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.

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 folgte 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. 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

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

$\varepsilon_0 = 0,855 \cdot 10^{-11}\frac{As}{Vm}$: elektrische Feldkonstante
$\varepsilon_r$: relative Dielektrizitätszahl, abhängig vom Dielektrikum (ohne Einheit)
$A$: Fläche der Kondensatorplatten
$d$: Abstand der Platten

EA101: Welche Einheit wird üblicherweise für die Kapazität verwendet?

A: Amperestunden (Ah)

B: Farad (F)

C: Ohm ($\Omega$)

D: Henry (H)

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

A: Dielektrikum

B: Plattenabstand

C: Plattenfläche

D: Spannung

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

A: eine größere Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums.

B: einen größeren Plattenabstand.

C: eine größere Spannung.

D: größere Plattenflächen.

EC204: In welchem Fall sinkt die Kapazität eines Plattenkondensators?

A: Bei Erhöhung der angelegten Spannung

B: Bei Vergrößerung der Dielektrizitätszahl

C: Bei Vergrößerung des Plattenabstandes

D: Bei Vergrößerung der Plattenoberfläche

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: Rotorkondensator

B: Keramischer Kondensator

C: Drehkondensator

D: Styroflexkondensator

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: Styroflexkondensator

B: Elektrolytkondensator

C: Keramikkondensator

D: Plattenkondensator

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?

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.

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

Phase

AB302: Welche Antwort enthält die richtigen Phasenwinkel der dargestellten sinusförmigen Wechselspannung an der mit X$_3$ bezeichneten Stelle?

A: $\dfrac{3π}{2}; 270°$

B: $\dfrac{π}{3}; 270°$

C: $3π; 180°$

D: $\dfrac{3π}{4}; 135°$

AB303: Der Betrag der Phasendifferenz zwischen den beiden in der Abbildung dargestellten Sinussignalen ist ...

A: 0°.

B: 45°.

C: 90°.

D: 180°.

Kondensator II

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: Die Spannung eilt dem Strom um 90° voraus.

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

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

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

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

AC103: Welcher der folgenden Widerstände hat keine Wärmeverluste?

A: Der Metalloxidwiderstand

B: Der Wirkwiderstand

C: Der NTC-Widerstand

D: Der Blindwiderstand

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

A: 318 Ω

B: 31,8 Ω

C: 159 Ω

D: 1,59 kΩ

Lösungsweg

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

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

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

A: ca. 159 Ω

B: ca. 31,8 Ω

C: ca. 15,9 Ω

D: ca. 3,2 Ω

Lösungsweg

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

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

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

A: ca. 69 Ω

B: ca. 18,2 kΩ

C: ca. 0,045 Ω

D: ca. 22 Ω

Lösungsweg

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

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

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

A: ca. 27,3 kΩ

B: ca. 3,7 Ω

C: ca. 0,27 Ω

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: $I = 32mA$

gegeben: $f = 50Hz$
gesucht: $C$

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

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

AC109: Kommt es in einem von Wechselstrom durchflossenen realen Kondensator zu Verlusten?

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

B: Ja, infolge des Blindwiderstands

C: Ja, infolge von Verlusten in Dielektrikum und Zuleitung

D: Nein, bei Wechselstrom treten keine Verluste auf.

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

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

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: 9 W

C: 0,75 W

D: 0,9 W

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

Abbildung 104: Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter

EC304: Hat ein gerades Leiterstück eine Induktivität?

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

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

C: Nein, beispielsweise im Vakuum entstehen keine Induktivitäten.

D: Ja, solange der Blindwiderstand 0 Ω beträgt.

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

$\mu_0 = 1,2566 \cdot 10^{-6}\frac{H}{m}$: magnetische Feldkonstante
$\mu_r$: relative Permeabilität, abhängig vom Spulenkern (Luft ≈ 1)
$N$: Windungszahl
$A_S$: Querschnittsfläche der Spule
$l$: Länge der Spule bzw. mittlere Feldlinienlänge

EA102: Welche Einheit wird üblicherweise für die Induktivität verwendet?

A: Amperestunden (Ah)

B: Ohm ($\Omega$)

C: Henry (H)

D: Farad (F)

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

A: Die Induktivität sinkt auf 3 μH.

B: Die Induktivität sinkt auf 6 μH.

C: Die Induktivität steigt auf 24 μH.

