Bauelemente
Navigationshilfe
Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsentation. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.
Navigation
Zwischen den Folien und Abschnitten kann man mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu kann man auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.
- Pfeil runter und hoch: Nächste / Vorherige Folie
- Pfeil rechts und links: Nächster / Vorheriger Abschnitt
- Leertaste oder „n“: Der Reihe nach alle Elemente in Folien aufdecken oder zur nächsten Folie blättern
- Shift-Leertaste oder „p“: Der Reihe nach Elemente rückwärts zudecken oder zur vorherigen Folie blättern
Weitere Funktionen
Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:
- F1
- Help / Hilfe
- o
- Overview / Übersicht aller Folien
- s
- Speaker View / Referentenansicht
- f
- Full Screen / Vollbildmodus
- b
- Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
- Alt-Click
- In die Folie hin- oder herauszoomen
Übersicht
Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.
Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des jeweiligen Kapitels. Das hilft sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefühlt hat sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.
Durch Anklicken einer Folie wird diese präsentiert.
Referentenansicht
Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.
Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.
Die Referentenansicht bietet folgende Elemente:
- Links sieht man die aktuelle Folie
- Rechts oben sieht man die nächste Folie
- Rechts in der Mitte Hilfsmittel zur Zeiteinteilung
- Rechts unten, die „Notizen für den Vortragenden“
- Unten die Pfeile zur Navigation
Praxistipps zur Referentenansicht
- Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
- Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
- Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
- Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.
Vollbild
Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man diesen wieder verlassen.
Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.
Ausblenden
Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.
Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:
- Durch klicken in das Fenster.
- Durch nochmaliges Drücken von „b“.
- Durch klicken der Schaltfläche „Resume presentation:
Zoom
Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.
Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit dem Präsenationsansicht gesynct.
Phase
Sinusförmige Wechselspannung
- Erzeugung durch drehende Spule in einem Magnetfeld
- Für eine Umdrehung wird eine bestimmte Zeit benötigt
- Zu jedem Zeitpunkt steht die Spule in einem bestimmten Winkel → Phasenwinkel
A: $\dfrac{3π}{2};
B: $3π;
C: $\dfrac{π}{3};
D: $\dfrac{3π}{4};
Phasenverschiebung
- Schaltungen mit Kondensatoren, Spulen und Widerständen
- Phasenverschiebung zwischen anliegender sinusförmiger Wechselspannung und fließendem sinusförmigen Wechselstrom
A:
B:
C:
D:
Kondensator II
- Phasenverschiebung von
90° - Strom eilt der Spannung voraus
A: Die Spannung eilt dem Strom um
B: Die Spannung eilt dem Strom um
C: Der Strom eilt der Spannung um
D: Der Strom eilt der Spannung um
Wirkleistung
- Die grüne Leistungskurve ist das Produkt von Strom und Spannung
- Die Leistung schwankt symmetrisch um die Nulllinie und gleicht sich aus
- Blindleistung an einem Blindwiderstand
A: Näherungsweise
B:
C:
D:
- Wirkleistung wird nur in einem ohmschen Widerstand umgesetzt (Strom und Spannung in Phase)
- Blindwiderstand nimmt keine Wirkenergie auf
- Wird deshalb nicht warm
- Ein warmer Kondensator bei Hochfrequenz hat einen ohmschen Anteil und sollte ersetzt werden
A: Der Wirkwiderstand
B: Der NTC-Widerstand
C: Der Metalloxidwiderstand
D: Der Blindwiderstand
Kapazitiver Blindwiderstand $X_{\textrm{C}}$
Kondensator wird an Wechselspannung angeschlossen ständig geladen und entladen → Wechselstromwiderstand / kapazitiver Blindwiderstand
- Wenn die Frequenz der Wechselspannung an einem Kondensator erhöht wird, dann fließt mehr Strom; dies bedeutet, der kapazitive Blindwiderstand ist kleiner geworden.
- Wenn die Kapazität des Kondensators erhöht wird, dann steigt auch der Strom, d.h. der Blindwiderstand wird auch kleiner.
$X_{\textrm{C}} = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}$
A: negativ und abhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.
B: positiv und unabhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.
C: positiv und abhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.
