Bearbeitet durch:
Niederberger Hans-Rudolf dipl. Elektroingenieur FH/HTL/STV dipl. Betriebsingenieur HTL/NDS Vordergut 1
8772 Nidfurn
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Web www.ibn.ch
4. Auflage 12. Juli 2011
1
2
3
Bild 14.6.1
John Bardeen
US-amerikanischer Physiker
*23. 5. 1908 Madison, Wis.
†30. 1. 1991 Boston
Nobelpreisträger für Physik: 1956 zusammen mit W. Shockley und
H. Brattain für Arbeiten über Transistoren;
1972 zusammen mit L. N. Cooper und J. R. Schrieffer
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
Repetitionen
Kapitel 17
ELEKTRONIK
DIGITALTECHNIK
PROGRAMMIEREN
1
Transistor in Emitterschaltung
Am Arbeitswiderstand
R=2,2kΩeines Transistors liegt eine Spannung von
V , UR=96
.
Berechnen Sie den Emitterstrom des Transistors.
mA
36
,
4
2 Transistor als Schalter mit Lichtsensor
Das Relais K1 soll bei einem Lichteinfall von ca. 500 lux aktiviert werden.
Alle Widerstände sind zu dimensionieren, dass das Relais K1 im richtigen Moment anzieht ( R 1 = 0 , 2 k Ω , U = 5 V ).
[Lux] E R
[k ] Ω
1000
100
10
1
100 1000 10
0,1 1 0,1
[ A]µ
200
I
B250
Eingangskennlinie für U =5VCE
Fr. 3.55
Foto- Widerstand
Fr. 15.50
Relais K1 5V, 125Ω, 40mA
Kontakt 250VAC
10A
Fr. 1.50
Transistor T1 BC548B
TG
17.1 101
Frage
Aus welchen zwei Teilen besteht eine Halb- leiterdiode?
TG
17.1 102
Frage
Wie bezeichnet man die ladungsfreie Zone, die in einem pn-Übergang entsteht?
TG
17.1 103
Frage
Wie bezeichnet man den Spannungsunter- schied, welche zwischen der n-Schicht und p- Schicht vorhanden ist?
TG
17.1 104
Frage
Welches sind die Ladungsträger in a) der p-Schicht?
b) der n-Schicht?
TG
17.1 105
Frage
Warum entsteht im Halbleitermaterial a) eine p-Schicht?
b) eine n-Schicht?
TG
17.1 106
Frage
Wie muss eine Halbleiterdiode gepolt sein, da- mit sie den Strom sperrt?
TG
17.1 107
Frage
Nennen Sie zwei Halbleiterwerkstoffe, die für die Dioden verwendet werden?
TG
17.1 108
Frage
Wie erreicht man einen n-leitenden Germani-
um-Kristall?
TG
17.1 109
Frage
Bei der Herstellung von Dioden entsteht eine Grenzschicht zwischen p- und n-leitendem Ma- terial. Welche der Behauptungen a) bis d) sind richtig?
a) Die Bildung der Grenzschicht geschieht durch Abwanderung von Ladungsträgern in andere Bereiche.
b) Je weniger Ladungsträger abwandern, um so dünner wird die Grenzschicht.
c) In der Grenzschicht entsteht eine Spannung durch Raumladung.
d) Die Diffusionsspannung beträgt bei Germanium-Dioden ca. 0,7 Volt
TG
17.1 110
Frage
Das Verhalten einer Diode ist von der Polarität der aussen angelegten Spannung abhängig.
Welche der Aussagen von a) bis d) sind falsch zugeordnet?
a) Plus-Potential an p = Durchlassrichtung.
b) Minus-Potential an n = Sperr-Richtung.
c) Äussere Spannung gegen die Diffusions- spannung U
Dgerichtet = Rückwätsrichtung.
d) Äussere Spannung kleiner als 0,7 Volt = hoher Widerstand der Siliziumdiode in bei- den Richtungen.
