Hochschule Kempten      
Fakultät Elektrotechnik      
Elektronik 3       Fachgebiet Elektronik, Prof. Vollrath      

Elektronik 3

26 Testklausur

Prof. Dr. Jörg Vollrath


24 Übung 3


Video der 25. Vorlesung 19.1.2022


Länge:
0:0:0 Klausur

0:4:15 Linearregler

0:5:40 Linearregler

0:9:9 Verstärkerschaltung

0:12:19 Gegeben: Vin, Nbit

0:15:8 LSBrel, LSB abs

0:15:45 Anzahl Stellen

0:17:44 Spannungsteiler

0:21:2 fCL

0:22:4 Bandbreite

0:22:46 Frequenzgang

0:25:26 R3, C1

0:26:41 5.Bandbreite

0:32:51 Störsignal

0:36:1 f3dB

0:37:13 DC Fehler

0:38:48 IB

0:39:21 Stromquelle

0:44:6 IB(75)

0:47:12 Vout

0:47:51 Widerstandsfehler

0:54:51 gmax=36.7 gmin=35.3

0:57:31 Delta Code

0:57:46 Rauschen

0:59:26 Bandbreitendiskussion

1:1:51 Widerstandsrauschen

1:6:21 UR1rms = 4.78uV

1:9:36 Temperatur C in K

Video der 26. Vorlesung 19.1.2022


Länge:
0:0:0 R2 Effektivwert der Rauschspannung

0:2:36 2. enop

0:4:6 3. inop

0:5:14 Gesamteffektivwert

0:9:40 Buck Konverter

0:13:6 DAC und Operationsverstärker

0:16:21 Anzahl Stellen LSB

0:20:10 SNR

0:22:1 Dimensionierung R4, R2

0:29:31 Bandbreite

0:31:51 C1

0:33:1 6. VoffsetOp

0:36:26 Voffset < LSBabs/5

0:40:8 7. f = 2MHz

0:44:31 PFET Gleichung mit Absolutbeträgen

0:48:1 PFET im Spannungsregler

0:51:26 Digitaltechnik Transistorschaltung

0:55:41 Zustandsmaschine

0:58:1 Zustandstabelle

0:59:21 Zustandsdiagramm

1:3:21 Sum of products

1:7:31 Feedback

Halbleiter und Raumladungszone


Ein Halbleiter ist entsprechend dem Bild mit 3 · 1018 cm-3 Bor und 1 · 1017 cm-3 Phosphor dotiert.

1.1. Zeichnen Sie das elektrische Schaltbild der Diode und markieren Sie die n- und p-dotierten Gebiete.
1.2. Wie groß ist die Elektronen- und Löcherdichte bei Störstellenerschöpfung in den dotierten Gebieten (ni=1.5 · 1010 cm-3)?
1.3. Wie groß ist der elektrische Widerstand des 3 µm langen n Gebietes. Der Querschnitt beträgt A = 2 µm2.
1.4. Berechnen Sie die Sperrschichtweite bei einer Sperrspannung von 0.5 V.
μn= 800 cm2V-1s-1, μp= 80 cm2V-1s-1, εH = εSi · ε0 = 11.8 · 8.85 · 10-14 Fcm-1, e = 1.6 · 10-19 C; kT/e = 0.025 V; ni = 1.5 · 1010cm-3
(UD = 0.87 V, ds = 0.136 µm )


Ladungsträgerdichte, Widerstand Diffusionsspannung und Sperrschichtdicke Raumladungszone, WS2013 Aufgabe 1
Gegeben: Halbleiter

Gesucht:
  • Ladungsträgerkonzentration
  • Widerstand
  • Raumladungszonengröße

Variation:
Man möchte einen Widerstand realisieren.
Welche Geometrie (Länge, Breite, Tiefe) muss der bei gegebener Dotierung haben?
Welche Dotierung ist bei gegebener Geometrie nötig?

Eine Raumladungszone darf eine gewisse Länge nicht überschreiten (Durchbruch). Bei welcher Spannung ist diese Länge erreicht?
Welche Dotierung ist notwendig, dass bei einer Sperrspannung diese Länge nicht überschritten wird.

Datenwandler und Operationsverstärker


Gegeben: Ein 14-Bit DAC mit einer Referenzspannung von 5 V soll eine Sinusspannung von +-10 V bis zu einer maximalen Frequenz von 20kHz (Bandbreite) erzeugen. Die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers ist Vp = +12V und Vm = -12V.