D: negativ und unabhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $C = 10pF$
- gegeben: $f = 100MHz$
- gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100MHz \cdot 10pF}\\ &\approx 159\Omega \end{split}\end{equation}$$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $C = 50pF$
- gegeben: $f = 145MHz$
- gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 145MHz \cdot 50pF}\\ &\approx 22\Omega \end{split}\end{equation}$$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $C = 100pF$
- gegeben: $f = 100MHz$
- gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100MHz \cdot 100pF}\\ &\approx 15,9\Omega \end{split}\end{equation}$$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $C = 100pF$
- gegeben: $f = 435MHz$
- gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 435MHz \cdot 100pF}\\ &\approx 3,7\Omega \end{split}\end{equation}$$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $U = 16V$
- gegeben: $I = 32mA$
- gegeben: $f = 50Hz$
- gesucht: $C$
$X_{\textrm{C}} = \frac{U}{I} = \frac{16V}{32mA} = 500\Omega$
$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} \\ \nonumber \Rightarrow C &= \frac{1}{\omega \cdot X_{\textrm{C}}} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot X_{\textrm{C}}}\\ \nonumber &= \frac{1}{2\pi \cdot 50Hz \cdot 500\Omega}\\ \nonumber &\approx 6,37\mu F\end{align}\end{equation}$$
Kondensatorverluste
- Verlustfaktor
$\tan(\delta) = \frac{R}{X_C}$ - Verluste in Dielektrikum und Zuleitung
A: Ja, infolge des Blindwiderstands
B: Nein, bei Wechselstrom treten keine Verluste auf.
C: Ja, infolge von Verlusten in Dielektrikum und Zuleitung
D: Nein, beim Kondensator handelt es sich um eine reine Blindleistung.
A: den relativen Blindwiderstand in Ohm pro Farad angegeben, mit dem die Kondensatorgüte berechnet werden kann.
B: den Verlustfaktor cos $\phi$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.
C: den relativen Verlustwiderstand in Ohm pro Farad angegeben, mit dem die Kondensatorgüte berechnet werden kann.
D: den Verlustfaktor tan $\delta$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.
Spule II
- Phasenverschiebung von
90° - Spannung eilt dem Strom voraus
A: um
B: um
C: um
D: um
Wirkleistung
- Die grüne Leistungskurve ist das Produkt von Strom und Spannung
- Die Leistung schwankt symmetrisch um die Nulllinie und gleicht sich aus
- Blindleistung an einem Blindwiderstand
- Blindwiderstand nimmt keine Wirkenergie auf
- Eine ideale Spule wird nicht warm
- Jedoch besteht eine Spule aus Draht und hat dadurch ohmsche Verluste
- Zusätzlich wirkt der Skin-Effekt
A: positiv und unabhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.
B: negativ und unabhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.
C: positiv und abhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.
D: negativ und abhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.
Induktiver Blindwiderstand $X_{\textrm{L}}$
Spule dreht an Wechselspannung angeschlossen ständig das magnetische Feld → Wechselstromwiderstand / induktiver Blindwiderstand
- Wenn die Frequenz der Wechselspannung an einer Spule erhöht wird, dann fließt weniger Strom; dies bedeutet, der induktive Blindwiderstand ist größer geworden.
- Wenn die Induktivität der Spule erhöht wird, dann verringert sich auch der Strom, d.h. der Blindwiderstand wird auch größer.
$X_{\textrm{L}} = \omega \cdot L = 2\pi \cdot f \cdot L$
A: Beim Betrieb mit Gleichspannung wirkt nur der Gleichstromwiderstand der Spule. Beim Betrieb mit Wechselspannung wird der induktive Widerstand $X_{\textrm{L}}$ wirksam und erhöht den Gesamtwiderstand. Der Strom wird kleiner.
B: Beim Betrieb mit Wechselspannung wirkt nur der Wechselstromwiderstand der Spule. Beim Betrieb mit Gleichspannung wird nur der ohmsche Widerstand $X_{\textrm{L}}$ wirksam. Der Strom wird größer.
C: Beim Betrieb mit Gleich- oder Wechselspannung wirkt nur der ohmsche Widerstand $X_{\textrm{L}}$ der Spule. Der Strom bleibt gleich.
D: Beim Betrieb mit Gleichspannung wirkt nur der Gleichstromwiderstand der Spule. Beim Betrieb mit Wechselspannung wirkt nur der kleinere induktive Widerstand $X_{\textrm{L}}$. Der Strom wird größer.
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $L = 3\mu H$
- gegeben: $f = 100MHz$
- gesucht: $X_{\textrm{L}}$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{L}} &= \omega \cdot L = 2\pi \cdot f \cdot L\\ &= 2\pi \cdot 100MHz \cdot 3\mu H\\ &\approx 1885\Omega \end{split}\end{equation}$$
Steigerung der Induktivität
Zylinderspule
$L = \dfrac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot N^2 \cdot A_S}{l}$
- Windungszahl $N$ erhöhen
- Spulenlänge $l$ verkürzen
- Querschnittsfläche $A_S$ der Spule vergrößern
Ringkernspule
$L = N^2 \cdot A_{\textrm{L}}$
- Windungszahl $N$ erhöhen
- Magnetisch leitfähigereres Material (mit größerer Induktivitätskonstante $A_{\textrm{L}}$) als Kern verwenden
A: Stahl bestehen.
B: diamagnetischem Material bestehen.
