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 lässt sich mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu lassen sich 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 Foliensatzes. Das hilft, sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefüht 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 das Vollbild wieder verlassen.

Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.

Ausblenden

Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.

Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:

  • Durch Klicken in das Fenster.
  • Durch nochmaliges Drücken von „b“.
  • Durch Klicken der Schaltfläche „Resume presentation“.
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. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.

Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit der 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

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Schematische 3D-Darstellung eines quaderförmigen Blocks mit mittigem blauem Streifen „Dielektrikum“ zwischen zwei grauen Schichten „Elektrode“, links und rechts je eine horizontale Anschlusslinie mit kleinem offenem Kreis. Detaillierte Beschreibung: In der Bildmitte steht ein quaderförmiger Körper in perspektivischer Ansicht. Auf der Frontseite ist ein senkrechter blauer Mittelstreifen zu sehen, der beidseitig von dunkelgrauen Streifen flankiert wird; die übrigen sichtbaren Außenflächen des Quaders sind hellgrau. Oben zeigt ein Pfeil mit der Beschriftung „Dielektrikum“ auf den blauen Streifen; zwei weitere Pfeile mit der Beschriftung „Elektrode“ zeigen auf die beiden grauen Schichten. Aus der linken und rechten Seitenfläche des Quaders führt jeweils eine dünne horizontale Linie nach außen; an den äußeren Enden dieser Linien befindet sich jeweils ein kleiner offener Kreis. Der Hintergrund ist weiß; es gibt keine Achsen, Skalen oder weiteren Beschriftungen.
Abbildung NEAS-8.1.1: 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: Farad (F)

C: Ohm ($\Omega$)

D: Amperestunden (Ah)

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

A: Plattenfläche

B: Plattenabstand

C: Dielektrikum

D: Spannung

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

A: größere Plattenflächen.

B: eine größere Spannung.

C: einen größeren Plattenabstand.

D: eine größere Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums.

EC204: In welchem Fall sinkt die Kapazität eines Plattenkondensators?

A: Bei Erhöhung der angelegten Spannung

B: Bei Vergrößerung des Plattenabstandes

C: Bei Vergrößerung der Plattenoberfläche

D: Bei Vergrößerung der Dielektrizitätszahl

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: Drehkondensator

C: Keramischer Kondensator

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: Styroflexkondensator

B: Elektrolytkondensator

C: Plattenkondensator

D: Keramikkondensator

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 sinkt bis zu einem Minimum und steigt dann wieder.

B: Er steigt.

C: Er sinkt.

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

Phase

Sinusförmige Wechselspannung

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Zusammenfassung: Die Grafik zeigt links einen Kreis mit mehreren farbigen Pfeilen und rechts eine graue Sinuskurve U(t) mit Zeitachse sowie darunter Skalen für Drehwinkel φ in Grad und im Bogenmaß. Details: Links ist ein dünn gezeichneter grauer Kreis mit einem schwarzen Mittelpunkt. Vom Mittelpunkt gehen farbige Pfeile aus: ein gelber Pfeil „A“ zeigt schräg nach oben rechts, ein grüner Pfeil „B“ zeigt nach oben, ein cyanfarbener Pfeil „D“ nach unten, und ein orangefarbener Pfeil „C“ nach links; die Buchstaben „A“, „B“, „C“, „D“ stehen farblich passend neben den Pfeilspitzen. Von der oberen und unteren Kreisposition führen dort ansetzende, punktierte horizontale Linien (grün oben, cyan unten) nach rechts; eine orange punktierte Linie verläuft mittig horizontal nach rechts. Rechts daneben beginnt ein Koordinatensystem mit senkrechter Achse „U“ (Pfeil nach oben) bei t = 0 und einer waagerechten Zeitachse „t“ (beschriftet „Zeit“, Pfeil nach rechts). Auf der Zeitachse sind Markierungen mit Beschriftungen 0, T/4, T/2, 3T/4, T, 5T/4. Eine graue Sinuskurve startet bei t = 0 bei U = 0, steigt zum positiven Maximum nahe T/4, fällt durch 0 bei T/2 zum negativen Minimum nahe 3T/4 und kehrt bei T wieder zu 0 zurück; rechts deutet ein Pfeil die Fortsetzung an. Unter der Zeitachse sind zwei weitere waagerechte Skalen mit Pfeilen nach rechts: „Drehwinkel φ“ mit Teilungen und Beschriftungen 0°, 90°, 180°, 270°, 360°, 450°, sowie darunter „Bogenmaß φ“ mit 0, π/2, π, 3π/2, 2π, 5π/2.
Abbildung NEAS-8.2.1: 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: $\dfrac{3\pi}{2}; 270 °$

B: $3\pi; 180 °$

C: $\dfrac{\pi}{3}; 270 °$

D: $\dfrac{3\pi}{4}; 135 °$

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: 0 °.

