Bauelemente

Navigationshilfe

Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsention. 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.

Navigationspfeile für die Präsentation

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.

Referentenansicht

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.

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 folgte wieder eingeblendet werden:

  • Durch klicken in das Fenster.
  • Durch nochmaliges Drücken von „b“.
  • Durch klicken der Schaltfläche „Resume presentation:
Schaltfläche für 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. Durh 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.

Kondensator I

Kapazität

  • Wichtigste Eigenschaft des Kondensators: Ladung speichern
  • → Kapazität

$C = \dfrac{Q}{U}$

  • mit $Q$ als elektrische Ladung
  • Einheit: $\frac{As}{V}$ bzw. Farad $F$
  • Die Kapazität ist die elektrische Ladung pro Volt

Kapazität durch Bauart

Abbildung 62: Prinzipieller Aufbau eines Kondensators
  • Die Kapazität kann durch die Bauart erreicht werden

$C = \dfrac{\varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot A}{d}$

  • → Kapazität ist größer bei größerer Fläche, kleinem Abstand oder anderem Dielektrikum
EA101: Welche Einheit wird üblicherweise für die Kapazität verwendet?

A: Henry (H)

B: Amperestunden (Ah)

C: Farad (F)

D: Ohm ($\Omega$)

EC205: Von welcher der nachfolgenden Größen ist die Kapazität eines Plattenkondensators nicht abhängig?

A: Spannung

B: Plattenabstand

C: Plattenfläche

D: Dielektrikum

EC203: Wodurch verringert sich die Kapazität eines Plattenkondensators? Durch ...

A: größere Plattenflächen.

B: eine größere Spannung.

C: eine größere Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums.

D: einen größeren Plattenabstand.

EC204: In welchem Fall sinkt die Kapazität eines Plattenkondensators?

A: Bei Vergrößerung der Dielektrizitätszahl

B: Bei Vergrößerung der Plattenoberfläche

C: Bei Erhöhung der angelegten Spannung

D: Bei Vergrößerung des Plattenabstandes

Drehkondensator

  • Eine Platte ist feststehend, die andere Platte kann drehend bewegt werden
  • Nur dort, wo die Platten sich überlappen, wirkt der Kondensator
  • Die Fläche wird durch Drehung verändert → Änderung der Kapazität
EC206: Wie nennt man ein Bauelement, bei dem sich Platten auf einer isolierten Achse befinden, die zwischen fest stehenden Platten rotiert werden können?

A: Styroflexkondensator

B: Keramischer Kondensator

C: Drehkondensator

D: Rotorkondensator

Elektrolytkondensator

  • Spezielle Bauform
  • Ermöglicht große Kapazität
  • Nur für Gleichspannung
  • Polarität muss beachtet werden
EC207: Bei welcher der folgenden Bauformen von Kondensatoren muss beim Einbau auf die Polarität geachtet werden?

A: Plattenkondensator

B: Keramikkondensator

C: Elektrolytkondensator

D: Styroflexkondensator

Ladekurve

  • Ein leerer Kondensator wird an Gleichspannung angeschlossen
  • Die Spannung steigt steil an und flacht dann zur angelegten Spannung ab
EC201: Welchen zeitlichen Verlauf hat die Spannung an einem entladenen Kondensator, wenn dieser über einen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen wird?
A:
B:
C:
D:

Kondensator im Wechselstrom

  • Im Gleichstromkreis lädt der Kondensator sich auf, wirkt dann aber wie ein unendlich großer Widerstand
  • Bei Wechselstrom wird der Kondensator ständig Auf- und Entladen
  • Je höher die Frequenz, umso geringer ist der Wechselstromwiderstand des Kondensators
EC202: Welches Verhalten zeigt der Wechselstromwiderstand eines idealen Kondensators mit zunehmender Frequenz?

A: Er steigt.

B: Er steigt bis zu einem Maximum und sinkt dann wieder.

C: Er sinkt bis zu einem Minimum und steigt dann wieder.

D: Er sinkt.

Phase

Sinusförmige Wechselspannung

Abbildung 66: Phasenwinkel in Grad und Bogenmaß oder Periodendauerangabe
AB302: Welche Antwort enthält die richtigen Phasenwinkel der dargestellten sinusförmigen Wechselspannung an der mit X$_3$ bezeichneten Stelle?

A: $\dfrac{π}{3}; 270°$

B: $3π; 180°$

C: $\dfrac{3π}{2}; 270°$

D: $\dfrac{3π}{4}; 135°$

Phasenverschiebung

  • Schaltungen mit Kondensatoren, Spulen und Widerständen
  • Phasenverschiebung zwischen anliegender sinusförmiger Wechselspannung und fließendem sinusförmigen Wechselstrom
AB303: Der Betrag der Phasendifferenz zwischen den beiden in der Abbildung dargestellten Sinussignalen ist ...

A: .

B: 45°.

C: 90°.

D: 180°.

Kondensator II

Abbildung 67: Phasenverschiebung am Kondensator zwischen Spannung und Strom
AC101: Ein verlustloser Kondensator wird an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Welche Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom stellt sich ein?

A: Die Spannung eilt dem Strom um 45° voraus.

B: Der Strom eilt der Spannung um 90° voraus.

C: Der Strom eilt der Spannung um 45° voraus.

D: Die Spannung eilt dem Strom um 90° voraus.

Wirkleistung

Abbildung 68: Das Produkt von U × I ergibt die grüne Leistungskurve
AC111: An einem Kondensator mit einer Kapazität von 1 μF wird ein NF-Signal mit 10 kHz und 12 V$_{\textrm{eff}}$ angelegt. Wie groß ist die aufgenommene Wirkleistung im eingeschwungenen Zustand?

A: Näherungsweise 0 W

B: 0,9 W

C: 9 W

D: 0,75 W

  • 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
AC103: Welcher der folgenden Widerstände hat keine Wärmeverluste?

A: Der Blindwiderstand

B: Der Wirkwiderstand

C: Der Metalloxidwiderstand

D: Der NTC-Widerstand

Kapazitiver Blindwiderstand $X_{\textrm{C}}$

Kondensator wird an Wechselspannung angeschlossen ständig geladen und entladen → Wechselstromwiderstand / kapazitiver Blindwiderstand

  1. Wenn die Frequenz der Wechselspannung an einem Kondensator erhöht wird, dann fließt mehr Strom; dies bedeutet, der kapazitive Blindwiderstand ist kleiner geworden.
  1. Wenn die Kapazität des Kondensators erhöht wird, dann steigt auch der Strom, d.h. der Blindwiderstand wird auch kleiner.

$X_{\textrm{C}} = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}$

AC102: Welches Vorzeichen hat der Blindwiderstand eines idealen Kondensators und von welchen physikalischen Größen hängt er ab? Der Blindwiderstand ist ...

A: positiv und unabhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.

B: positiv und abhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.

C: negativ und unabhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.

D: negativ und abhängig von der Kapazität und der anliegenden Frequenz.

AC104: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 10 pF bei einer Frequenz von 100 MHz?

A: 1,59 kΩ

B: 318 Ω

C: 159 Ω

D: 31,8 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 10pF$
  • gegeben: $f = 100MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100MHz \cdot 10pF}\\ &\approx 159\Omega \end{split}\end{equation}$$

AC105: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 50 pF bei einer Frequenz von 145 MHz ?