TG
17.1 111
Frage
Gleichrichter-Dioden werden immer so verwen- det, dass die Ventilwirkung der Dioden ausge- nutzt wird. Welche der Aussagen von a) bis d) sind richtig?
a) Bei der Einpuls-Mittelpunkt-Schaltung wird nur eine Halbwelle der Wechselspannung am Verbraucher wirksam.
b) Bei der Zweipuls-Mittelpunkt-Schaltung wird ein kleinerer Transformator als bei der Ein- puls-Schaltung benötigt.
c) Die Welligkeit der pulsierenden Gleichspannung ist bei der Einpuls- schaltung geringer als bei der Zwei- puls-Schaltung.
d) Der Mittelwert der Gleichspannung ist bei der Einpuls-Schaltung um mehr als 50% kleiner als der Effektivwert der Wechselspannung.
TG
17.1 112
Frage
Die effektivste Form der Gleichrichtung mit Dioden ist die Brücken-Gleichrichter-Schaltung.
Welche Aussagen sind richtig?
a) Der Transformator benötigt nur eine Sekun- därwicklung.
b) Zur Gleichrichtung werden vier Dioden benö- tigt.
c) Alle vier Dioden sind gleichzeitig leitend.
d) Es sind jeweils zwei Dioden in Sperr-
Richtung und zwei Dioden in Durchlass-
Richtung geschaltet.
TG
17.1 113
Frage
Bei einfachen diskreten Schaltungen im Kraft- fahrzeugbau können normale Halbleiter-Dioden verschiedene Aufgaben erfüllen. Welche Aus- sagen sind richtig?
a) Sie werden zur Strombegrenzung in Gleich- strom-Kreisen verwendet.
b) Sie werden zur Gleichspannungserzeugung verwendet.
c) Sie können helfen, das Auftreten von Span- nungsspitzen einzugrenzen.
d) Sie können Schaltvorgänge in Gleichstrom- kreisen steuern.
TG
17.1 114
Frage
Beschreiben Sie den Aufbau des Transistors!
TG
17.1 115
Frage
Schalten Sie den npn-Transistor funktionsrich- tig!
N
N P
TG
17.1 116
Frage
Zeichnen Sie den Aufbau eines Thyristors (mit
Grenzbereichen)!
TG
17.1 117
Frage
Nennen Sie die zwei Arten von pipolaren Tran- sistoren bezüglich ihres Schichtaufbaus und zeichnen Sie deren Symbole!
TG
17.1 118
Frage
Welche Halbleiterwerkstoffe werden für Tran- sistoren verwendet?
TG
17.1 119
Frage
Nennen Sie zwei typische Anwendungen für Transistoren!
TG
17.1 120
Frage
Nennen Sie zwei typische Anwendungen für
Thyristoren!
TG
17.1 121
Frage
Wie heissen die drei Anschlüsse am gezeichne- ten Transistor?
TG
17.1 122
Frage
Ein Relais ist über einen Schalttransistor ange- schlossen.
a) An welchen Pol wird die Basis angeschlos- sen, um das Relais zu schalten?
b) Welche Aufgabe besitzt die gezeichnete Diode?
TG
17.1 123
Frage
Zwischen welchen Anschlüssen wird der Tran- sistor gesteuert?
TG
17.1 124
Frage
Was versteht man unter der „Stromverstärkung“
eines leitenden Transistors?
TG
17.1 125
Frage
Wie sind die Betriebsspannungen bei leitenden a) PNP-Transistoren gepolt?
b) NPN-Transistoren gepolt?
TG
17.1 126
Frage
Was versteht man unter einem „Thyristor“ im Vergleich zu einer Gleichrichter-Diode?
TG
17.1 127
Frage
Wie werden die Anschlüsse eines Thyristors bezeichnet? Zeichnen Sie die Symbole mit den Kurzzeichen!
TG
17.1 128
Frage
Wie verhält sich ein Thyristor, der an Spannung
liegt und dessen Steuerelektrode spannungslos
ist?
TG
17.1 129
Frage
Womit wird der Thyristor gesteuert?
TG
17.1 130
Frage
Wie kann ein leitender Thyristor wieder in den Sperrzustand gebracht werden?
TG
17.1 131
Frage
Warum muss der Thyristor bei Wechselstrom- betrieb nach jeder Halbwelle neu gezündet wer- den?
