung aufgrund el. Feld im Halbleiter): µn·E = µn·U/d = vD = 6,25 m/s
1.3.
13 30 2 i 0 3 14 2
i 2 D D
0 6,18 10 cm
n p n cm 10 1,62 4n
N 2 N
n 1
μ n μ p 0,251Ωm R 2,513Ω
e ρ 1
0 p 0 n
1.4. Der Bandabstand ist der Abstand zwischen Leitungs- und Valenzband, also zwischen WC und WV. ΔW liegt zwischen WD (Störstelle!) und WC, es ist also nur wenig Energie notwendig, um die durch das Dotieren in den Halbleiter eingebrachten zusätzlichen Elektronen ins Leitungsband anzuheben (i. d. R. genügt eine Erwärmung auf Raumtemperatur).
Ein Material mit einem (sehr großen!) Bandabstand von 8,9 eV ist ein Isolator.
2.1. UZ0 = 5,0 V; rZ = ΔUZ/ΔIZ = 4 Ω
2.2. An RV fällt etwas Spannung ab, an der Diode (in Sperrrichtung) bleibt daher eine Spannung < 5 Volt übrig.
Das bedeutet, dass die Diode sperrt.
2.3. Die Diode sperrt (es fließt gar kein Strom durch die Diode). Die Diode kann daher für die Berechnung komplett ignoriert werden. Es bleibt ein einfacher Spannungsteiler aus RV und RL übrig:
UL = 4,76 V; IZ = 0 mA, PZ = 0 W
2.4. Durch die hohe Spannung am Eingang wird an der Diode (in Sperrrichtung) eine Spannung > 5 Volt abfallen.
Die Zenerdiode gelangt daher in den Durchbruchbereich.
2.5. Für die Berechnung wird die Zenerdiode, die sich im Durchbruchbereich befindet, durch das Ersatzschaltbild (Reihenschaltung aus UZ0 und rZ) ersetzt. Es folgt: UL = 5,18 V; IZ = 45,6 mA; PZ = 0,236 W.
2.6. Der Verbraucher ist parallel zur Z-Diode angeschlossen, also: UZ = 5,5 V.
Das Ersatzschaltbild sieht aus wie bei 2.5., es folgt: Uqmax = 18,275 V.
3.1. NPN-Transistor (Schaltsymbol, Kennlinien…) 3.2a. v1 = -S1·RC1, S1 = β1/rBE1, RC1 = 12,8 Ω
3.2b. Schnittpunkte mit den Achsen bei 10 V und 0,78 A
3.2c. Ablesen: IB1 = 3 mA UBE1 = 0,69 V RB1 = (UB-UBE1)/IB1 = 3103 Ω 3.3a. Ablesen: UBE2 = 0,7 V
3.3b. IR1 + 5 mA = IR2; IR1 = 0,7 V / R1; IR2 = 9,3 V / R2; R2 = 12·R1 R1 = 15 Ω, R2 = 180 Ω
3.3c. Arbeitsgrade der 2. Stufe einzeichnen (Schnittpunkte bei 10 V, 1 A) UCE2 = 4V, P2 = IC2·UCE2 = 2,4 W 4.1. I: Impedanzwandler, u2 = u1
II: Komparator (ohne Hysterese), u3 = +5 V (falls u2 < 1 V) bzw. u3 = -5 V (falls u2 > 1 V) III: Invertierender Verstärker, u4 = -u3
4.2. t1 = 1,609 s
4.3.