B: 45 °.

C: 180 °.

D: 90 °.

Kondensator II

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1. Zusammenfassung: Ein analoges Oszilloskop zeigt zwei phasenverschobene Sinuskurven auf blauem Raster, daneben sind zahlreiche Drehknöpfe und Tasten der Frontplatte sichtbar. 2. Details: Das Gerät ist frontal zu sehen, links der rechteckige CRT-Bildschirm mit feinem, hellblauem Gitter. Auf dem Schirm verlaufen zwei hellblaue Sinuskurven; die obere ist mit „I“ beschriftet und liegt zeitlich vor der unteren, die mit „U“ markiert ist. Eine horizontale Referenzlinie mit Pfeil nach rechts ist mit „t“ gekennzeichnet. Am unteren Bildschirmrand steht der Text „I eilt U um 90 Grad voraus!“. Rechts vom Bildschirm befindet sich die Bedieneinheit mit einem Schalter „POWER on/off“, Drehknöpfen „X-POS.“ und „Y-POS. I“, Tastenfeldern und einem Bereich „CH. I“. Unten rechts ist eine Eingangsbuchse mit der Beschriftung „INPUT 1 MΩ 25 pF“ zu sehen, unten links mehrere Regler wie „INTEN“, „FOCUS“, „MAG.“, „CAL 0.2V“ sowie ein Feld „COMPONENT TESTER“. Das Gehäuse ist hellgrau, die Bedienelemente sind überwiegend in Grau- und Grüntönen.
Abbildung NEAS-8.3.1: 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: Der Strom eilt der Spannung um 45 ° voraus.

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

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

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

Wirkleistung

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Diagramm mit drei sinusförmigen Kurven über der Zeit t; eine blaue, eine orange und eine grüne Kurve, zu denen rechts oben eine Legende mit den Beschriftungen „P“, „I“ und „U“ gehört; die grüne Kurve ist zusätzlich halbtransparent schattiert. Detailbeschreibung: Ein kartesisches Koordinatensystem zeigt eine horizontale Achse mit Pfeil nach rechts und der Beschriftung „t“ sowie eine vertikale Achse mit Pfeil nach oben; es gibt kurze, unbeschriftete Teilstriche, aber keine Zahlenwerte. Rechts oben steht eine Legende: ein kurzer grüner Linienzug mit „P“, ein orangefarbener Linienzug mit „I“ und ein blauer Linienzug mit „U“. Drei glatte Sinuskurven verlaufen über die Breite: Die blaue Kurve hat die größte Amplitude und die längste Wellenlänge; sie startet links nahe bei Null und steigt an. Die orange Kurve hat etwas kleinere Amplitude und eine ähnliche Wellenlänge wie die blaue, ist jedoch phasenverschoben; links befindet sie sich über der Nulllinie und fällt ab, während die blaue steigt. Die grüne Kurve hat die kleinste Amplitude und eine kürzere Wellenlänge (sie schwingt häufiger als die blaue und orange Kurve); die Fläche zwischen der grünen Kurve und der horizontalen Nulllinie ist halbtransparent grün schattiert, sowohl oberhalb als auch unterhalb der Nulllinie, entsprechend dem Vorzeichen der Kurve.
Abbildung NEAS-8.3.2: 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: 0,75 W

B: 0,9 W

C: 9 W

D: Näherungsweise 0 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 NTC-Widerstand

B: Der Metalloxidwiderstand

C: Der Wirkwiderstand

D: Der Blindwiderstand

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

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

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

D: positiv und unabhängig 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: 31,8 Ohm

B: 1,59 kOhm

C: 159 Ohm

D: 318 Ohm

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 10 pF$
  • gegeben: $f = 100 MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100MHz \cdot 10pF}\\ &\approx 159\Omega \end{split}$$
AC105: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 50 pF bei einer Frequenz von 145 MHz ?

A: ca. 18,2 kOhm

B: ca. 0,045 Ohm

C: ca. 69 Ohm

D: ca. 22 Ohm

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 50 pF$
  • gegeben: $f = 145 MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 145MHz \cdot 50pF}\\ &\approx 22\Omega \end{split}$$
AC106: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 100 pF bei einer Frequenz von 100 MHz?

