Klausur
Schaltungstechnik SS 2009
24. Juli 2009
Name Matrikelnummer Studiengang
Aufgabe Thema Max. Punkte Erreichte Punkte
1 Transistor 6.0
2 Rauschen 5.5
3 OPV 6.5
4 Leitung 6.0
5 Digital 6.0
Summe 30.0
Hinweise:
• Es sind keinerlei Unterlagen oder sonstige Hilfsmittel zugelassen.
• Alle L¨ osungsbl¨ atter m¨ ussen fortlaufend numeriert und jeweils mit Name und Matrikelnummer versehen werden.
• In die Bewertung fließt sowohl das Endergebnis als auch s¨ amtliche Zwischen- und Nebenrechnungen.
• Bei der Angabe mehrerer L¨ osungen f¨ ur eine Aufgabe wird diese mit Null bewertet.
• Die erreichbaren Punkte f¨ ur die einzelnen Teilaufgaben sind in rechteckigen Klammern am Ende der
jeweiligen Teilaufgabe angegeben.
1. Aufgabe: Transistorschaltung
+U =12V b R’’ C
R’’ E U’’ a1 U’’ a2 T’
T’’
R’ C
R’ E R’ B
U’ ~ e
~
~
Gegeben ist der oben gezeichnete zweistufige Verst¨ arker mit zwei Signalausg¨ angen.
Arbeitspunkteinstellung
Die Schaltung weist folgende Arbeitspunktdaten auf:
• Beide Transistoren T 0 und T 00 haben die gleiche Stromverst¨ arkung B 0 = B 00 = 100.
• Die Kollektor-Emitter-Spannung des ersten Transistors T 0 sei 2V , w¨ ahrend die des zweiten Transistors T 00 mit 4V vorgegeben ist.
• Der Kollektorstrom des ersten Transistors T 0 betr¨ agt 1mA, w¨ ahrend T 00 einen Kollektorstrom von 10mA f¨ uhrt.
• An den Widerst¨ anden R 00 C und R 00 E soll jeweils eine Spannung von 4V abfallen.
1. Dimensionieren Sie die beiden Widerst¨ ande R 00 C und R 00 E f¨ ur den oben genannten Arbeitspunkt. [0.5P]
2. Auf welchem Potential liegt der Basis-Anschluss von T 00 ? [0.5P]
3. Dimensionieren Sie die beiden Widerst¨ ande R 0 C und R 0 E f¨ ur den oben genannten Arbeitspunkt. [0.5P]
4. Welchen Wert muss der Widerstand R 0 B haben? [0.5P]
Kleinsignal-Ersatzschaltbild
5. Zeichnen Sie das komplette π-Kleinsignal-Ersatzschaltbild eines Transistors. [0.5P]
6. Zeichnen Sie das Kleinsignal-Ersatzschaltbild der Gesamtschaltung. Dabei kann die R¨ uckwirkung im π-Ersatzschaltbild vernachl¨ assigt werden. [1.5P]
7. Wie verhalten sich die beiden Ausgangssignale U a1 00 und U a2 00 zueinander? [1.0P]
8. Haben die beiden Ausgangssignalquellen den gleichen Ausgangswiderstand? Begr¨ undung! [1.0P]
2. Aufgabe: Elektronisches Rauschen
L
R R
C
C C
S G
D
D D
S b
T U +
R i
U S
D
S G
Gegeben ist die obenstehende Schaltung mit einem MOS-FET
R i = 50Ω, R G = 1M Ω, k T = 4 × 10 −21 [W s], B = 10kHz, U R 2 = 4 k T B R, I R 2 = 4 k T B/R 1. Welche Grundschaltung liegt vor? Von welchem Typ ist der verwendete Transistor? [0.5P]
2. Welche Bauelemente rauschen, welche nicht? Geben Sie die Rauschursachen der rauschenden Bauele- mente an. [1.5P]
3. Gibt es ein Bauelement, dessen Rauschen sich nicht am Ausgang der Schaltung auswirkt? Begr¨ undung!
[0.5P]
4. Zeichnen Sie ein π-Kleinsignal-Ersatzschaltbild mitsamt dem Rauschersatz-Vierpol des FET (U RS und I RP ). Dabei sollen die Eingangsimpedanz g 1 und die R¨ uckwirkung g 2 vernachl¨ assigt werden. [1.0P]
5. Bestimmen Sie, getrennt, die Rauschspannungsquadrate von R i , R G , U RS = 200nV und I RP = 2pA
und vergleichen Sie diese bez¨ uglich ihrer Beitr¨ age zum Gesamtrauschen. [2.0P]
3. Aufgabe: Operationsverst¨ arker
U
U a
d +
−
1 R 2
R
R 1 R 2
− +
+
−
U e1
U e2
OPV 1
OPV 2
OPV 3
Gegeben ist die obige Schaltung mit drei Operationsverst¨ arkern. Dabei sind die Operationsverst¨ arker OP V 1 und OP V 2 als ideal anzunehmen, w¨ ahrend der Operationsverst¨ aker OP V 3 zun¨ achst endliche Differenz- (V d ) und Gleichtaktverst¨ arkung (V g ) aufweise, bez¨ uglich der restlichen Eigenschaften jedoch ideal sei.
1. Welche Funktion haben die beiden Operationsverst¨ arker OP V 1 und OP V 2 in der Schaltung? [1.0P]
2. Berechnen Sie die Ausgangsspannung U a in Abh¨ angigkeit der beiden Eingangsspannungen U e1 und U e2 . [4.0P]
3. Wie lautet die ¨ Ubertragungsfunktion der Schaltung wenn OP V 3 auch bez¨ uglich Differenz- und Gleich- taktverst¨ arkung als ideal betrachtet wird? [1.0P]
4. Wie wird diese Schaltung hinsichtlich ihrer Funktion genannt? [0.5P]
4. Aufgabe: Signal¨ ubertragung mittels Leitungen
i l
1
1’ 2’
2 3
3’
R = 50 Ohm l
U =2V 0 Z L Z L
4
4’
R 2
1
Richt− koppler
In die oben gezeichnete Koaxialleitung (luftgef¨ ullt!) wird zum Zeitpunkt t = 0 ein Impuls eingespeist.
1. 3.33ns sp¨ ater, wird an einem idealen Richtkoppler ein nach rechts laufender Impuls mit U h = 1V beob- achtet. Wie lang ist das Leitungsst¨ uck l 1 ? Was versteht man unter dem Begriff Leitungswellenwiderstand und wie groß ist er f¨ ur die gegebene Leitung? [1.5P]
2. Weitere 6.66ns sp¨ ater, wird ein nach links laufender Impuls mit U r = 0.5V beobachtet. Wie lang ist das Leitungsst¨ uck l 2 ? Wie groß ist der Reflexionsfaktor am Ende der Leitung und welchen Wert hat der Abschlusswiderstand R? [1.5P]
3. Zeichnen Sie das symmetrische Ersatzschaltbild eines sehr kurzen Leitungsst¨ uckes der L¨ ange dz . [0.5P]
4. Erg¨ anzen Sie dieses Ersatzschaltbild so, dass es den unten detailliert gezeichneten Koppler beschreibt.
[1.0P]