C: Kunststoff bestehen.
D: Ferrit bestehen.
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $N = 14$
- gegeben: $A_{\textrm{L}} = 1,5nH$
- gesucht: $L$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 14^2 \cdot 1,5nH\\ &= 0,294\mu H \end{split}\end{equation}$$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $N = 300$
- gegeben: $A_{\textrm{L}} = 1250nH$
- gesucht: $L$
$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 300^2 \cdot 1250nH\\ &= 112,5mH \end{split}\end{equation}$$
A: 2828
B: 89
C: 3
D: 53
Lösungsweg
- gegeben: $L = 2mH$
- gegeben: $A_{\textrm{L}} = 250nH$
- gesucht: $N$
$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ \nonumber N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{2mH}{250nH}} \\ \nonumber &= 89\ \textrm{Windungen} \end{align}\end{equation}$$
A: 20
B: 360
C: 400
D: 6
Lösungsweg
- gegeben: $L = 12\mu H$
- gegeben: $A_{\textrm{L}} = 30nH$
- gesucht: $N$
$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ \nonumber N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{12\mu H}{30nH}} \\ \nonumber &= 20\ \textrm{Windungen} \end{align}\end{equation}$$
Spulenverluste
- Verlustfaktor $\tan(\delta) = \frac{R}{X_L}$
- Verluste im Leiter
A: der relative Verlustwiderstand in Ohm pro Henry angegeben, mit dem die Spulengüte berechnet werden kann.
B: der Verlustfaktor tan $\delta$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.
C: der relative Blindwiderstand in Ohm pro Henry angegeben, mit dem die Spulengüte berechnet werden kann.
D: der Verlustfaktor cos $\varphi$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.
Scheinwiderstand
- Reihenschaltung von Blindwiderstand und Wirkwiderstand → Scheinwiderstand $Z$
- Tritt nur bei Wechselspannung auf
- Kann nicht mit einem Ohm-Meter gemessen werden
- Spule in der Funktechnik → Impedanz
- Antennenimpedanz, Eingangs- und Ausgangsimpedanz, Impedanzwandler, …
- Impedanz Z in Ω
$Z = \sqrt{R^2 + X^2}$
- Wirkwiderstand $R$
- Blindwiderstand $X_{\textrm{L}}$
- Scheinwiderstand ist über Pythagoras zu berechnen
A: Farad
B: Siemens
C: Ohm
D: Henry
Abschirmung von elektrischen Feldern
Ein Gehäuse aus einem magnetisch gut leitfähigem Material.
A: in einem isolierenden Kunststoffgehäuse untergebracht werden.
B: in einem leitenden Metallgehäuse untergebracht werden.
C: einen abgestimmten Kunststoffkern aufweisen.
D: einen hohlen Kupferkern aufweisen.
Übertrager II
Transformator-Prinzip
- Magnetisch gekoppelte Spulen
- Veränderlicher Strom in einer Spule
- Erzeugt Spannung in der anderen Spule
- → Gegendinduktion
A: ein konstanter Gleichstrom durch eine magnetisch gekoppelte benachbarte Spule fließt.
B: ein veränderlicher Strom durch eine magnetisch gekoppelte benachbarte Spule fließt.
C: ein veränderlicher Strom durch die Spule fließt und sich dabei ein dielektrischer Gegenstand innerhalb der Spule befindet.
D: sich die Spule in einem konstanten Magnetfeld befindet.
Das Verhältnis der Windungen zwischen Primär- und Sekundärseite ist wie das Verhältins der Spannung zwischen Primär- zu Sekundärseite, aber wie das Verhältnis der Ströme zwischen Sekundär- zu Primärseite:
$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P}$
Das Verhältnis der Primär- zur Sekundärimpedanz ist wie die obigen Verhältnisse zum Quadrat:
$ü = \frac{Z_P}{Z_S} = (\frac{N_P}{N_S})^2 = (\frac{U_P}{U_S})^2 = (\frac{I_S}{I_P})^2$
Oder nach Ziehung der Wurzel:
$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P} = \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}}$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $U_P = 230V$
- gegeben: $U_S = 6V$
- gegeben: $I_S = 1,15A$
- gesucht: $I_P$
$$\begin{equation}\begin{align} \nonumber \frac{U_P}{U_S} &= \frac{I_S}{I_P} \\ \nonumber \Rightarrow I_P &= \frac{I_S \cdot U_S}{U_P} = \frac{1,15A \cdot 6V}{230V} \\ \nonumber &= 30mA \end{align}\end{equation}$$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $Z_S = 16k\Omega$
- gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
- gesucht: $Z_P$
$$\begin{equation}\begin{align} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \nonumber \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 16k\Omega \\ \nonumber &= \frac{16k\Omega}{16} = 1k\Omega \end{align}\end{equation}$$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $Z_S = 6,4k\Omega$
- gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
- gesucht: $Z_P$
$$\begin{equation}\begin{align} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \nonumber \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 6,4k\Omega \\ \nonumber &= \frac{6,4k\Omega}{16} = 0,4k\Omega \end{align}\end{equation}$$
A: 9:1 verwendet werden.