A: ca. 159 Ohm

B: ca. 3,2 Ohm

C: ca. 15,9 Ohm

D: ca. 31,8 Ohm

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 100 pF$
  • gegeben: $f = 100 MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 100MHz \cdot 100pF}\\ &\approx 15,9\Omega \end{split}$$
AC107: Wie groß ist der Betrag des kapazitiven Blindwiderstands eines Kondensators mit 100 pF bei einer Frequenz von 435 MHz ?

A: ca. 0,27 Ohm

B: ca. 3,7 Ohm

C: ca. 27,3 kOhm

D: ca. 11,5 Ohm

Lösungsweg

  • gegeben: $C = 100 pF$
  • gegeben: $f = 435 MHz$
  • gesucht: $X_{\textrm{C}}$
$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 435MHz \cdot 100pF}\\ &\approx 3,7\Omega \end{split}$$
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. 0,45 μF

C: ca. 6,37 μF

D: ca. 0,637 μF

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 16 V$
  • gegeben: $I = 32 mA$
$$X_{\textrm{C}} = \frac{U}{I} = \frac{16V}{32mA} = 500\Omega$$
$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} \\ \Rightarrow C &= \frac{1}{\omega \cdot X_{\textrm{C}}} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot X_{\textrm{C}}}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot 50Hz \cdot 500\Omega}\\ &\approx 6,37\mu F\end{split}$$

Kondensatorverluste

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurzfassung: Schemazeichnung eines realen Kondensators mit parallel geschaltetem Isolationswiderstand sowie in Serie angeordnetem Widerstand und einer Induktivität, begleitet von erklärendem Text. 2) Detaillierte Beschreibung: Auf weißem Hintergrund steht oben groß „Ersatzschaltbild eines realen Kondensators!“. Rechts daneben/ darunter steht in Klammern „(Equivalent Series Resistance)“, wobei „ESR“ farblich hervorgehoben und wellig unterstrichen ist. Links zeigt ein Schaltbild zwei Anschlussklemmen mit einem Kondensatorsymbol „C“, parallel dazu ein Widerstand mit der Beschriftung „Risol“; dieser Teil ist mit einem roten Kreis markiert. Rechts davon sind in Serie ein Widerstand „RESR“ und eine Spule „LESL“ angeordnet; dieser Teil ist mit einem blauen Kreis markiert. Unten rechts erscheint roter Text: „Ideal: tan δ = 0 bei ESR = 0 Ω!“. Alle Schaltlinien und Bauteilsymbole sind schwarz.
Abbildung NEAS-8.3.3: 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: Nein, bei Wechselstrom treten keine Verluste auf.

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

D: Ja, infolge von Verlusten in Dielektrikum und Zuleitung

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

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

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, beispielsweise im Vakuum entstehen keine Induktivitäten.

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

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

D: Ja, solange der Blindwiderstand 0 Ohm 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
EA102: Welche Einheit wird üblicherweise für die Induktivität verwendet?

A: Amperestunden (Ah)

B: Henry (H)

C: Farad (F)

D: Ohm ($\Omega$)

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 48 μH.

D: Die Induktivität steigt auf 24 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: 48 μH

B: 3 μH

C: 24 μH

D: 6 μH

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

A: Durch Auseinanderziehen der Spule in Längsrichtung.

B: Durch Stauchen der Spule in Längsrichtung.

C: Durch Einbau der Spule in einen Abschirmbecher.

D: Durch Einführen eines Kupferkerns in die Spule.

EB205: Welcher Effekt verringert die Induktivität einer von hochfrequentem Strom durchflossenen Spule beim Einführen eines Kupfer- oder Aluminiumkerns?

A: Das hochfrequente Magnetfeld kann nicht in den Kern eindringen, was den Querschnitt des Feldes verringert.

B: Kupfer und Aluminium sind nicht magnetisch und haben keinen Einfluss auf das Feld.

C: Kupfer und Aluminium sind ferromagnetisch und schwächen das Feld ab.

D: Das leitfähige Metall schließt das Feld kurz, sodass es im Inneren der Spule verschwindet.

EB204: Welcher der nachfolgenden Werkstoffe ist bei Raumtemperatur ein ferromagnetischer Stoff?

A: Kupfer

B: Chrom

C: Aluminium

D: Eisen

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 kurz auf und geht wieder aus. Lampe 1 leuchtet.

B: leuchten Lampe 1 und Lampe 2 genau gleichzeitig.

C: leuchtet Lampe 1 zuerst.

D: leuchtet Lampe 2 zuerst.

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 steigt.

B: Er sinkt.