D: Die Induktivität steigt auf 48 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: 24 μH

B: 3 μH

C: 6 μH

D: 48 μH

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

A: Durch Einbau der Spule in einen Abschirmbecher.

B: Durch Auseinanderziehen der Spule in Längsrichtung.

C: Durch Einführen eines Kupferkerns in die Spule.

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 1 zuerst.

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

C: leuchtet Lampe 2 zuerst.

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

Abbildung 106: Zeitlicher Verlauf einer Gleichspannung über eine Spule

EC301: An eine Spule wird über einen Widerstand eine Gleichspannung angelegt. Welches der nachfolgenden Diagramme zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung über der Spule?

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.

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

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

D: Er steigt.

Spule II

AA101: Welche Einheit wird üblicherweise für die Impedanz verwendet?

A: Ohm

B: Siemens

C: Henry

D: Farad

AC201: In einer idealen Induktivität, die an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, eilt der Strom der angelegten Spannung ...

A: um 45° nach.

B: um 45° voraus.

C: um 90° nach.

D: um 90° voraus.

AC202: Welches Vorzeichen hat der Blindwiderstand einer idealen Spule und von welchen physikalischen Größen hängt er ab? Der Blindwiderstand ist ...

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

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

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

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

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 Gleich- oder Wechselspannung wirkt nur der ohmsche Widerstand $X_{\textrm{L}}$ der Spule. Der Strom bleibt gleich.

B: 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.

C: 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.

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 kΩ

B: ca. 1,942 Ω

C: ca. 1885 Ω

D: ca. 942,0 Ω

Lösungsweg

gegeben: $L = 3\mu H$
gegeben: $f = 100MHz$
gesucht: $X_{\textrm{L}}$

$$\begin{equation}\begin{split}\nonumber X_{\textrm{L}} &= \omega \cdot L = 2\pi \cdot f \cdot L\\ &= 2\pi \cdot 100MHz \cdot 3\mu H\\ &\approx 1885\Omega \end{split}\end{equation}$$

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: 2,94 nH

B: 29,4 nH

C: 2,94 μH

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: 112,5 mH

C: 11,25 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: 89

B: 2828

C: 53

D: 3

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: 6

B: 360

C: 400

D: 20

Lösungsweg

gegeben: $L = 12\mu H$
gegeben: $A_{\textrm{L}} = 30nH$
gesucht: $N$

$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ \nonumber N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{12\mu H}{30nH}} \\ \nonumber &= 20\ \textrm{Windungen} \end{align}\end{equation}$$

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.

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

A: in einem isolierenden Kunststoffgehäuse untergebracht werden.

B: in einem leitenden Metallgehäuse untergebracht werden.

C: einen abgestimmten Kunststoffkern aufweisen.

D: einen hohlen Kupferkern aufweisen.

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

A: diamagnetischem Material bestehen.

B: Ferrit bestehen.

C: Stahl bestehen.

D: Kunststoff bestehen.

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

Abbildung 107: Schemazeichnung eines Übertragers

Übersetzungverhältnis

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

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

$N_P$: Wicklungen auf der Primärseite
$N_S$: Wicklungen auf der Sekundärseite
$U_P$: Spannung an der Primärseite
$U_S$: Spannung an der Sekundärseite

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: 46 V

B: 9,2 V

C: 1150 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: 180 Windungen

B: 30 Windungen

C: 52 Windungen

D: 20 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: 30 Windungen

B: 600 Windungen

C: 850 Windungen

D: 38 Windungen

Übertrager II

AC301: Durch Gegeninduktion wird in einer Spule eine Spannung erzeugt, wenn ...

A: ein veränderlicher Strom durch die Spule fließt und sich dabei ein dielektrischer Gegenstand innerhalb der Spule befindet.

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

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

D: sich die Spule in einem konstanten Magnetfeld befindet.

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: 30 mA

C: 22,7 mA

D: 33,3 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: 1 kΩ.

B: 16 kΩ.

C: 64 kΩ.

D: 4 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: 26 kΩ.

D: 6,4 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: 3:1 verwendet werden.

B: 9:1 verwendet werden.

C: 16:1 verwendet werden.

D: 4:1 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: 1:7 aufweisen.

C: 1:3 aufweisen.

D: 1:14 aufweisen.