TG
17.1 132
Frage
Wie verhält sich ein gezündeter Thyristor in
einem Gleichstromkreis?
TG
17.1 133
Frage
Was ist ein Triac?
TG
17.1 134
Frage
Welches Symbol stellt ein Diac dar?
TG
17.1 135
Frage
In welchen Grenzen ändert sich die Aus- gangsspannung U
Q, wenn die Eingangs- spannung von U
1=- 12V auf U
1=+12V geht? Die Durchlass- spannung der Dioden wird mit U
F=0,7V angenommen.
TG
17.1 136
Frage
Welchen Wert hat das Potential gegen 0V
a) im Punkt A, wenn derSchalter S auf Stel- lung 1 steht?
b) im Punkt A, wenn der Schalter S auf Stel- lung 2 steht?
c) im Punkt B, wenn der Schalter S auf Stel- lung 2 steht?
d) Wie gross ist der Spannungsabfall am Widerstand R bei der Schalterstellung 2?
Alle Dioden (Silizium) mit UF=0,7V Durchlassspan- nung angenommen.
TG
17.1 137
Frage
Welchen Wert haben die Spannungen U
Qan der Last, der Laststrom I
Lund die Ströme I
1und I
2in den beiden Spannungsquellen bei
R
L=100Ω
a) bei geschlosse- nem Schalter S?
b) bei offenem Schalter S?
(der Innenwiderstand der Batterie ist vernachlässig- bar)
V1 und V2 sind Silizium- Gleichrichterdioden, de- ren Durchlassspannung mit UF=0,8V angenom- men wird.
TG
17.1 138
Frage
Welche Leiter- bzw- Widerstandsarten unter- scheidet man?
TG
17.1 139
Frage
Zählen Sie die drei bekanntesten Halbleiter- werkstoffe auf.
TG
17.1 140
Frage
Wie hängt die Leitfähigkeit reiner Halbleiter von
der Temperatur ab?
TG
17.1 141
Frage
Wie heissen die Elektronen, die für das elektri- sche und chemische Verhalten verantwortlich sind und wo befinden sie sich?
TG
17.1 142
Frage
Wie erklärt man sich, dass reine Halbleiter bei ganz tiefen Temperaturen nicht leiten?
TG
17.1 143
Frage
Wie erklärt man sich, dass reine Halbleiter bei Temperaturzunahme leitend werden?
TG
17.1 144
Frage
Wie ist das Kristallgitter von reinem Silizium
aufgebaut?
TG
17.1 145
Frage
Wie setzt sich die Leitfähigkeit von Halbleitern zusammen?
TG
17.1 146
Frage
Welche Ladungsträger kennt man bei Halblei- tern? In welcher Richtung bewegen sie sich?
TG
17.1 147
Frage
Was versteht man unter „DOTIEREN“?
TG
17.1 148
Frage
Man unterscheidet zwei Dotierungsarten. Nenne
und erkläre Sie.
TG
17.1 149
Frage
Erkläre eine Diode anhand der Schichten a) beim Strom sperren.
b) beim Strom durchlassen.
TG
17.1 150
Frage
Warum muss zu jeder Diode eine Strom- begrenzung in Serie geschalten sein?
TG
17.1 151
Frage
Was versteht man unter den Begriffen:
a) Schleusenspannung?
b) Durchbruchspannung?
c) Schwellwert?
TG
17.1 152
Frage
a) Zeichne die Schaltung eines Einweggleich- richters und das Liniendiagramm des dazu- gehörenden Laststromes.
b) Um welche Stromart handelt es sich beim Laststrom?
c) Welchen Nachteil hat der Einweggleichrich- ter?
U
I
TG
17.1 153
Frage
a) Skizziere die Schal- tung eines Doppel- weggleichrichters.
Geben Sie die Strom- pfade für beide Halb- wellen mit unter- schiedlichen Farben an.
Bild:
- + U1
I
-
+ -
+
- +
+ - -
U2
b) Wie nennt man diese Gleichrichterschaltung auch noch?
c) Zeichne das Liniendiagramm des Laststromes.
TG
17.1 154
Frage
Wie kann pulsierender Gleichstrom geglättet werden?