B: 4:1 verwendet werden.
C: 3:1 verwendet werden.
D: 16:1 verwendet werden.
Lösungsweg
- gegeben: $Z_P = 450\Omega$
- gegeben: $Z_S = 50\Omega$
- gesucht: $ü$
$$\begin{equation}\begin{split} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{450\Omega}{50\Omega}} \\ &= \sqrt{\frac{9}{1}} = \frac{3}{1} \end{split}\end{equation}$$
A: 1:3 aufweisen.
B: 1:7 aufweisen.
C: 1:14 aufweisen.
D: 1:49 aufweisen.
Lösungsweg
- gegeben: $Z_P = 50\Omega$
- gegeben: $Z_S = 2,5k\Omega$
- gesucht: $ü$
$$\begin{equation}\begin{split} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{50\Omega}{2,5k\Omega}} \\ &= \sqrt{\frac{1}{50}} \approx \frac{1}{7} \end{split}\end{equation}$$
Maximaler Strom
- Leitung darf nicht zu warm werden
- Sonst schmilzt die Isolation
- Oder der Leiter glüht
- → zulässige Stromdichte in Stromstärke bezogen auf den Leiterquerschnitt
Beispiele zulässige Stromdichte
nach VDE
- Frei verlegte Leiter aus Kupfer: $\frac{12A}{0,75mm^2}$
- Schmelzsicherungen: bis zu $3000\frac{A}{mm^2}$
- Transformatoren: $2,5\frac{A}{mm^2}$ (schlechte Wärmeabstrahlung der Wicklungen)
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $d = 0,5mm$
- gegeben: Stromdichte $\frac{I}{A} = \frac{2,5A}{1mm^2}$
- gesucht: $I_{max}$
$A_{Dr} = \frac{d^2 \cdot \pi}{4} = \frac{(0,5mm)^2 \cdot \pi}{4} \approx 0,196mm^2$
$I_{max} = \frac{I}{A} \cdot A_{Dr} = \frac{2,5A}{1mm^2} \cdot 0,196mm^2 = 0,49A$
Halbleiter II
Halbleiter
- Bestehen aus einer Gitterstruktur
- 4 geteilte Elektronen auf der äußeren Schale
- Sind eigentlich Isolatoren
- Können durch Temperaturanstieg, Licht oder Dotierung zu Leitern werden
A: Einige Stoffe (z. B. Silizium) sind in reinem Zustand bei Raumtemperatur gute Isolatoren. Durch geringfügige Zusätze von geeigneten anderen Stoffen (z. B. Bor, Phosphor) oder bei hohen Temperaturen werden sie jedoch zu Leitern.
B: Einige Stoffe (z. B. Silizium) sind in reinem Zustand bei Raumtemperatur gute Leiter. Durch geringfügige Zusätze von geeigneten anderen Stoffen (z. B. Bismut, Tellur) fällt ihr Widerstand auf den halben Wert.
C: Einige Stoffe (z. B. Silizium) sind in reinem Zustand bei Raumtemperatur gute Elektrolyten. Durch geringfügige Zusätze von geeigneten anderen Stoffen (z. B. Bismut, Tellur) kann man daraus entweder N-leitendes- oder P-leitendes Material für Anoden bzw. Kathoden von Batterien herstellen.
D: Einige Stoffe (z. B. Silizium) sind in reinem Zustand bei Raumtemperatur gute Leiter. Durch geringfügige Zusätze von geeigneten anderen Stoffen (z. B. Bor, Phosphor) oder bei hohen Temperaturen nimmt jedoch ihre Leitfähigkeit ab.
Dotierung
- „Verunreinigung“ der Halbleiter
- Stoffe mit 5 Elektronen auf der äußeren Schale → Elektronenüberschuss → n-Dotierung
- Stoffe mit 3 Elektronen auf der äußeren Schale → Elektronenmangel („Loch“) → p-Dotierung
A: Das Entfernen von Verunreinigungen aus einem Halbleitergrundstoff, um Elektronen zu generieren.
B: Das Einbringen von magnetischen Nord- oder Südpolen in einen Halbleitergrundstoff, um die Induktivität zu erhöhen.
C: Das Entfernen von Atomen aus dem Halbleitergrundstoff, um die elektrische Leitfähigkeit zu senken.
D: Das Einbringen von chemisch anderswertigen Fremdatomen in einen Halbleitergrundstoff, um freie Ladungsträger zur Verfügung zu stellen.
A: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.