A: ca. 22 Ω

B: ca. 0,045 Ω

C: ca. 18,2 kΩ

D: ca. 69 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 50pF$
  • gegeben: $f = 145MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 145MHz \cdot 50pF}\\ &\approx 22\Omega \end{split}\end{equation}$$

AC106: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 100 pF bei einer Frequenz von 100 MHz?

A: ca. 3,2 Ω

B: ca. 15,9 Ω

C: ca. 31,8 Ω

D: ca. 159 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 100pF$
  • gegeben: $f = 100MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100MHz \cdot 100pF}\\ &\approx 15,9\Omega \end{split}\end{equation}$$

AC107: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 100 pF bei einer Frequenz von 435 MHz ?

A: ca. 0,27 Ω

B: ca. 3,7 Ω

C: ca. 27,3 kΩ

D: ca. 11,5 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 100pF$
  • gegeben: $f = 435MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 435MHz \cdot 100pF}\\ &\approx 3,7\Omega \end{split}\end{equation}$$

AC108: An einem unbekannten Kondensator liegt eine Wechselspannung mit 16 V und 50 Hz. Es wird ein Strom von 32 mA gemessen. Welche Kapazität hat der Kondensator?

A: ca. 4,5 μF

B: ca. 6,37 μF

C: ca. 0,45 μF

D: ca. 0,637 μF

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 16V$
  • gegeben: $I = 32mA$

$X_{\textrm{C}} = \frac{U}{I} = \frac{16V}{32mA} = 500\Omega$

$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} \\ \nonumber \Rightarrow C &= \frac{1}{\omega \cdot X_{\textrm{C}}} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot X_{\textrm{C}}}\\ \nonumber &= \frac{1}{2\pi \cdot 50Hz \cdot 500\Omega}\\ \nonumber &\approx 6,37\mu F\end{align}\end{equation}$$

Kondensatorverluste

Abbildung 69: Ersatzschaltbild eines realen Kondensators mit einem seriellen Verlustwiderstand (ESR).
AC109: Kommt es in einem von Wechselstrom durchflossenen realen Kondensator zu Verlusten?

A: Ja, infolge des Blindwiderstands

B: Ja, infolge von Verlusten in Dielektrikum und Zuleitung

C: Nein, bei Wechselstrom treten keine Verluste auf.

D: Nein, beim Kondensator handelt es sich um eine reine Blindleistung.

AC110: Neben dem kapazitiven Blindwiderstand treten im von Wechselstrom durchflossenen Kondensator auch Verluste auf, die rechnerisch in einem parallelgeschalteten Verlustwiderstand zusammengefasst werden können. Die Kondensatorverluste werden oft durch ...

A: den Verlustfaktor tan $\delta$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.

B: den relativen Verlustwiderstand in Ohm pro Farad angegeben, mit dem die Kondensatorgüte berechnet werden kann.

C: den relativen Blindwiderstand in Ohm pro Farad angegeben, mit dem die Kondensatorgüte berechnet werden kann.

D: den Verlustfaktor cos $\phi$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.

Spule I

Induktivität

  • Jeder stromdurchflossene Leiter hat eine Induktivität
  • Um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld
  • In einem Leiter entsteht ein Strom, wenn dieser durch ein Magnetfeld bewegt wird
EC304: Hat ein gerades Leiterstück eine Induktivität?

A: Nein, der Leiter muss wenigstens eine Krümmung (eine viertel, halbe oder ganze Windung) haben.

B: Nein, beispielsweise im Vakuum entstehen keine Induktivitäten.

C: Ja, solange der Blindwiderstand 0 Ω beträgt.

D: Ja, jeder Leiter besitzt, unabhängig von der Form, eine Induktivität.

Spule und Induktivität

  • Eine Spule optimiert die Induktivität eines Leiters
  • Wichtigste Eigenschaft der Spule: Energie speichern

$L = \dfrac{N\cdot \Phi}{I}$

  • mit $N$ Anzahl Windungen und $\Phi$ als magnetischer Fluss
  • Einheit: $\frac{Vs}{A}$ bzw. Henry $H$
  • Die Induktivität ist der magnetische Fluss pro Ampere

Induktivität durch Bauart

  • Die Induktivität einer Ringspule kann durch die Bauart erreicht werden

$L = \dfrac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot N^2 \cdot A_S}{l}$

  • → Induktivität ist größer bei größerem Querschnitt, anderem Kern oder kleinerer Länge
  • → Induktivität ist viel größer bei höherer Windungszahl
EA102: Welche Einheit wird üblicherweise für die Induktivität verwendet?

A: Ohm ($\Omega$)

B: Henry (H)

C: Farad (F)

D: Amperestunden (Ah)

EC307: Wie ändert sich die Induktivität einer Spule von 12 μH, wenn die Windungszahl bei gleicher Wickellänge verdoppelt wird?

A: Die Induktivität steigt auf 24 μH.

B: Die Induktivität steigt auf 48 μH.

C: Die Induktivität sinkt auf 6 μH.

D: Die Induktivität sinkt auf 3 μH.

EC306: Vorausgesetzt sind zwei Spulen in gleicher Umgebung, mit gleicher Windungszahl und mit gleicher Querschnittsfläche. Die erste Spule hat eine Induktivität von 12 μH. Die zweite Spule hat die doppelte Länge der ersten Spule. Wie hoch ist die Induktivität der zweiten Spule?

A: 3 μH

B: 24 μH

C: 6 μH

D: 48 μH

EC305: Wie kann man die Induktivität einer zylindrischen Spule vergrößern?

A: Durch Einführen eines Kupferkerns in die Spule.

B: Durch Einbau der Spule in einen Abschirmbecher.

C: Durch Auseinanderziehen der Spule in Längsrichtung.

D: Durch Stauchen der Spule in Längsrichtung.

Stromfluss über eine Spule

  • Strom braucht länger durch die Spule
  • Erst leuchtet Lampe1
  • Später leuchtet Lampe2
EC302: Schaltet man zwei Leuchtmittel gleichzeitig an eine Gleichspannungsquelle, wobei ein Leuchtmittel, Lampe 1, zum Helligkeitsausgleich über einen Widerstand und das andere, Lampe 2, über eine Spule mit vielen Windungen und Eisenkern angeschlossen ist, so ...

A: leuchtet Lampe 2 zuerst.

B: leuchtet Lampe 1 zuerst.

C: leuchtet Lampe 2 kurz auf und geht wieder aus. Lampe 1 leuchtet.

D: leuchten Lampe 1 und Lampe 2 genau gleichzeitig.

Einschaltkurve Spule

  • Eine Spule wird an Gleichspannung angeschlossen
  • Die Spannung nimmt steil ab und gleicht sich mit der Zeit 0 an
EC301: An eine Spule wird über einen Widerstand eine Gleichspannung angelegt. Welches der nachfolgenden Diagramme zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung über der Spule?
A:
B:
C:
D:

Spule im Wechselstrom

  • Im Gleichstromkreis wirkt eine Spule erst wie ein unendlich großer Widerstand, wird dann aber nach dem Einschaltvorgang so groß wie der Widerstand des Leiters
  • Bei Wechselstrom wird das Magnetfeld in der Spule ständig umgepolt
  • Dadurch entsteht eine Selbstinduktionspannung, die entgegengerichtet ist und stört
  • Je höher die Frequenz, umso höher ist der Wechselstromwiderstand der Spule
EC303: Welches Verhalten zeigt der Wechselstromwiderstand einer idealen Spule mit zunehmender Frequenz?