TG
17.1 155
Frage
Wozu werden Z-Dioden verwendet? (2 aufzäh- len, 1 davon erklären)
TG
17.1 156
Frage
Zeichnen Sie das Symbol der Leuchtdiode.
TG
17.1 157
Frage
Welche Elektrode leuchtet bei einer an Gleich- spannung angeschlossenen Glimmlampe?
TG
17.1 158
Frage
a) Zeichne das Symbol eines Diacs.
b) Wo wird er angewendet?
TG
17.1 159
Frage
Bezeichnen Sie die nachfolgenden Transisto- ren!
a) b) c)
TG
17.1 160
Frage
Erklären Sie die Funktion des NPN-Transistors anhand der Schichten.
p p
E C
B
+ _ + _
G1 G2
IE IC
IB
UEB UBC
n
TG
17.1 161
Frage
Unter welchen Bedingungen leitet ein PNP- Transistor (Zeichnen Sie das Symbol und die Polaritäten ein)?
TG
17.1 162
Frage
Skizzieren Sie eine einfache Verstärkerschal- tung (Emitterschaltung).
TG
17.1 163
Frage
Wodurch unterscheidet sich ein Thyristor von einem Transistor?
TG
17.1 164
Frage
Welche Thyristoren unterscheidet man? Zeich-
ne die Symbole für Thyristoren und benennen
Sie die Anschlüsse.
TG
17.1 165
Frage
Unter welchen Bedingungen leitet der Thyristor?
TG
17.1 166
Frage
Aus welchen Elementen ist ein Triac zusam- mengesetzt? Zeichne das Symbol des Triacs.
TG
17.1 167
Frage
Aus welchen Elementen ist ein Ditriac zusam- mengesetzt ? Zeichne das Symbol.
TG
17.1 168
Frage
Wo werden Triac's und Ditriac's angewendet?
TG
17.1 169
Frage
Erlären Sie den Dämmerungsschalter bei vor- gegebener Schaltung.
RF
RV
C1
TG
17.1 170
Frage
Erklären Sie den Lichtregler bei vorgegebener Schaltung.
C1 RV
RPOTI
F CS L
S1
Mit dem Drehknopf werden das Potentiometer RPOTI eingestellt und der Schalter Sch3 betätigt.
Die Drossel L und der Kondensator CS sind Störschutzelemente.
RV schützt den Ditriac vom Steueranschluss her, wenn RPOTI über- brückt ist. Die Feinsi- cherung F schützt den Lichtregler vor Über- last.
TG
17.1 171
Frage
Zeichnen Sie das Symbol der Photodiode.
TG
17.1 172
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 173
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 174
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 175
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 176
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 177
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 178
Frage
Beschreiben Sie die dargestellten Elemente.
TG
17.1 179
Frage
Beschreiben Sie das dargestellte Element.
TG
17.1 180
Frage
Beschreiben Sie das dargestellte Element.
TG
17.1 181
Frage
Beschreiben Sie das dargestellte Element.
Bild 14.2.1
TG
17.1 182
Frage
Beschreiben Sie die dargestellte Relaisschal- tung.
TG
17.1 183
Frage
Beschreiben Sie die dargestellte Relaisschal- tung.
TG
17.1 184
Frage
Beschreiben Sie die dargestellte Relaisschal-
tung.
TG
17.1 185
Frage
Für die folgende Schaltung ist die Ausgangs- spannung Ua bei einer Eingangsspannung von Ue=+5V anzugeben.
TG
17.1 186
Frage
Für die folgende Schaltung ist die Ausgangs- spannung Ua bei einer Eingangsspannung von Ue=+5V anzugeben.
TG
17.1 187
Frage
Für die folgende Schaltung ist die Ausgangs- spannung Ua bei einer Eingangsspannung von Ue=+5V anzugeben.
TG
17.1 188
Frage
In der Schaltung mit Z-Diode sind folgende Werte zu bestimmen:
a) Die Verlustleistung der Z-Diode.
TG
17.1 189
Frage
Berechnen Sie den höchstzulässigen Effektiv- wert der Transformatorenspannung (sekundär), mit dem die Gleichrichterschaltung betrieben werden darf.