B: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.
C: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.
D: ein Fehlen von Dotierungsatomen.
A: ein Fehlen von Dotierungsatomen.
B: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.
C: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.
D: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.
Kombination
- n-dotierter Halbleiter an p-dotieren Halbleiter
- Elektronen aus dem n-dotieren Gebiet wandern in das p-dotierte Gebiet → Diffusion
- Es entsteht eine Verarmungszone oder Sperrschicht
- Über der Sperrschicht liegt ein elektrisches Feld
- Austausch stoppt, sobald das elektrische Feld für die Elektronen zu stark ist
A: An der Grenzschicht wandern Elektronen aus dem N-Teil in den P-Teil. Dadurch wird auf der N-Seite der Elektronenüberschuss teilweise abgebaut, auf der P-Seite der Elektronenmangel teilweise neutralisiert. Es bildet sich auf beiden Seiten der Grenzfläche eine isolierende Schicht.
B: An der Grenzschicht wandern Atome aus dem P-Teil in den N-Teil. Dadurch wird auf der P-Seite der Atommangel abgebaut, auf der N-Seite der Atommangel vergrößert. Es bildet sich auf beiden Seiten der Grenzfläche eine leitende Schicht.
C: An der Grenzschicht wandern Elektronen aus dem P-Teil in den N-Teil. Dadurch wird auf der P-Seite der Elektronenüberschuss teilweise abgebaut, auf der N-Seite der Elektronenmangel teilweise neutralisiert. Es bildet sich auf beiden Seiten der Grenzfläche eine isolierende Schicht.
D: An der Grenzschicht wandern Atome aus dem N-Teil in den P-Teil. Dadurch wird auf der N-Seite der Atommangel abgebaut, auf der P-Seite der Atommangel vergrößert. Es bildet sich auf beiden Seiten der Grenzfläche eine leitende Schicht.
pn-Diode in Durchlassrichtung
- Anlegen einer Spannung am p-Gebiet (Anode)
- Spannung muss positiver als am n-Gebiet (Kathode) sein
- Spannung zieht Elektronen über die Sperrschicht hinweg
- Sperrschicht wird abgebaut und ein Strom fließt in Durchlassrichtung
A: Sie wandern von P nach N.
B: Sie zerfallen beim Übergang.
C: Sie wandern von N nach P.
D: Sie bleiben im N-Bereich.
pn-Diode im Sperrbetrieb
- Positive Spannung an der Kathode
- Sperrschicht vergrößert sich
- Stromfluß stoppt und die Diode sperrt
A: Sie verändert sich nicht.
B: Sie verengt sich.
C: Sie verschwindet.
D: Sie erweitert sich.
Diode II
Durchlassrichtung
- Elektronenfluss von N nach P
- Technische Stromrichtung ist entgegengesetzt zur Richtung des Elektronenflusses
A: die Halbierung des Stromflusses.
B: den Elektronenfluss von P nach N.
C: den Elektronenfluss von N nach P.
D: keinen Stromfluss.
Temperatur
- Bei höherer Temperatur gibt es mehr freie Elektronen
- Der Sättigungsstrom steigt mit steigender Temperatur
- Aber die Beweglichkeit ändert sich
- Dadurch sinkt die Durchlassspannung (mit ca. −2mV/°C)
A: Die Spannung oszilliert mit steigender Temperatur.
B: Die Spannung sinkt bei steigender Temperatur.
C: Die Spannung ist unabhängig von der Temperatur.
D: Die Spannung steigt bei steigender Temperatur.
Kapazitätsdiode (Varicap)
- Kapazitätsdiode nutzt die Kapazität über der Raumladungszone
- Es darf kein Gleichstrom fließen
- Wird in Sperrrichtung betrieben
Je negativer die Diodenspannung, umso mehr dehnt sich die Raumladungszone aus und umso geringer wird die Diodenkapazität.
A: Sie nimmt mit zunehmendem Durchlassstrom zu.
B: Sie nimmt mit abnehmendem Durchlassstrom zu.
C: Sie nimmt mit abnehmender Sperrspannung zu.
D: Sie nimmt mit zunehmender Sperrspannung zu.
Spannungsbegrenzung
- Antiparallele Dioden
- Begrenzung der Amplitude einer Wechselspannung
- Silizium: ca. 0,6V Schwellspannung
- Germanium: ca. 0,3V Schwellspannung
- → Clipping
Fotodiode
- Licht wird in der Raumladungszone absorbiert
- Es entstehen Elektron-Loch-Paare
- Elektronen bewegen sich zum p-Gebiet, Löcher zum n-Gebiet
- Wird ein Verbraucher (mit negativer Spannung am p-Anschluss) angeschlossen, wirkt die Fotodiode als Stromquelle
- Der Strom ist proportional zur Lichtintensität
A: Blindwiderstand
B: Fotowiderstand
C: Kapazitätsdiode
D: Fotodiode
Optokoppler
- Zusammenschluss von Leuchtdiode und Fotodiode in einem Gehäuse
- Eingangsseite: Leuchtdiode
- Ausgangsseite: Fotodiode
- Beide sind voneinander galvanisch getrennt
A: die Signalanzeige durch Licht.