A: Er sinkt bis zu einem Minimum und steigt dann wieder.

B: Er steigt bis zu einem Maximum und sinkt dann wieder.

C: Er steigt.

D: Er sinkt.

Spule II

Abbildung 73: Phasenverschiebung an einer Spule zwischen Spannung und Strom
AC201: In einer idealen Induktivität, die an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, eilt der Strom der angelegten Spannung ...

A: um 45° nach.

B: um 90° nach.

C: um 45° voraus.

D: um 90° voraus.

Wirkleistung

Abbildung 74: Das Produkt von U × I ergibt die grüne Leistungskurve
  • 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
AC202: Welches Vorzeichen hat der Blindwiderstand einer idealen Spule und von welchen physikalischen Größen hängt er ab? Der Blindwiderstand ist ...

A: positiv und abhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.

B: positiv und unabhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.

C: negativ und abhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.

D: negativ und unabhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.

Induktiver Blindwiderstand $X_{\textrm{L}}$

Spule dreht an Wechselspannung angeschlossen ständig das magnetische Feld → Wechselstromwiderstand / induktiver Blindwiderstand

  1. Wenn die Frequenz der Wechselspannung an einer Spule erhöht wird, dann fließt weniger Strom; dies bedeutet, der induktive Blindwiderstand ist größer geworden.
  2. Wenn die Induktivität der Spule erhöht wird, dann verringert sich auch der Strom, d.h. der Blindwiderstand wird auch größer.

$X_{\textrm{L}} = \omega \cdot L = 2\pi \cdot f \cdot L$

AC203: Beim Anlegen einer Gleichspannung $U$ = 1 V an eine Spule messen Sie einen Strom. Wird der Strom beim Anlegen von einer Wechselspannung mit $U_{\textrm{eff}}$ = 1 V größer oder kleiner?

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.

AC204: Wie groß ist der Betrag des induktiven Blindwiderstands einer Spule mit 3 μH Induktivität bei einer Frequenz von 100 MHz?

A: ca. 1885 Ω

B: ca. 1885 kΩ

C: ca. 1,942 Ω

D: ca. 942,0 Ω

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
AC211: Das folgende Bild zeigt einen Kern, um den ein Kabel für den Bau einer Drossel gewickelt ist. Der Kern sollte üblicherweise aus ...

A: Stahl bestehen.

B: Ferrit bestehen.

C: Kunststoff bestehen.

D: diamagnetischem Material bestehen.

AC205: Wie groß ist die Induktivität einer Spule mit 14 Windungen, die auf einen Kern mit einer Induktivitätskonstante ($A_{\textrm{L}}$-Wert) von 1,5 nH gewickelt ist?

A: 29,4 nH

B: 2,94 μH

C: 2,94 nH

D: 0,294 μH

Lösungsweg

  • gegeben: $N = 14$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 1,5nH$
  • gesucht: $L$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 14^2 \cdot 1,5nH\\ &= 0,294\mu H \end{split}\end{equation}$$

AC206: Wie groß ist die Induktivität einer Spule mit 300 Windungen, die auf einen Kern mit einer Induktivitätskonstante ($A_{\textrm{L}}$-Wert) von 1250 nH gewickelt ist?

A: 1,125 mH

B: 11,25 mH

C: 112,5 mH

D: 112,5 μH

Lösungsweg

  • gegeben: $N = 300$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 1250nH$
  • gesucht: $L$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 300^2 \cdot 1250nH\\ &= 112,5mH \end{split}\end{equation}$$

AC207: Mit einem Ringkern, dessen Induktivitätskonstante ($A_{\textrm{L}}$-Wert) mit 250 nH angegeben ist, soll eine Spule mit einer Induktivität von 2 mH hergestellt werden. Wie groß ist die erforderliche Windungszahl etwa?

A: 53

B: 89

C: 3

D: 2828

Lösungsweg

  • gegeben: $L = 2mH$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 250nH$
  • gesucht: $N$

$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ \nonumber N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{2mH}{250nH}} \\ \nonumber &= 89\ \textrm{Windungen} \end{align}\end{equation}$$

AC208: Ein Spulenkern hat eine Induktivitätskonstante ($A_{\textrm{L}}$-Wert) von 30 nH. Wie groß ist die erforderliche Windungszahl zur Herstellung einer Induktivität von 12 μH in etwa?

A: 20

B: 6

C: 360

D: 400

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
AC209: Neben dem induktiven Blindwiderstand treten in der mit Wechselstrom durchflossenen Spule auch Verluste auf, die rechnerisch in einem seriellen Verlustwiderstand zusammengefasst werden können. Als Maß für die Verluste in einer Spule wird auch ...

A: der Verlustfaktor tan $\delta$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.

B: der Verlustfaktor cos $\varphi$ angegeben, der dem Kehrwert des Gütefaktors entspricht.

C: der relative Verlustwiderstand in Ohm pro Henry angegeben, mit dem die Spulengüte berechnet werden kann.

D: der relative Blindwiderstand in Ohm pro Henry angegeben, mit dem die Spulengüte berechnet werden kann.

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
Abbildung 75: Geometrische Addition von $R$ und $X_L$ und Phasenverschiebung zwischen $Z$ und $R$

$Z = \sqrt{R^2 + X^2}$

AA101: Welche Einheit wird üblicherweise für die Impedanz verwendet?

A: Henry

B: Siemens

C: Ohm

D: Farad

Abschirmung von elektrischen Feldern

Ein Gehäuse aus einem magnetisch gut leitfähigem Material.

AC210: Um die Abstrahlungen der Spule eines abgestimmten Schwingkreises zu verringern, sollte die Spule ...

A: in einem leitenden Metallgehäuse untergebracht werden.

B: in einem isolierenden Kunststoffgehäuse untergebracht werden.

C: einen abgestimmten Kunststoffkern aufweisen.

D: einen hohlen Kupferkern aufweisen.

Übertrager I

  • Zwei Spulen auf gemeinsamen Kern magnetisch gekoppelt
  • Energie wird darüber übertragen
  • Ändern von Spannungen und Strömen ist möglich
  • Übertrager oder Transformator kurz Trafo

Übersetzungverhältnis

  • Spannungen an den Anschlüssen des Übertragers verhalten sich wie zur Anzahl der Wicklungen

$ü = \dfrac{N_P}{N_S} = \dfrac{U_P}{U_S}$

EC401: Wie hoch ist die Spannung zwischen den Punkten a und b in dieser Schaltung für ein Transformationsverhältnis von 15:1?

A: Etwa 11 V

B: Etwa 15 V

C: Etwa 1 V

D: Etwa 22 V

EC402: Die Primärspule eines Übertragers hat die fünffache Anzahl von Windungen der Sekundärspule. Wie hoch ist die erwartete Sekundärspannung, wenn die Primärspule an eine 230 V Spannungsversorgung angeschlossen wird?