Lösungsweg

gegeben: $Z_P = 50\Omega$
gegeben: $Z_S = 2,5k\Omega$
gesucht: $ü$

$$\begin{equation}\begin{split} \nonumber ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{50\Omega}{2,5k\Omega}} \\ &= \sqrt{\frac{1}{50}} \approx \frac{1}{7} \end{split}\end{equation}$$

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. 1,96 A

D: ca. 0,49 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

Abbildung 108: Diverse LED in verschiedenen Bauformen und Farben

EC501: Eine in Sperrrichtung betriebene Diode zeichnet sich insbesondere aus durch ...

A: einen hohen Widerstand.

B: eine geringe Impedanz.

C: eine hohe Induktivität.

D: eine hohe Kapazität.

EC502: Wofür können Halbleiterdioden beispielsweise verwendet werden?

A: als Widerstand in Netzteilen

B: zur Speicherung von Wechselströmen

C: als Verstärker in Stromversorgungen

D: zur Gleichrichtung von Wechselspannung

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

Germanium: 0,2 V-0,4 V
Silizium: 0,6 V-0,8 V
LED (Rot): 1,6 V-2,2 V
LED (Gelb, Grün): 1,9 V-2,5 V
LED (Blau, Weiß): 2,7 V-3,5 V

EC503: Welche typischen Schwellspannungen haben Germanium- und Siliziumdioden? Sie liegen bei ...

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

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

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

D: Germanium zwischen 1,4 bis 1,6 V, bei Silizium 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 niedrige Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

B: Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

C: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

D: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

Kennlinien

EC506: Welche Diode wird durch Kennlinie 2 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Leuchtdiode

C: Schottkydiode

D: Siliziumdiode

EC507: Welche Diode wird durch Kennlinie 3 charakterisiert?

A: Siliziumdiode

B: Leuchtdiode

C: Schottkydiode

D: Germaniumdiode

EC508: Welche Diode wird durch Kennlinie 4 charakterisiert?

A: Schottkydiode

B: Leuchtdiode

C: Siliziumdiode

D: Germaniumdiode

EC505: Welche Diode wird durch Kennlinie 1 charakterisiert?

A: Schottkydiode

B: Siliziumdiode

C: Leuchtdiode

D: Germaniumdiode

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

Abbildung 109: Spannungen an einer leitenden Siliziumdiode

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 5,7 V, an der Kathode 5,0 V an.

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

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

EC510: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

EC509: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

EC511: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

EC512: Die Auswahlantworten enthalten Siliziumdioden mit unterschiedlichen Arbeitspunkten. Bei welcher Antwort befindet sich die Diode in leitendem Zustand?

LED Anwendung

Eine LED dient als Leuchtanzeige

EC514: Wozu dient die folgende Schaltung?

A: Leistungsüberwachung

B: Spannungserhöhung

C: Stromgewinnung

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: 70 Ω.

B: 320 Ω.

C: 180 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: 150 Ω/0,06 W

B: 150 Ω/0,1 W

C: 70 Ω/0,1 W

D: 70 Ω/0,06 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

Abbildung 113: Z-Diode korrekt in Sperrichtung eingesetzt

EC517: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

A: Kapazitätsdiode

B: Leuchtdiode

C: Freilaufdiode

D: Z-Diode

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

A: Zur Leistungsstabilisierung

B: Zur Stromstabilisierung

C: Zur Zweiwegstabilisierung

D: Zur Spannungsstabilisierung

EC519: Wozu dient folgende Schaltung?

A: Spannungserhöhung

B: Stromgewinnung

C: Spannungsstabilisierung

D: Leuchtanzeige

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

Vorwiderstand

$U_Z$ ist die Spannung, auf die die Z-Diode stabiliert
$U_V = U_1 – U_Z = 13,8\,V – 5\,V = 8,8\,V$
$R_V = \frac{U_V}{I} = \frac{8,8\,V}{30\,mA} \approx 293\,\Omega$

Abbildung 114: Z-Diode zur Spannungsstabilisierung

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. 167 Ω

B: ca. 3,41 \milliOhm

C: ca. 293 Ω

D: ca. 460 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. 188 Ω.

B: ca. 364 Ω.

C: ca. 202 Ω.

D: ca. 235 Ω.

Diode II

AC401: Ein in Durchlassrichtung betriebener PN-Übergang ermöglicht ...

A: den Elektronenfluss von P nach N.

B: die Halbierung des Stromflusses.

C: keinen Stromfluss.

D: den Elektronenfluss von N nach P.

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

A: Die Spannung ist unabhängig von der Temperatur.

B: Die Spannung oszilliert mit steigender Temperatur.