B: die Erzeugung von hochfrequentem Wechselstrom durch Licht.
C: die Erzeugung von Gleichstrom durch Licht.
D: die galvanische Entkopplung zweier Stromkreise durch Licht.
Transistor II
Bipolarer Transistor
- Drei Halbleiterzonen
- Abwechselnd n- und p-dotiert
- npn-Transistor und pnp-Transistor
A: Gehäuse
B: Emitter
C: Kollektor
D: Basis
A: Kollektor
B: Emitter
C: Gehäuse
D: Basis
Stromsteuerung und Faktor
- Basis-Emitter-Spannung $U_{\textrm{BE}}$ steuert Kollektorstrom $I_{\textrm{C}}$ exponentiell
- Beim Bipolartransistor fließt immer ein exponentiell von $U_{\textrm{BE}}$ abhängiger Basisstrom $I_{\textrm{B}}$
- Faktor $B$ ist der Stromverstärkungsfaktor des Transistors
- Liegt bei ca. 20 bis 500
$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}}$
A: stromgesteuert.
B: spannungsgesteuert.
C: thermisch gesteuert.
D: feldgesteuert.
Leitender Bipolartransistor
- Signifikanter Kollektorstrom fließt
- Basis-Emitter-Diode in Durchlassrichtung
- Kollektor-Basis-Diode sperrt, damit keine Ladungsträger aus dem Kollektor in die Basis gelangen
A: im Kurzschluss.
B: in Durchlassrichtung.
C: in Sperrrichtung.
D: im Leerlauf.
Rechnungen
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- Die Größe von $R_1$ stellt den Basisstrom $I_B$ ein
- $I_B$ ist um 298 kleiner als $I_C$
- Für die Spannung an $R_1$ muss der Transistorverlust abgezogen werden
- gegeben: $U = 12V$
- gegeben: $I_{\textrm{C}} = 5mA$
- gegeben: $B = 298$
- gegeben: $U_{\textrm{BE}} = 0,6V$
- gesucht: $R_1$
$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{5mA}{298} = 16,779\mu A$
$R_1 = \frac{U-U_{\textrm{BE}}}{I_{\textrm{B}}} = \frac{12V – 0,6V}{16,779\mu A} \approx 680k\Omega$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Arbeitspunktstabilisation
- Arbeitspunkt wird über den Spannungsteiler eingestellt
- Querstrom durch $R_2$ soll so hoch sein, damit der Basisstrom keinen großen Einfluss auf den Arbeitspunkt hat
A: Damit $R_2$ eine Spannungsgegenkopplung bewirkt
B: Damit der Arbeitspunkt stabil bleibt.
C: Damit $R_2$ eine Stromgegenkopplung bewirkt.
D: Damit sich der Basisstrom bei Erwärmung nicht ändert.
Lösungsweg
- gegeben: $U = 10V$
- gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2mA$
- gegeben: $B = 200$
- gegeben: $U_{\textrm{R2}} = 0,6$
- gegeben: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$
- gesucht: $R_1$
$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{2mA}{200} = 10\mu A$
$U_{\textrm{R1}} = U – U_{\textrm{R2}} = 10V – 0,6V = 9,4V$
$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = 110\mu A$
$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{9,4V}{110\mu A} \approx 85,5k\Omega$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- $U_{\textrm{R2}}$ ist gleich groß wie $U_{\textrm{BE}} + U_{\textrm{RE}}$
- Kollektorstrom wird vor allem durch $R_{\textrm{E}}$ festgelegt
- Sehr stabile Schaltung
- gegeben: $U = 10V$
- gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2mA$
- gegeben: $B = 200$
- gegeben: $U_{\textrm{BE}} = 0,6V$
- gegeben: $U_{\textrm{RE}} = 1V$
- gegeben: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$
- gesucht: $R_1$
$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{2mA}{200} = 10\mu A$
$U_{\textrm{R2}} = U_{\textrm{BE}} + U_{R_{\textrm{E}}} = 0,6V + 1V = 1,6V$
$U_{\textrm{R1}} = U – U_{\textrm{R2}} = 10V – 1,6V = 8,4V$
$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = 110\mu A$
$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{8,4V}{110\mu A} \approx 76,4k\Omega$
A: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.
B: Es fließt kein Kollektorstrom mehr. Die Kollektorspannung steigt auf die Betriebsspannung an.