A: 1150 V

B: 46 V

C: 9,2 V

D: 23 V

EC403: An der Primärwicklung eines Transformators mit 600 Windungen liegt eine Spannung von 230 V an. Die Sekundärspannung beträgt 11,5 V. Wie groß ist die Sekundärwindungszahl?

A: 20 Windungen

B: 180 Windungen

C: 30 Windungen

D: 52 Windungen

EC404: An der Primärwicklung eines Transformators mit 150 Windungen liegt eine Spannung von 45 V an. Die Sekundärspannung beträgt 180 V. Wie groß ist die Sekundärwindungszahl?

A: 600 Windungen

B: 850 Windungen

C: 38 Windungen

D: 30 Windungen

Übertrager II

Transformator-Prinzip

Abbildung 77: Trafo mit sichtbar getrennten Wicklungen
AC301: Durch Gegeninduktion wird in einer Spule eine Spannung erzeugt, wenn ...

A: sich die Spule in einem konstanten Magnetfeld befindet.

B: ein konstanter Gleichstrom durch eine magnetisch gekoppelte benachbarte Spule fließt.

C: ein veränderlicher Strom durch eine magnetisch gekoppelte benachbarte Spule fließt.

D: ein veränderlicher Strom durch die Spule fließt und sich dabei ein dielektrischer Gegenstand innerhalb der Spule 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:

$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P} = \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}}$

AC302: Ein Transformator setzt die Spannung von 230 V auf 6 V herunter und liefert dabei einen Strom von 1,15 A. Wie groß ist der dadurch in der Primärwicklung zu erwartende Strom bei Vernachlässigung der Verluste?

A: 0,83 mA

B: 33,3 mA

C: 30 mA

D: 22,7 mA

Lösungsweg

  • gegeben: $U_P = 230V$
  • gegeben: $U_S = 6V$
  • gegeben: $I_S = 1,15A$
  • gesucht: $I_P$

$$\begin{equation}\begin{align} \nonumber \frac{U_P}{U_S} &= \frac{I_S}{I_P} \\ \nonumber \Rightarrow I_P &= \frac{I_S \cdot U_S}{U_P} = \frac{1,15A \cdot 6V}{230V} \\ \nonumber &= 30mA \end{align}\end{equation}$$

AC303: In dieser Schaltung beträgt $R$=16 kΩ. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen a und b beträgt im Idealfall ...

A: 64 kΩ.

B: 4 kΩ.

C: 1 kΩ.

D: 16 kΩ.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_S = 16k\Omega$
  • gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
  • gesucht: $Z_P$

$$\begin{equation}\begin{align} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \nonumber \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 16k\Omega \\ \nonumber &= \frac{16k\Omega}{16} = 1k\Omega \end{align}\end{equation}$$

AC304: In dieser Schaltung beträgt $R$=6,4 kΩ. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen a und b beträgt im Idealfall ...

A: 1,6 kΩ.

B: 0,4 kΩ.

C: 6,4 kΩ.

D: 26 kΩ.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_S = 6,4k\Omega$
  • gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
  • gesucht: $Z_P$

$$\begin{equation}\begin{align} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \nonumber \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 6,4k\Omega \\ \nonumber &= \frac{6,4k\Omega}{16} = 0,4k\Omega \end{align}\end{equation}$$

AC305: Für die Anpassung einer Antenne mit einem Fußpunktwiderstand von 450 Ω an eine 50 Ω-Übertragungsleitung sollte ein Übertrager mit einem Windungsverhältnis von ...

A: 4:1 verwendet werden.

B: 3:1 verwendet werden.

C: 16:1 verwendet werden.

D: 9:1 verwendet werden.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_P = 450\Omega$
  • gegeben: $Z_S = 50\Omega$
  • gesucht: $ü$

$$\begin{equation}\begin{split} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{450\Omega}{50\Omega}} \\ &= \sqrt{\frac{9}{1}} = \frac{3}{1} \end{split}\end{equation}$$

AC306: Für die Anpassung einer 50 Ω Übertragungsleitung an eine endgespeiste Halbwellenantenne mit einem Fußpunktwiderstand von 2,5 kΩ wird ein Übertrager verwendet. Er sollte in etwa ein Windungverhältnis von ...

A: 1:49 aufweisen.

B: 1:3 aufweisen.

C: 1:14 aufweisen.

D: 1:7 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)
AC307: Eine Transformatorwicklung hat einen Drahtdurchmesser von 0,5 mm. Die zulässige Stromdichte beträgt 2,5 A/mm². Wie groß ist der zulässige Strom?

A: ca. 1,25 A

B: ca. 0,19 A

C: ca. 0,49 A

D: ca. 1,96 A

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 0,5mm$
  • gegeben: Stromdichte $\frac{I}{A} = \frac{2,5A}{1mm^2}$
  • gesucht: $I_{max}$

$A_{Dr} = \frac{d^2 \cdot \pi}{4} = \frac{(0,5mm)^2 \cdot \pi}{4} \approx 0,196mm^2$

$I_{max} = \frac{I}{A} \cdot A_{Dr} = \frac{2,5A}{1mm^2} \cdot 0,196mm^2 = 0,49A$

Diode I

Anwendung

  • Eine Diode lässt den Stromfluss nur in eine Richtung durch
  • In die andere Richtung wirkt sie wie ein hoher Widerstand
  • Dioden werden u.a. zur Gleichrichtung von Wechselspannung eingesetzt
EC501: Eine in Sperrrichtung betriebene Diode zeichnet sich insbesondere aus durch ...

A: eine geringe Impedanz.

B: einen hohen Widerstand.

C: eine hohe Kapazität.

D: eine hohe Induktivität.

EC502: Wofür können Halbleiterdioden beispielsweise verwendet werden?

A: zur Gleichrichtung von Wechselspannung

B: als Verstärker in Stromversorgungen

C: zur Speicherung von Wechselströmen

D: als Widerstand in Netzteilen

Schwellenspannung

  • Damit eine Diode in Durchlassrichtung leitet, muss eine bestimmte Spannung – die Schwellenspannung oder Durchlassspannung – überschritten werden
  • Je nach Basis des chemischen Elements ist die Schwellenspannung unterschiedlich hoch
EC503: Welche typischen Schwellspannungen haben Germanium- und Siliziumdioden? Sie liegen bei ...

A: Germanium zwischen 1,4 bis 1,6 V, bei Silizium 0,6 bis 0,8 V.

B: Germanium zwischen 0,6 bis 0,8 V, bei Silizium 1,4 bis 1,6 V.

C: Germanium zwischen 0,6 bis 0,8 V, bei Silizium zwischen 0,2 bis 0,4 V.

D: Germanium zwischen 0,2 bis 0,4 V, bei Silizium zwischen 0,6 bis 0,8 V.

Schottky-Diode

  • Erlaubt eine hohe Schaltfrequenz
  • Nur eine sehr niedrige Schwellenspannung von 0,4 V bis unter 0,1 V ist nötig
EC504: Welches sind die Haupteigenschaften einer Schottkydiode?

A: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

B: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

C: Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

D: Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

Kennlinien

EC506: Welche Diode wird durch Kennlinie 2 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Schottkydiode

C: Leuchtdiode

D: Siliziumdiode

EC507: Welche Diode wird durch Kennlinie 3 charakterisiert?