  1. Geben sie das relative und absolute LSB des DAC an.
  2. Wie groß ist das absolute LSB bei einer Ausgangsspannung von +- 10V.
  3. Welches SNR hat dieser DAC?
  4. R1 = 10kΩ und R3 = 100kΩ Bestimmen Sie R2 und R4 so, dass die gewünschte Ausgangsamplitude von 10V erreicht wird.
  5. Bestimmen Sie C1 für die gewünschte Bandbreite.
  6. Wie groß darf die Eingangsoffsetspannung des Operationsverstärkers sein, ohne das Ausgangssignal zu stören?
  7. Wie groß dürfen Störsignale am Eingang des Operationsverstärkers bei 2 MHz sein ohne das Ausgangssignal zu stören?


Rauschen



Der Strom einer Stromquelle wird mit einem Operationsverstärker in eine Ausgangsspannung bei einer Temperatur von T = 60°C verstärkt.
Die Stromquelle hat einen Innenwiderstand von R2 = 400 kΩ. Der Operationsverstärker hat eine Eingangsstromrauschen von \( i_{eop} = 3 \frac{pA}{\sqrt{Hz}} \). Die Bandbreite des Operationsverstärkers betägt 1 MHz.
R1 = 1 MΩ
(k = 1.38 · 10-23 J/K)

Bestimmen sie die Ausgangsspannung bei einem Photostrom I1 = 20 nA.
Berechnen Sie den Beitrag der einzelnen Rauschquellen am Ausgang.
Wie groß ist die äquivalente Ausgangsrauschspannungsquelle?
Welchen peak to peak Wert der Ausgangsrauschspannung erwarten Sie?
Wie groß ist die äquivalente Eingangsrauschspannungsquelle?

Gegeben: Eine Operationsverstärkerschaltung ist gegeben.
  • Invertierend, nicht invertierend
  • Beschaltet mit R,C
  • Eingangsrauschspannung, Eingangsrauschstrom, Widerstandsrauschen

Gesucht:
  • Bandbreite
  • Einzelne Beiträge zur Ausgangsrauschspanung
  • Gesamtrauschspannung

Digitaltechnik, Transistorschaltung


Gegeben ist folgende digitale Transistorschaltung erstellen Sie die Wahrheitstabelle. Zeichnen Sie das Zeitverhalten von V(Y) in das Diagramm ein.



AOI Schaltung
Gegeben: Eine digitale CMOS Schaltung
  • Zeitabhängige Eingangssignale
  • Verzögerungszeit

Gesucht:
  • Wahrheitstabelle
  • Zeitverhalten

Digitaltechnik, Zustandsmaschine


Bestimmen Sie die logischen Gleichungen:

Q0n+1=
Q1n+1=

Erstellen Sie die Zustandstabelle

Zeichnen Sie das Zustandsdiagramm.



  • Schaltplan
  • Zustandstabelle

Gesucht:
  • Zustandstabelle
  • Zustandsdiagramm
  • Verdrahtung
Entweder ein Schaltplan ist gegeben oder eine Zustandstabelle

Spannungsversorgung


Es soll ein Buckkonverter entworfen werden der eine Eingangsspannung von Vin = 12 V auf Vout = 9 V regelt. Die Last benötigt einen Strom von 300 mA. Der Spulenminimalstrom soll mindestens halb so gross sein wie der Laststrom. Der Schaltregler wird mit einer Frequenz von 250 kHz betrieben. Die Ausgangsspannung soll eine maximale Welligkeit von 100mV haben.


1. Bestimmen Sie den Dutycycle für einen CCM Betrieb.
2. Bestimmen Sie die Induktivität für den CCM Betrieb.
3. Dimensionieren Sie die Kapazität C2 für die Welligkeit
4. Wie gross ist der mittlere Eingangsstrom?
5. Skizzieren Sie den Stromverlauf durch die Spule I(L1) und den Widerstand I(RL)?


Gegeben:
  • Längsregler, Schaltregler
  • Vin, Vout, Iout
Gesucht:
  • Wirkungsgrad η = Pout / Pin
  • Leistung am Transistor
  • Line Regulation LiR =dVout/dVin, LoR=dVout/dIout
  • Welligkeit

Zusammenfassung



Viel Erfolg!