C: Die Spannung steigt bei steigender Temperatur.

D: Die Spannung sinkt bei steigender Temperatur.

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

A: Sie nimmt mit zunehmender Sperrspannung zu.

B: Sie nimmt mit abnehmendem Durchlassstrom zu.

C: Sie nimmt mit zunehmendem Durchlassstrom zu.

D: Sie nimmt mit abnehmender Sperrspannung zu.

AC405: Das folgende Signal wird als $U_1$ an den Eingang der Schaltung mit Siliziumdioden gelegt. Wie sieht das zugehörige Ausgangssignal $U_2$ aus?

AC406: Das folgende Signal wird als $U_1$ an den Eingang der Schaltung mit Germaniumdioden gelegt. Wie sieht das zugehörige Ausgangssignal $U_2$ aus?

AC407: Welches Bauteil kann durch Lichteinfall elektrischen Strom erzeugen?

A: Blindwiderstand

B: Fotowiderstand

C: Kapazitätsdiode

D: Fotodiode

AC408: Die Hauptfunktion eines Optokopplers ist ...

A: die Erzeugung von hochfrequentem Wechselstrom durch Licht.

B: die Signalanzeige durch Licht.

C: die Erzeugung von Gleichstrom 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

Abbildung 115: Steuerkanal schließt Wehr komplett

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

Fließt etwas Wasser im Steuerkanal, öffnet das Wehr zur Hälfte

Abbildung 116: Steuerkanal öffnet Wehr halb

Von der Diode zum Transistor

Die Funktion kann man sich so vorstellen:

Fließt mehr Wasser im Steuerkanal, ist das Wehr ganz geöffnet

Abbildung 117: Steuerkanal öffnet Wehr komplett

EC602: Ein Transistor ist ...

A: ein Laserbauelement.

B: ein Halbleiterbauelement.

C: ein Nichtleiterbauelement.

D: ein Kaltleiterbauelement.

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

A: Emitter, Drain, Source

B: Drain, Gate, Source

C: Gate, Source, Kollektor

D: Emitter, Basis, Kollektor

Bipolarer Transistor und Schaltbild

Merksatz für PNP → Pfeil Nach Platte

Abbildung 118: Schaltbild NPN-Transistor

Abbildung 119: Schaltbild PNP-Transistor

EC607: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: P-Kanal-FET.

B: N-Kanal-FET.

C: NPN-Transistor.

D: PNP-Transistor.

EC606: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: NPN-Transistor.

B: PNP-Transistor.

C: P-Kanal-FET.

D: N-Kanal-FET.

EC605: Welches Schaltzeichen stellt einen bipolaren Transistor dar?

EC609: Wie bezeichnet man die Anschlüsse des abgebildeten Transistors?

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

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

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

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

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: Transistor

C: Diode

D: Transformator

EC603: Was versteht man unter Stromverstärkung beim Transistor?

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

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

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

D: Mit einem geringen Emitterstrom 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 oder -0,6 V

B: 0 V

C: -0,6 V

D: 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: Kollektor

B: Gehäuse

C: Emitter

D: Basis

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?

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

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?

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

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: NPN- und PNP-Transistoren

B: Dual-Gate-MOS-FETs

C: Sperrschicht-FETs

D: Isolierschicht-FETs

Transistor II

Bipolarer Transistor

AC501: Ein bipolarer Transistor ist ...

A: spannungsgesteuert.

B: feldgesteuert.

C: stromgesteuert.

D: thermisch gesteuert.

AC503: Mit welchem Anschluss ist der p-dotierte Bereich eines NPN-Transistors verbunden?

A: Gehäuse

B: Basis

C: Emitter

D: Kollektor

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

A: Emitter

B: Basis

C: Kollektor

D: Gehäuse

AC505: Bei einem bipolaren Transistor in leitendem Zustand befindet sich der Basis-Emitter-PN-Übergang ...

A: im Leerlauf.

B: im Kurzschluss.

C: in Sperrrichtung.

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

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. 540 kΩ

B: ca. 940 kΩ

C: ca. 76,4 kΩ

D: ca. 85,5 kΩ

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: $R_1$

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

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

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

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

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. 540 kΩ

B: ca. 76,4 kΩ

C: ca. 85,5 kΩ

D: ca. 940 kΩ

Lösungsweg

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: $R_1$

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

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

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

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

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

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

A: Damit sich der Basisstrom bei Erwärmung nicht ändert.