A: Schottkydiode

B: Germaniumdiode

C: Siliziumdiode

D: Leuchtdiode

EC508: Welche Diode wird durch Kennlinie 4 charakterisiert?

A: Leuchtdiode

B: Schottkydiode

C: Siliziumdiode

D: Germaniumdiode

EC505: Welche Diode wird durch Kennlinie 1 charakterisiert?

A: Schottkydiode

B: Leuchtdiode

C: Germaniumdiode

D: Siliziumdiode

Leitende Diode

  • Eine Diode leitet immer dann, wenn die Spannung an der Anode um die Schwellenspannung positiver ist als an der Kathode
  • Gilt auch für negative Spannungen
  • In der Prüfung kommen nur Siliziumdioden mit 0,7 V Schwellenspannung vor
EC513: Bei welcher Bedingung wird eine Siliziumdiode leitend?

A: An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 6,4 V an.

B: An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,7 V an.

C: An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 5,0 V an.

D: An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,1 V an.

EC510: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?
A:
B:
C:
D:
EC509: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?
A:
B:
C:
D:
EC511: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?
A:
B:
C:
D:
EC512: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?
A:
B:
C:
D:

LED Anwendung

  • Eine LED dient als Leuchtanzeige
EC514: Wozu dient die folgende Schaltung?

A: Stromgewinnung

B: Spannungserhöhung

C: Leistungsüberwachung

D: Leuchtanzeige

Vorwiderstand

  • Da die LED selbst kaum einen Widerstand hat, würde sie bei einem direkten Anschluss an eine Spannungsquelle wie ein Kurzschluss wirken
  • Mit einem Vorwiderstand wird der Durchlassstrom begrenzt
  • Berechnung: $R = \dfrac{U_q – U_{LED}}{I_D}$
  • $U_q$: Spannungsquelle
  • $U_{LED}$: Schwellenspannung LED
  • $I_D$: Durchlassstrom
EC515: Eine Leuchtdiode mit einer Durchlassspannung von 1,4 V und einem Durchlassstrom von 20 mA soll an eine Spannungsquelle von 5,0 V angeschlossen werden. Berechnen Sie den Vorwiderstand. Die Größe des benötigten Vorwiderstandes beträgt ...

A: 320 Ω.

B: 180 Ω.

C: 70 Ω.

D: 250 Ω.

EC516: Folgende Schaltung einer Leuchtdiode wird an einer Betriebsspannung von 5,5 V betrieben. Der Strom durch die Leuchtdiode soll 25 mA betragen, wobei die Durchlassspannung 1,75 V beträgt. Der notwendige Vorwiderstand muss folgende Werte haben:

A: 70 Ω/0,06 W

B: 150 Ω/0,06 W

C: 70 Ω/0,1 W

D: 150 Ω/0,1 W

Z-Diode

  • Normalerweise liegt die maximale Sperrspannung einer Diode bei ca. 1000 V
  • Bei Z-Dioden erfolgt ein Spannungsdurchbruch je nach Bauart zwischen 3 V und 100 V
  • Dienen zur Spannungsstabilisierung

Polung

  • Z-Dioden werden mit Vorwiderstand in Sperrrichtung betrieben
EC517: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

A: Z-Diode

B: Kapazitätsdiode

C: Freilaufdiode

D: Leuchtdiode

EC518: Für welchen Zweck werden Z-Dioden primär eingesetzt?

A: Zur Zweiwegstabilisierung

B: Zur Stromstabilisierung

C: Zur Spannungsstabilisierung

D: Zur Leistungsstabilisierung

EC519: Wozu dient folgende Schaltung?

A: Stromgewinnung

B: Spannungsstabilisierung

C: Leuchtanzeige

D: Spannungserhöhung

EC520: In welcher der folgenden Schaltungen ist die Z-Diode zur Spannungsstabilisierung richtig eingesetzt?
A:
B:
C:
D:

Vorwiderstand

  • $U_Z$ ist die Spannung, auf die die Z-Diode stabiliert
  • $U_V = U_1 – U_Z = 13,8\,V – 5\,V = 8,8\,V$
  • $R_V = \frac{U_V}{I} = \frac{8,8\,V}{30\,mA} \approx 293\,\Omega$
EC521: Eine unbelastete Z-Diode soll eine 13,8 V Betriebsspannung auf 5 V stabilisieren. Dabei soll ein Strom von 30 mA durch die Z-Diode fließen. Der Ausgang der Schaltung soll nicht belastet werden. Berechnen Sie den Wert des Vorwiderstands.

A: ca. 460 Ω

B: ca. 3,41 \milliOhm

C: ca. 167 Ω

D: ca. 293 Ω

EC522: Folgende Schaltung einer Stabilisierungsschaltung mit Z-Diode ist gegeben. Der Strom durch die Z-Diode soll 25 mA betragen und der Laststrom ist 20 mA. Der Wert des notwendigen Vorwiderstandes beträgt ...

A: ca. 202 Ω.

B: ca. 364 Ω.

C: ca. 188 Ω.

D: ca. 235 Ω.

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
AB104: Was versteht man unter Halbleitermaterialien?

A: 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.

B: 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.

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
Abbildung 87: n-Dotierung mit Phosphor
AB105: Was versteht man unter Dotierung?

A: Das Entfernen von Verunreinigungen aus einem Halbleitergrundstoff, um Elektronen zu generieren.

B: Das Entfernen von Atomen aus dem Halbleitergrundstoff, um die elektrische Leitfähigkeit zu senken.

C: Das Einbringen von magnetischen Nord- oder Südpolen in einen Halbleitergrundstoff, um die Induktivität zu erhöhen.

D: Das Einbringen von chemisch anderswertigen Fremdatomen in einen Halbleitergrundstoff, um freie Ladungsträger zur Verfügung zu stellen.

AB106: N-leitendes Halbleitermaterial ist gekennzeichnet durch ...

A: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.

B: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.

C: ein Fehlen von Dotierungsatomen.

D: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.

AB107: P-leitendes Halbleitermaterial ist gekennzeichnet durch ...

A: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.

B: ein Fehlen von Dotierungsatomen.

C: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.

D: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.

Kombination

Abbildung 89: PN-Übergang
  • n-dotierter Halbleiter an p-dotieren Halbleiter
  • Elektronen aus dem n-dotieren Gebiet wandern in das p-dotierte Gebiet → Diffusion
AB108: Das folgende Bild zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Halbleiterdiode. Wie entsteht die Sperrschicht?

A: 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.

B: 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.

C: 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.

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

Abbildung 91: PN-Übergang mit externer Spannung
  • Anlegen einer Spannung am p-Gebiet (Anode)
  • Spannung muss positiver als am n-Gebiet (Kathode) sein
AC402: Wie verhalten sich die Elektronen in einem in Durchlassrichtung betriebenen PN-Übergang?

A: Sie wandern von P nach N.

B: Sie bleiben im N-Bereich.

C: Sie wandern von N nach P.

D: Sie zerfallen beim Übergang.

pn-Diode im Sperrbetrieb

Abbildung 91: PN-Übergang mit externer Spannung
  • Positive Spannung an der Kathode
AB109: Wie verhält sich die Verarmungszone in der hier dargestellten Halbleiterdiode?

A: Sie verengt sich.

B: Sie erweitert sich.