TG
17.1 190
Frage
In welcher Diodenschaltung kann Strom flies- sen?
TG
17.1 191
Frage
Leuchtdiodenschaltung: Wie gross muss der Vorwiderstand Rv mindestens sein?
TG
17.1 192
Frage
Wo befindet sich der Katodenanschluss beim
Diodenanschluss?
TG
17.1 193
Frage
Es handelt sich bei L1 und L2 um gleiche Lämpchnn. Was kann betreffend Helligkeit der Lämpchen festgestellt werden?
TG
17.1 194
Frage
Welcher Wert hat die Ausgangsspannung Ua a) bei offenem Schalter S
b) bei geschlossenem Schalter S
Die Durchlassspannung Uf der Diode beträgt 0,7V.
TG
17.1 195
Frage
Bestimmen Sie mit Hilfe der Kennlinie a) die Durchlassspannung.
b) die Sperrspannung.
TG
17.1 196
Frage
Warum muss ein Thyristor im Wechselspan-
nungbetrieb während jeder Periode neu gezün-
det werden?
TG
17.1 197
Frage
Wozu dient die Diode in der gegebenen Schal- tung?
Was würde geschehen, wenn die Diode ge- mäss Schema falsch angeschlossen wird?
TG
17.1 198
Frage
Was passiert, wenn a) S1
b) S2 c) S3
einzeln eingeschaltet wird?
TG
17.1 199
Frage
Was wird bei der Leuchtdiode LED festgestellt, wenn die Taster T1 und T2 nacheinander ab- wechslungsweise betätigt werden?
TG
17.1 200
Frage
Welche Schaltung wird angewendet, wenn ein
Gleichstromschütz an Wechselspannung ange-
schlossen werden soll?
TG
17.1 201
Frage
Relaisschaltung:
a) Handelt es sich um Anzugs- oder Abfallverzöge- rung?
b) Erkläre die Funk- tion!
c) Was ändert sich bei der Relais- schaltung, wenn die Diode ausge- baut wird?
TG
17.1 202
Frage
Was wird bei der Leuchtdiode LED festgestellt a) wenn S1
b) wenn S2
c) wenn S3 einzeln geschaltet werden?
TG
17.1 203
Frage
Was wird bei der Leuchtdiode LED festgestellt a) wenn S1
b) wenn S2
c) wenn S3 einzeln geschaltet werden?
TG
17.1 204
Frage
Relaisschaltung:
a) Handelt es sich
um Anzugs- oder
TG
17.1 205
Frage
Erkläre die Funktion der Schaltung.
TG
17.1 206
Frage
a) Handelt es sich bei der Gleichrichterschal- tung um eine Einweggleichrichter oder um einen Zweiweggleichrichter?
b) Zeigen Sie den Strompfad für die positive und negative Halbwelle.
c) Wozu dient der Kondensator C1?
TG
17.1 207
Frage
a) Wie wird das Bauteil 1 bezeichnet?
(Vergrösserte Darstellung des Schamas siehe Beila- ge 2)
b) Welche Aufgabe hat das Bauteil 1?
c) Zeichnen Sie die Diodenschaltung für dieses Bauteil 1 auf.
TG
17.1 208
Frage
Ergänzen Sie das Schema, damit der Transistor den Lampenstrom einschaltet.
Bild 14.3.1
TG
17.1 209
Frage
a) Was wird erreicht, wenn der Widerstands- wert R2 des Potentiometers verändert wird?
b) Auf welcher Stellung brennt die Lampe H1 am hellsten?
TG
17.1 210
Frage
Die Bauteile und Ströme im Schema Beilage 1 sind näher zu beschreiben!
TG
17.1 211
Frage
a) Um welche elektronischen Bauteile handelt es sich bei V1 und V2?
b) Wozu dient diese Schaltung?
c) Was wird mit dem Widerstand R2 einge- stellt?
d) Welche Aufgabe haben L und C1?
TG
17.1 212
Frage
Um welche elektronischen Bauteile handelt es
sich bei V2, V6, V1, V5?
TG
17.1 213
Frage
Was für Gleichrichterschaltungen gibt es?
TG
17.1 214
Frage
Warum weist ein Gleichrichter fast immer einen Transformator auf?