C: Der Kollektorstrom wird nur durch $R_{\textrm{C}}$ begrenzt. Die Kollektorspannung sinkt auf zirka
D: Der Kollektorstrom steigt stark an. Die Kollektorspannung erhöht sich.
Lösungsweg
- Kein Strom durch $R_1$ → keine Spannung über $R_2$
- Basis liegt auf Massepotential → Transistor ist stromlos
- Kein Spannungsabfall an $R_{\textrm{C}}$ → Kollektorpotential steigt auf Betriebsspannung
A: Der Kollektorstrom wird nur durch $R_{\textrm{C}}$ begrenzt. Die Kollektorspannung sinkt auf zirka
B: Es fließt kein Kollektorstrom mehr. Die Kollektorspannung steigt auf die Betriebsspannung an.
C: Der Kollektorstrom steigt stark an. Die Kollektorspannung erhöht sich.
D: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.
Lösungsweg
- $R_2$ ist stromlos → Basis ist über $R_1$ ist mit der Betriebsspannung verbunden
- Aufgrund der Dimensionierung ist der Basisstrom nun 11-fach höher als geplant
- Kollektorstrom wird stark ansteigen → Spannungsabfall an $R_{\textrm{C}}$ steigt stark
- $U_{\textrm{CE}}$ sinkt auf den Sättigungswert von ca. 0,1V
Feldeffekttransistor (FET)
- Anderer Aufbau
- Es besteht ein Halbleiterkanal
- Der Stromfluss wird über ein elektrisches Feld gesteuert
- Dadurch spannungsgesteuert
A: optisch gesteuert.
B: leistungsgesteuert.
C: spannungsgesteuert.
D: stromgesteuert.
A: Diode
B: Bipolartransistor
C: Lautsprecher
D: Feldeffekttransistor
Anschlüsse des FET
- Source Quelle für die Ladungsträger im Kanal
- Drain Abfluss der Ladungsträger im Kanal
- Gate steuert den Fluss der Ladungsträger im Kanal
A: 1: Anode, 2: Kathode, 3: Gate
B: 1: Kollektor, 2: Emitter, 3: Basis
C: 1: Anode, 2: Kollektor, 3: Gate
D: 1: Drain, 2: Source, 3: Gate
A: Emitter, Basis, Kollektor
B: Gate, Source, Kollektor
C: Drain, Gate, Source
D: Emitter, Drain, Source
A: Der Gatestrom steuert den Drainstrom.
B: Der Gatestrom steuert den Widerstand des Kanals zwischen Source und Drain.
C: Die Gate-Source-Spannung steuert den Gatestrom.
D: Die Gate-Source-Spannung steuert den Widerstand des Kanals zwischen Source und Drain.
Bauarten FET
- selbstleitend: Ohne Gate-Source-Spannung ist der FET leitend
- selbstsperrend: Ohne Gate-Source-Spannung ist der FET sperrend
- n-Kanal-FET: Strom im Kanal wird von Elektronen getragen
- p-Kanal-FET: Strom im Kanal wird von Löchern getragen
- Sperrschicht-FET: Gate ist eine Diode
- Isolierschicht-FET: Gate ist eine Kondensator-Struktur (z.B. MOSFET)
Schaltzeichen FET
- selbstleitend/selbstsperrend: Gate durchgehend/gestrichelt
- n-/p-Kanal: Pfeil zeigt weg von/hin zu Kanal
- Isolierschicht (MOSFET): Gate und Kanal als Kondensator
A: 1: Selbstleitender P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstleitender N-Kanal-Sperrschicht-FET
B: 1: Selbstsperrender N-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstsperrender P-Kanal-Sperrschicht-FET
C: 1: Selbstsperrender P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstsperrender N-Kanal-Sperrschicht-FET
D: 1: Selbstleitender N-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstleitender P-Kanal-Sperrschicht-FET
A: Selbstleitender N-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).
B: Selbstleitender P-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).
C: Selbstsperrender P-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).
D: Selbstsperrender N-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).
Rechnungen
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $U_{\textrm{B}} = 44V$
- gegeben: $R_1 = 10k\Omega$
- gegeben: $R_2 = 1k\Omega$
- gegeben: $R_3 = 2,2k\Omega$
- gesucht: $U_{\textrm{GS}}$
- Ansatz: Unbelasteter Spannungsteiler über $R_1$ und $R_2$, mit $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}}$
$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2}\\ \nonumber \Rightarrow U_{\textrm{R2}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2} \cdot U_{\textrm{G}}\\ \nonumber &= \frac{1k\Omega}{10k\Omega+1k\Omega} \cdot 44V\\ \nonumber &= \frac{1}{11} \cdot 44V = 4V \end{align}\end{equation}$$
A: ca.
B: ca.
C: ca.
D: ca.