C: Sie verschwindet.

D: Sie verändert sich nicht.

Diode II

Durchlassrichtung

  • Elektronenfluss von N nach P
  • Technische Stromrichtung ist entgegengesetzt zur Richtung des Elektronenflusses
AC401: Ein in Durchlassrichtung betriebener PN-Übergang ermöglicht ...

A: keinen Stromfluss.

B: den Elektronenfluss von N nach P.

C: die Halbierung des Stromflusses.

D: den Elektronenfluss von P nach N.

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)
AC403: Wie verhält sich die Durchlassspannung einer Diode in Abhängigkeit von der Temperatur?

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
AC404: Wie verhält sich die Kapazität einer Kapazitätsdiode (Varicap)?

A: Sie nimmt mit abnehmender Sperrspannung zu.

B: Sie nimmt mit zunehmender Sperrspannung zu.

C: Sie nimmt mit abnehmendem Durchlassstrom zu.

D: Sie nimmt mit zunehmendem Durchlassstrom zu.

Spannungsbegrenzung

  • Antiparallele Dioden
  • Begrenzung der Amplitude einer Wechselspannung
  • Silizium: ca. 0,6V Schwellspannung
  • Germanium: ca. 0,3V Schwellspannung
  • Clipping
AC405: Das folgende Signal wird als $U_1$ an den Eingang der Schaltung mit Siliziumdioden gelegt. Wie sieht das zugehörige Ausgangssignal $U_2$ aus?
A:
B:
C:
D:
AC406: Das folgende Signal wird als $U_1$ an den Eingang der Schaltung mit Germaniumdioden gelegt. Wie sieht das zugehörige Ausgangssignal $U_2$ aus?
A:
B:
C:
D:

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
AC407: Welches Bauteil kann durch Lichteinfall elektrischen Strom erzeugen?

A: Kapazitätsdiode

B: Blindwiderstand

C: Fotowiderstand

D: Fotodiode

Optokoppler

  • Zusammenschluss von Leuchtdiode und Fotodiode in einem Gehäuse
  • Eingangsseite: Leuchtdiode
  • Ausgangsseite: Fotodiode
  • Beide sind voneinander galvanisch getrennt
AC408: Die Hauptfunktion eines Optokopplers ist ...

A: die Signalanzeige durch Licht.

B: die Erzeugung von Gleichstrom durch Licht.

C: die Erzeugung von hochfrequentem Wechselstrom durch Licht.

D: die galvanische Entkopplung zweier Stromkreise durch Licht.

Transistor I

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

  • Mittels eines Steuerkanals wird der Durchfluss eines Wehrs geregelt
  • Fließt kein Wasser im Steuerkanal ist das Wehr geschlossen

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

  • Fließt etwas Wasser im Steuerkanal, öffnet das Wehr zur Hälfte

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

  • Fließt mehr Wasser im Steuerkanal, ist das Wehr ganz geöffnet
EC602: Ein Transistor ist ...

A: ein Kaltleiterbauelement.

B: ein Halbleiterbauelement.

C: ein Nichtleiterbauelement.

D: ein Laserbauelement.

EC608: Wie lauten die Bezeichnungen der Anschlüsse eines bipolaren Transistors?

A: Emitter, Drain, Source

B: Emitter, Basis, Kollektor

C: Drain, Gate, Source

D: Gate, Source, Kollektor

Bipolarer Transistor und Schaltbild

Merksatz für PNP → Pfeil Nach Platte

EC607: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: NPN-Transistor.

B: N-Kanal-FET.

C: P-Kanal-FET.

D: PNP-Transistor.

EC606: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: NPN-Transistor.

B: PNP-Transistor.

C: N-Kanal-FET.

D: P-Kanal-FET.

EC605: Welches Schaltzeichen stellt einen bipolaren Transistor dar?
A:
B:
C:
D:
EC609: Wie bezeichnet man die Anschlüsse des abgebildeten Transistors?

A: 1 = Kollektor, 2 = Emitter, 3 = Basis

B: 1 = Emitter, 2 = Basis, 3 = Kollektor

C: 1 = Kollektor, 2 = Basis, 3 = Emitter

D: 1 = Basis, 2 = Emitter, 3 = Kollektor

Schalter oder Verstärker?

  • Die Ansteuerung kann so eingestellt werden, dass der Transistor sperrt oder voll durchsteuert, dann spricht man von einem Schalttransistor.
  • Die Ansteuerung kann so eingestellt werden, dass der Transistor stufenlos gesteuert wird, dann spricht man von einem Verstärker.
EC601: Welches Bauteil kann als Schalter, Verstärker oder Widerstand eingesetzt werden?

A: Kondensator

B: Transformator

C: Transistor

D: Diode

EC603: Was versteht man unter Stromverstärkung beim Transistor?

A: Mit einem geringen Kollektorstrom wird ein großer Emitterstrom gesteuert.

B: Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Basisstrom gesteuert.

C: Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Kollektorstrom gesteuert.

D: Mit einem geringen Basisstrom wird ein großer Kollektorstrom gesteuert.

Ansteuerspannung und deren Polarität

Je Art des bipolaren Transistor hat man verschiedene Polaritäten.

  • Bei einem NPN-Transistor benötigt man zum Durchschalten eine positive Steuerspannung.
  • Bei einem PNP-Transistor benötigt man zum Durchschalten eine negative Steuerspannung.

Die Steuerspannung liegt wie bei einer Siliziumdiode bei etwa 0,6 V.

EC610: Wie groß muss die Spannung $U_{BE}$ in etwa sein, sodass sich der Transistor im leitenden Betriebszustand befindet?

A: -0,6 V

B: 0 V

C: 0,6 V

D: 0,6 V oder -0,6 V

Da neben dem Kollektorstrom auch der Basisstrom durch den Transistor fließt, fließt durch den Emitteranschluss der größte Strom.

EC611: Durch welchen Transistoranschluss fliesst im leitenden Zustand der größte Strom?

A: Gehäuse

B: Basis

C: Kollektor

D: Emitter

Wann schaltet der NPN Transistor durch?

Ist die Basis-Emitter-Spannung ausreichend und liegt sie im positiven Potential vor?

Hier muss man auf die Vorzeichen achten und bei negativen Vorzeichen umdenken, Beispiele:

  • Basis +2 V und Emitter +1,4 V
    ⇒ Die Basis-Emitter-Spannung ist positiv und beträgt +0,6 V
  • Basis -5,6 V und Emitter -6,2 V
    ⇒ Die Basis-Emitter-Spannung ist positiv und beträgt +0,6 V

Entweder erkennet man das intuitiv oder man rechnet es (unter Beachtung der Vorzeichen) aus.

$U_{ BE } = U_{ B } – U_{ E }$

EC612: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?
A:
B:
C:
D:
EC613: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?
A:
B:
C:
D:

Wann schaltet der PNP Transistor durch?

Ist die Basis-Emitter-Spannung ausreichend und liegt sie im negativen Potential vor?

Hier muss man auf die Vorzeichen achten und bei negativen Vorzeichen umdenken, Beispiele:

  • Basis +5,6 V und Emitter +6,2 V
    ⇒ Die Basis-Emitter-Spannung ist ist negativ und beträgt -0,6 V
  • Basis -2 V und Emitter -1,4 V
    ⇒ Die Basis-Emitter-Spannung ist negativ und beträgt -0,6 V

Entweder erkennet man das intuitiv oder man rechnet es (unter Beachtung der Vorzeichen) aus.