TG
17.1 215
Frage
Warum Phasenanschnitt
1)oder Phasenab- schnitt?
Phasen- anschnitt1) Vereinfacht
TG
17.1 216
Frage
Für elektronische Trafos Phasenanschnitt
1)oder Phasenabschnitt?
Elektronischer Trafo
TG
17.1 217
Frage
Welche Ziffern werden durch die 7-Segment- Anzeige angezeigt, wenn die Taste S
Abzw. S
Bgedrückt wird?
SA SB
A 5 3
B 6 3
C 2 6
D 3 6
a b
c d e f
g
Siebensegment- Anzeige
a b c d e f g
TG
17.1 218
Frage
Welche Aussage zum arithmetischen Mittelwert der Gleichspannung U
mfür beide Schaltungen ist richtig? U
mist bei:
A beiden Schaltungen gleichen gross B Schaltung U
1grösser
C Schaltung U
2grösser
D Lastabhängigkeit bei U
2grösser
R=1kWL
230V 18V R=1kWL
230V 9V9V
TG
17.1 219
Frage
Wie heiβt die abgebildete Gleichrichter- schaltung (Richtige Nummern zuordnen)?
RL
R2 R1 U1M
M 1
2 U2M
UL
N L1
U1N
1 Halbbrücke
2 Zweiweggleichrichter 3 Einweggleichrichter 4 Grätzschaltung 5 Einweggleichrichter 6 Gegentaktschaltung
TG
17.1 220
Frage
Wie heiβt die abgebildete Gleichrichter-
schaltung (Richtige Nummern zuordnen)?
TG
17.1 221
Frage
Ordnen Sie die richtige bezeichnung der Gleich- richterschaltung den zwei Schaltungen zu!
1 Gegentaktschaltung 2 Zweiweggleichrichter 3 Einweggleichrichter 4 Grätzschaltung
R=1kWL
230V 18V R=1kWL
230V 9V9V
TG
17.1 222
Frage
Wie heiβt die abgebildete Gleichrichter- schaltung (Richtige Nummern zuordnen)?
UAN
L L1
L2
L3
N U1 U2
U3
R3
R2
R1
RL
IL
UL
A d
1 Halbbrücke
2 Zweiweggleichrichter 3 Einweggleichrichter 4 Grätzschaltung 5 Einweggleichrichter 6 Gegentaktschaltung 7 Dreiweggleichrichter 8 Zwölfpulsschaltung
9 Drehstrom-Einweggleichrichter
TG
17.1 223
Frage
Wie heiβt die abgebildete Gleichrichter- schaltung (Richtige Nummern zuordnen)?
1 Halbbrücke
2 Zweiweggleichrichter 3 Einweggleichrichter 4 Grätzschaltung 5 Einweggleichrichter 6 Gegentaktschaltung 7 Dreiweggleichrichter 8 Zwölfpulsschaltung
9 Drehstrom-Einweggleichrichter
TG
17.1 224
Frage
Wie heiβt die abgebildete Gleichrichter- schaltung (Richtige Nummern ankreuzen)?
RL U
L
e
1 Halbbrücke
2 Zweiweggleichrichter 3 Einweggleichrichter 4 Grätzschaltung 5 Einweggleichrichter 6 Gegentaktschaltung 7 Dreiweggleichrichter 8 Zwölfpulsschaltung
9 Drehstrom-Einweggleichrichter
Beilage 1
17.1 110
Nachfolgende Bauteile und Ströme im Schema Beilage 1 sind näher zu beschreiben:
a) Um welche Transistortypen handelt es sich bei V4, V5, V6, V7?
b) Welche Aufgabe haben die vier Transistoren (V4, V5, V6, V7)?
c) Welche der Transistoren V4, V5, V6 und V7 sind leitend, wenn bei a1 der Pluspol und bei b1 der Mi- nuspol angeschlossen wird?
d) Zeigen Sie den Pfad für den Speisegleichstrom zur Telefonstation (a1+/b1-)
e) Zeigen Sie den Strompfad für den Ladestrom des Speisekondensators C5.
f) Welche Aufgabe hat der Transistor V3?
Beilage 2
17.1 107