Lösungsweg
- gegeben: $U_{\textrm{B}} = 44V$
- gegeben: $R_1 = 10k\Omega$
- gegeben: $R_3 = 2,2k\Omega$
- gegeben: $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}} = 2,8V$
- gegeben: $U_{\textrm{B}} = U_{\textrm{R1}} + U_{\textrm{R2}}$
- gesucht: $R_2$
$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber \frac{U_{\textrm{R1}}}{U_{\textrm{R2}}} &= \frac{R_1}{R_2}\\ \nonumber \Rightarrow R_2 &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{R1}}}\\ \nonumber &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}-U_{\textrm{GS}}}\\ \nonumber &= 10k\Omega \cdot \frac{2,8V}{44V-2,8V}\\ \nonumber &\approx 680\Omega \end{align}\end{equation}$$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $R_{\textrm{DSon}} = 4m\Omega$
- gegeben: $I = 25A$
- gesucht: $P$
$P = I^2 \cdot R = 25^2A \cdot 4m\Omega = 2,5W$
Freilaufdiode
- Relais wird über einen in Serie geschalteten Bipolartransistor betrieben
- Transistor schaltet ein → Strom fließt durch die Relaisspule
- Transistor schaltet ab → Strom in der Spule induziert negative Spannung am Transistor
- Kann zur Zerstörung des Transistors führen
- Verhindern: Freilaufdiode parallel zum Relais in Sperrichtung verbauen
- Induktionsspannung wird auf Diodenspannung begrenzt
Integrierte Schaltkreise
- Integrated Circuit (IC): Integrierte Schaltungen
- Komplexe Schaltung auf einem Halbleitersubstrat
- Erleichtern den Aufbau von elektronischen Schaltungen
A: eine miniaturisierte, aus SMD-Bauteilen aufgebaute Schaltung.
B: eine komplexe Schaltung auf einem Halbleitersubstrat.
C: eine aus einzelnen Bauteilen aufgebaute vergossene Schaltung.
D: die Zusammenschaltung einzelner Baugruppen zu einem elektronischen Gerät.
Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)
- Breitbandiger Verstärker mit wenigen Bauteilen
- Typischerweise 50Ω Ein- und Ausgangsimpedanz
- Vereint aktive und passive Bauelemente
A: Ein MMIC enthält nur passive Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.
B: Ein MMIC enthält nur aktive Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.
C: Ein MMIC enthält alle aktiven und passiven Bauteile auf einer Leiterplatte.
D: Ein MMIC enthält alle aktiven und passiven Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.
A: Ein MMIC bietet einstellbare Eingangs- und Ausgangsimpedanz.
B: Ein MMIC bietet breitbandig eine hohe Verstärkung mit weniger Bauteilen.
C: Ein MMIC bietet einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand.
D: Ein MMIC bietet schmalbandig eine hohe Verstärkung in einem Bauteil.
A: Ein- und Ausgangsimpedanz entsprechen üblichen Leitungsimpedanzen (z. B.
B: Der Verstärkungsbereich ist schmalbandig.
C: Sie sind nur im Mikrowellenbereich einsetzbar.
D: Die Verstärkung ist bereits ab
MMIC Beschaltung
- Arbeitspunkt wird über $R_{\textrm{BIAS}}$ eingestellt
- Kondensatoren isolieren Gleichspannung
- Anschluss 2 und 4 liegen auf Masse gegenüber $U_{\textrm{CC}}$
- Anschluss 1 ist offen
- $U_{\textrm{CC}}$ fällt über $R_{\textrm{BIAS}}$ und MMIC ab
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4V$
- gegeben: $U_{\textrm{CC}} = 13,5V$
- gegeben: $I_{\textrm{D}} = 10mA$
- gesucht: $R_{\textrm{BIAS}}$
$R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} – U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{13,5V -4V}{10mA} = 950\Omega$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4V$
- gegeben: $U_{\textrm{CC}} = 13,8V$
- gegeben: $I_{\textrm{D}} = 15mA$
- gesucht: $R_{\textrm{BIAS}}$
$R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} – U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{13,8V -4V}{15mA} = 653,3\Omega \rightarrow 680\Omega$
A:
B:
C:
D:
Lösungsweg
- gegeben: $U = 9V$
- gegeben: $R_{\textrm{BIAS}} = 470\Omega$
- gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4V$
- gesucht: $P$
- Ansatz: Strom durch $R_{\textrm{BIAS}}$ ist überall gleich, weil kein anderer ohmschmer Verbraucher in der Schaltung vorhanden ist
$I_{\textrm{D}} = \frac{U_{\textrm{BIAS}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{U-U_{\textrm{D}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{9V-4V}{470\Omega} = 10,64mA$
$P = U_{\textrm{D}} \cdot I_{\textrm{D}} = 4V \cdot 10,64mA \approx 43mW$