$U_{ BE } = U_{ B } – U_{ E }$

EC614: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?
A:
B:
C:
D:
EC615: In einer Schaltung wurden die Spannungen der Transistoranschlüsse gegenüber Massepotential gemessen. Bei welchem der folgenden Transistoren fließt Kollektorstrom?
A:
B:
C:
D:

Typen von Transistoren

Die bisher behandelten Transistoren nennt man Bipolare Transistoren. Sie sind die Art der Transistoren, die in den 50er Jahren eine technische Revolution einläuteten und die Elektronenröhre ablösten. Im Gegensatz zu den stromgesteuerten Bipolartransistoren sind Feldeffekttransistoren (FET) spannungsgesteuert, es fließt also kein Steuerstrom in ihn hinein. Mit diesen werden wir uns im Klasse A Kurs intensiver auseinandersetzen.

EC604: Welche Transistortypen sind bipolare Transistoren?

A: Dual-Gate-MOS-FETs

B: Sperrschicht-FETs

C: NPN- und PNP-Transistoren

D: Isolierschicht-FETs

Transistor II

Bipolarer Transistor

Abbildung 97: Schaltbild eines npn- und pnp-Bipolartransistors mit Kollektor (C), Basis (B) und Emitter (E)
  • Drei Halbleiterzonen
  • Abwechselnd n- und p-dotiert
  • npn-Transistor und pnp-Transistor
AC503: Mit welchem Anschluss ist der p-dotierte Bereich eines NPN-Transistors verbunden?

A: Gehäuse

B: Kollektor

C: Emitter

D: Basis

AC504: Mit welchem Anschluss ist der n-dotierte Bereich eines PNP-Transistors verbunden?

A: Basis

B: Gehäuse

C: Emitter

D: Kollektor

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

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}}$

AC501: Ein bipolarer Transistor ist ...

A: thermisch gesteuert.

B: stromgesteuert.

C: feldgesteuert.

D: spannungsgesteuert.

Leitender Bipolartransistor

  • Signifikanter Kollektorstrom fließt
  • Basis-Emitter-Diode in Durchlassrichtung
  • Kollektor-Basis-Diode sperrt, damit keine Ladungsträger aus dem Kollektor in die Basis gelangen
AC505: Bei einem bipolaren Transistor in leitendem Zustand befindet sich der Basis-Emitter-PN-Übergang ...

A: im Leerlauf.

B: in Sperrrichtung.

C: im Kurzschluss.

D: in Durchlassrichtung.

Rechnungen

AC515: Die Betriebsspannung beträgt 12 V, der Kollektorstrom soll 5 mA betragen, die Gleichstromverstärkung des Transistors beträgt 298. Berechnen Sie den Vorwiderstand $R_1$.

A: ca. 68 kΩ

B: ca. 680 kΩ

C: ca. 2,3 kΩ

D: ca. 715 kΩ

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: $R_1$

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{5mA}{298} = 16,779\mu A$

$R_1 = \frac{U-U_{\textrm{BE}}}{I_{\textrm{B}}} = \frac{12V – 0,6V}{16,779\mu A} \approx 680k\Omega$

AC518: Die Betriebsspannung beträgt 10 V, der Kollektorstrom soll 2 mA betragen, die Gleichstromverstärkung des Transistors beträgt 200. Durch den Querwiderstand $R_2$ soll der zehnfache Basisstrom fließen. Berechnen Sie den Vorwiderstand $R_1$.

A: ca. 76,4 kΩ

B: ca. 540 kΩ

C: ca. 85,5 kΩ

D: ca. 940 kΩ

Arbeitspunktstabilisation

Abbildung 98: Transistorschaltung mit Basisspannungsteiler
AC516: Warum soll bei dem gezeigten Basisspannungsteiler der Strom durch $R_2$ etwa 10-mal größer als der Basisstrom sein?

A: Damit $R_2$ eine Stromgegenkopplung bewirkt.

B: Damit der Arbeitspunkt stabil bleibt.

C: Damit sich der Basisstrom bei Erwärmung nicht ändert.

D: Damit $R_2$ eine Spannungsgegenkopplung bewirkt

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 10V$
  • gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2mA$
  • gegeben: $B = 200$

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{2mA}{200} = 10\mu A$

$U_{\textrm{R1}} = U – U_{\textrm{R2}} = 10V – 0,6V = 9,4V$

$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = 110\mu A$

$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{9,4V}{110\mu A} \approx 85,5k\Omega$

AC517: Die Betriebsspannung beträgt 10 V, der Kollektorstrom soll 2 mA betragen, die Gleichstromverstärkung des Transistors beträgt 200. Durch den Querwiderstand $R_2$ soll der zehnfache Basisstrom fließen. Am Emitterwiderstand soll 1 V abfallen. Berechnen Sie den Vorwiderstand $R_1$.

A: ca. 940 kΩ

B: ca. 540 kΩ

C: ca. 76,4 kΩ

D: ca. 85,5 kΩ

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: $B = 200$
  • gesucht: $R_1$

$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{2mA}{200} = 10\mu A$

$U_{\textrm{R2}} = U_{\textrm{BE}} + U_{R_{\textrm{E}}} = 0,6V + 1V = 1,6V$

$U_{\textrm{R1}} = U – U_{\textrm{R2}} = 10V – 1,6V = 8,4V$

$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = 110\mu A$

$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{8,4V}{110\mu A} \approx 76,4k\Omega$

AC519: Was passiert, wenn der Widerstand $R_1$ durch eine fehlerhafte Lötstelle an einer Seite keinen Kontakt mehr zur Schaltung hat? Welche Beschreibung trifft zu?

A: Der Kollektorstrom steigt stark an. Die Kollektorspannung erhöht sich.

B: Der Kollektorstrom wird nur durch $R_{\textrm{C}}$ begrenzt. Die Kollektorspannung sinkt auf zirka 0,1 V.

C: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.

D: Es fließt kein Kollektorstrom mehr. Die Kollektorspannung steigt auf die Betriebsspannung an.

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
AC520: Was passiert, wenn der Widerstand $R_2$ durch eine fehlerhafte Lötstelle an einer Seite keinen Kontakt mehr zur Schaltung hat? In welcher Antwort sind beide Aussagen richtig?

A: Der Kollektorstrom steigt stark an. Die Kollektorspannung erhöht sich.

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 0,1 V.

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)

Abbildung 99: Schaltbilder für Feldeffekttransistoren
  • Anderer Aufbau
  • Es besteht ein Halbleiterkanal
  • Der Stromfluss wird über ein elektrisches Feld gesteuert
  • Dadurch spannungsgesteuert
AC502: Ein Feldeffekttransistor ist ...

A: stromgesteuert.

B: optisch gesteuert.

C: leistungsgesteuert.

D: spannungsgesteuert.

AC506: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

A: Lautsprecher

B: Feldeffekttransistor

C: Bipolartransistor

D: Diode

Anschlüsse des FET

  • Source Quelle für die Ladungsträger im Kanal
  • Drain Abfluss der Ladungsträger im Kanal
  • Gate steuert den Fluss der Ladungsträger im Kanal
AC513: Wie bezeichnet man die Anschlüsse des abgebildeten Transistors?