B: Damit $R_2$ eine Stromgegenkopplung bewirkt.

C: Damit der Arbeitspunkt stabil bleibt.

D: Damit $R_2$ eine Spannungsgegenkopplung bewirkt

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: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.

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

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

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

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

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

D: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.

Feldeffekttransistor

AC502: Ein Feldeffekttransistor ist ...

A: stromgesteuert.

B: leistungsgesteuert.

C: spannungsgesteuert.

D: optisch gesteuert.

AC506: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

A: Diode

B: Bipolartransistor

C: Feldeffekttransistor

D: Lautsprecher

AC513: Wie bezeichnet man die Anschlüsse des abgebildeten Transistors?

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

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

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

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

AC512: Wie lauten die Bezeichnungen der Anschlüsse eines Feldeffekttransistors?

A: Emitter, Drain, Source

B: Emitter, Basis, Kollektor

C: Drain, Gate, Source

D: Gate, Source, Kollektor

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

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

B: Der Gatestrom steuert den Drainstrom.

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

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

Bauarten FET

AC507: Welche Bezeichnungen für die Bauelemente sind richtig?

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

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

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

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

AC508: Der folgende Transistor ist ein ...

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).

AC509: Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstsperrender N-Kanal-MOSFET?

AC510: Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstleitender N-Kanal-MOSFET?

AC511: Welcher der folgenden Transistoren ist ein selbstleitender P-Kanal-MOSFET?

Rechnungen

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

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: Spannungsteiler über $R_1$ und $R_2$, mit $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}}$

$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2}\\ \nonumber \Rightarrow U_{\textrm{R2}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2} \cdot U_{\textrm{G}}\\ \nonumber &= \frac{1k\Omega}{10k\Omega+1k\Omega} \cdot 44V\\ \nonumber &= \frac{1}{11} \cdot 44V = 4V \end{align}\end{equation}$$

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. 1405 Ω

B: ca. 680 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: $R_2$

$$\begin{equation}\begin{align}\nonumber \frac{U_{\textrm{R1}}}{U_{\textrm{R2}}} &= \frac{R_1}{R_2}\\ \nonumber \Rightarrow R_2 &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{R1}}}\\ \nonumber &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}-U_{\textrm{GS}}}\\ \nonumber &= 10k\Omega \cdot \frac{2,8V}{44V-2,8V}\\ \nonumber &\approx 680\Omega \end{align}\end{equation}$$

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

A: 6,25 W

B: 1 W

C: 2,5 W

D: 0,1 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

AC524: In welcher der folgenden Schaltungen ist die Freilaufdiode richtig eingesetzt?

Halbleiter II

AC402: Wie verhalten sich die Elektronen in einem in Durchlassrichtung betriebenen PN-Übergang?

A: Sie bleiben im N-Bereich.

B: Sie zerfallen beim Übergang.

C: Sie wandern von P nach N.

D: Sie wandern von N nach P.

AB104: Was versteht man unter Halbleitermaterialien?

A: 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.

B: 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.

C: 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.

D: 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.

AB105: Was versteht man unter Dotierung?

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

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

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

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

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

A: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.

B: ein Fehlen von Dotierungsatomen.

C: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.

D: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.

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

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.

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.

AB109: Wie verhält sich die Verarmungszone in der hier dargestellten Halbleiterdiode?

A: Sie erweitert sich.

B: Sie verengt sich.

C: Sie verschwindet.

D: Sie verändert sich nicht.

Integrierte Schaltkreise

AC601: Eine integrierte Schaltung ist ...

A: eine komplexe Schaltung auf einem Halbleitersubstrat.

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

C: eine aus einzelnen Bauteilen aufgebaute vergossene Schaltung.

D: die Zusammenschaltung einzelner Baugruppen zu einem elektronischen Gerät.

Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)

AC602: Welche Bauteile sind in einem Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) enthalten?

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

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 einem Halbleiter-Substrat.

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

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

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

C: Ein MMIC bietet einstellbare Eingangs- und Ausgangsimpedanz.

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

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

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

B: Sie sind nur im Mikrowellenbereich einsetzbar.

C: Die Verstärkung ist bereits ab 0 Hz konstant.

D: Der Verstärkungsbereich ist schmalbandig.

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: 950 Ω

C: 1350 Ω

D: 95 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: 560 Ω

D: 270 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: 47 mW

B: 43 mW

C: 90 mW

D: 52 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

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

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