A: 1: Drain, 2: Source, 3: Gate

B: 1: Anode, 2: Kathode, 3: Gate

C: 1: Kollektor, 2: Emitter, 3: Basis

D: 1: Anode, 2: Kollektor, 3: Gate

AC512: Wie lauten die Bezeichnungen der Anschlüsse eines Feldeffekttransistors?

A: Drain, Gate, Source

B: Emitter, Drain, Source

C: Gate, Source, Kollektor

D: Emitter, Basis, Kollektor

AC514: Wie erfolgt die Steuerung des Stroms im Feldeffekttransistor (FET)?

A: Der Gatestrom steuert den Drainstrom.

B: Die Gate-Source-Spannung steuert den Widerstand des Kanals zwischen Source und Drain.

C: Der Gatestrom steuert den Widerstand des Kanals zwischen Source und Drain.

D: Die Gate-Source-Spannung steuert den Gatestrom.

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

Abbildung 100: Selbstleitender p-Kanal MOSFET
Abbildung 101: Selbstsperrender n-Kanal MOSFET
AC507: Welche Bezeichnungen für die Bauelemente sind richtig?

A: 1: Selbstsperrender N-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstsperrender P-Kanal-Sperrschicht-FET

B: 1: Selbstleitender N-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstleitender P-Kanal-Sperrschicht-FET

C: 1: Selbstsperrender P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstsperrender N-Kanal-Sperrschicht-FET

D: 1: Selbstleitender P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstleitender N-Kanal-Sperrschicht-FET

AC508: Der folgende Transistor ist ein ...

A: Selbstleitender P-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).

B: Selbstsperrender N-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).

C: Selbstsperrender P-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).

D: Selbstleitender N-Kanal-Isolierschicht-FET (MOSFET).

AC509: Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstsperrender N-Kanal-MOSFET?
A:
B:
C:
D:
AC510: Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstleitender N-Kanal-MOSFET?
A:
B:
C:
D:
AC511: Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstleitender P-Kanal-MOSFET?
A:
B:
C:
D:

Rechnungen

AC521: Wie groß ist die Gate-Source-Spannung in der gezeichneten Schaltung? $U_{\textrm{B}} = 44 V$; $R_1 = 10 \kiloOhm$; $R_2 = 1 \kiloOhm$; $R_3 = 2,2 \kiloOhm$ ...

A: 4,4 V

B: 0,7 V

C: 4 V

D: 8 V

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 $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}}$
AC522: Wie groß muss $R_2$ gewählt werden, damit sich eine Spannung von 2,8 V zwischen Gate und Source einstellt? $U_{\textrm{B}}$=44 V; $R_1$=10 kΩ; $R_3$=2,2 kΩ ...

A: ca. 680 Ω

B: ca. 1405 Ω

C: ca. 68 Ω

D: ca. 820 Ω

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: $R_2$
AC523: Welche Verlustleistung erzeugt ein Power-MOS-FET mit $R_{\textrm{DSon}}$ = 4 \mOhm bei einem Strom von 25 A?

A: 0,1 W

B: 1 W

C: 6,25 W

D: 2,5 W

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
AC524: In welcher der folgenden Schaltungen ist die Freilaufdiode richtig eingesetzt?
A:
B:
C:
D:

Integrierte Schaltkreise

  • Integrated Circuit (IC): Integrierte Schaltungen
  • Komplexe Schaltung auf einem Halbleitersubstrat
  • Erleichtern den Aufbau von elektronischen Schaltungen
AC601: Eine integrierte Schaltung ist ...

A: eine aus einzelnen Bauteilen aufgebaute vergossene Schaltung.

B: eine miniaturisierte, aus SMD-Bauteilen aufgebaute Schaltung.

C: die Zusammenschaltung einzelner Baugruppen zu einem elektronischen Gerät.

D: eine komplexe Schaltung auf einem Halbleitersubstrat.

Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)

  • Breitbandiger Verstärker mit wenigen Bauteilen
  • Typischerweise 50Ω Ein- und Ausgangsimpedanz
  • Vereint aktive und passive Bauelemente
AC602: Welche Bauteile sind in einem Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) enthalten?

A: Ein MMIC enthält alle aktiven und passiven Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.

B: Ein MMIC enthält nur passive Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.

C: Ein MMIC enthält nur aktive Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.

D: Ein MMIC enthält alle aktiven und passiven Bauteile auf einer Leiterplatte.

AC603: Welchen Vorteil hat ein Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) gegenüber einem diskreten Transistorverstärker?

A: Ein MMIC bietet einstellbare Eingangs- und Ausgangsimpedanz.

B: Ein MMIC bietet einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand.

C: Ein MMIC bietet breitbandig eine hohe Verstärkung mit weniger Bauteilen.

D: Ein MMIC bietet schmalbandig eine hohe Verstärkung in einem Bauteil.

AC604: Was ist typisch für einen Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)?

A: Der Verstärkungsbereich ist schmalbandig.

B: Ein- und Ausgangsimpedanz entsprechen üblichen Leitungsimpedanzen (z. B. 50 Ω).

C: Sie sind nur im Mikrowellenbereich einsetzbar.

D: Die Verstärkung ist bereits ab 0 Hz konstant.

MMIC Beschaltung

Abbildung 102: MMIC-Schaltung
AF425: Der optimale Arbeitspunkt des dargestellten MMIC ist mit 4 V und 10 mA angegeben. Die Betriebsspannung beträgt 13,5 V. Berechnen Sie den Vorwiderstand ($R_\text{BIAS}$).

A: 400 Ω

B: 95 Ω

C: 950 Ω

D: 1350 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4V$
  • gegeben: $U_{\textrm{CC}} = 13,5V$
  • gegeben: $I_{\textrm{D}} = 10mA$
  • gesucht: $R_{\textrm{BIAS}}$

$R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} – U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{13,5V -4V}{10mA} = 950\Omega$

AF426: Berechnen Sie $R_\text{BIAS}$ für die dargestellte MMIC-Schaltung und wählen Sie den nächsten Normwert. $U_\text{CC}$ = 13,8 V; $U_\text{D}$ = 4 V; $I_\text{D}$ = 15 mA

A: 820 Ω

B: 680 Ω

C: 270 Ω

D: 560 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4V$
  • gegeben: $U_{\textrm{CC}} = 13,8V$
  • gegeben: $I_{\textrm{D}} = 15mA$
  • gesucht: $R_{\textrm{BIAS}}$

$R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} – U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{13,8V -4V}{15mA} = 653,3\Omega \rightarrow 680\Omega$

AF427: Wieviel Wärmeleistung wird im MMIC in Wärme umgesetzt, wenn die Betriebsspannung 9 V beträgt und $R_\text{BIAS}$ einen Wert von 470 Ω hat?

A: 90 mW

B: 47 mW

C: 52 mW

D: 43 mW

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

$I_{\textrm{D}} = \frac{U_{\textrm{BIAS}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{U-U_{\textrm{D}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{9V-4V}{470\Omega} = 10,64mA$

$P = U_{\textrm{D}} \cdot I_{\textrm{D}} = 4V \cdot 10,64mA \approx 43mW$

Fragen?


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