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

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

Spule II

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurze Zusammenfassung: Ein analoges Oszilloskop zeigt auf einem blauen Gitter zwei phasenverschobene Sinuskurven mit den Beschriftungen „U“ und „I“, daneben sind diverse Bedienelemente und ein BNC‑Eingang sichtbar. 2) Detaillierte Beschreibung: Das Gerät ist beige/grau, links die rechteckige Bildröhre mit blauem Graticule. Auf dem Schirm verlaufen zwei helle, cyanfarbene Sinuskurven mit gleicher Amplitude; über den Kurven stehen die Buchstaben „U“ (links) und „I“ (rechts). Eine schwarze horizontale Linie mit Pfeil nach rechts trägt die Beschriftung „t“. Unterhalb des Bildschirms steht in kleiner Schrift „U eilt I um 90 Grad voraus!“. Rechts neben dem Schirm befindet sich ein Bedienfeld mit Drehknöpfen, Schaltern und Tastern; gut lesbar sind u. a. „Y-POS. I“, „CH.1“ mit einem Kippschalter „AC / GD / DC“, sowie unten ein Anschlussfeld „INPUT 1 MΩ 25 pF“ mit BNC-Buchse. Unter dem Schirm sind weitere Regler mit Beschriftungen wie „FOCUS“, „INTEN“, „CAL 0.2V / 2V“ und ein Bereich „COMPONENT TESTER“. Die Front enthält mehrere Skalenringe, Kippschalter und farbige Tasten, insgesamt deutet alles auf ein klassisches, analoges Messgerät.
Abbildung NEAS-8.5.1: 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 90 ° voraus.

B: um 90 ° nach.

C: um 45 ° nach.

D: um 45 ° voraus.

Wirkleistung

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. 1) Kurzzusammenfassung: Drei sinusförmige Kurven mit den Legenden U (blau), I (orange) und P (grün) sind über der Zeitachse t dargestellt; die Fläche zwischen der grünen Kurve und der Nulllinie ist abwechselnd ober- und unterhalb schattiert. 2) Detaillierte Beschreibung: Ein kartesisches Koordinatensystem mit vertikaler Achse (Pfeil nach oben) und horizontaler Achse (Pfeil nach rechts) zeigt in der Mitte eine durchgehende horizontale Nulllinie; rechts neben dem Pfeil der Horizontalachse steht kursiv t. Im rechten oberen Bildbereich befindet sich eine Legende: ein grüner Linienstrich mit der Beschriftung P, ein orangefarbener mit I und ein blauer mit U (alle kursiv). Über die gesamte Breite verlaufen drei glatte Sinuskurven: Die blaue Kurve U besitzt die größte Amplitude und die längste Wellenlänge (etwa eineinhalb Perioden im Bild), die orange Kurve I hat kleinere Amplitude und ist gegenüber U phasenverschoben, und die grüne Kurve P hat die kleinste Amplitude und ungefähr die doppelte Frequenz der blauen (sie zeigt etwa drei Perioden im Bild). Die grüne Kurve schneidet die Nulllinie mehrfach; die Fläche zwischen der grünen Kurve und der Nulllinie ist halbtransparent grün gefüllt, sowohl oberhalb als auch unterhalb der Nulllinie, wodurch sich abwechselnde, linsenförmige Schattierungen ergeben.
Abbildung NEAS-8.5.2: 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: negativ und unabhängig von der Induktivität und der anliegenden Frequenz.

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

D: positiv 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 Wechselspannung wirkt nur der Wechselstromwiderstand der Spule. Beim Betrieb mit Gleichspannung wird nur der ohmsche Widerstand $X_{\textrm{L}}$ wirksam. Der Strom wird größer.

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

C: 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.

D: 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.

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

A: ca. 942,0 Ohm

B: ca. 1885 Ohm

C: ca. 1,942 Ohm

D: ca. 1885 kOhm

Lösungsweg

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

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: Ferrit bestehen.

B: Stahl bestehen.

C: diamagnetischem Material bestehen.

D: Kunststoff 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: 0,294 μH

B: 2,94 nH

C: 29,4 nH

D: 2,94 μH

Lösungsweg

  • gegeben: $N = 14$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 1,5 nH$
  • gesucht: $L$
$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 14^2 \cdot 1,5nH\\ &= 0,294\mu H \end{split}$$
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: 112,5 μH

B: 1,125 mH

C: 11,25 mH

D: 112,5 mH

Lösungsweg

  • gegeben: $N = 300$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 1250 nH$
  • gesucht: $L$
$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 300^2 \cdot 1250nH\\ &= 112,5mH \end{split}$$
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: 2828

B: 89

C: 3

D: 53

Lösungsweg

  • gegeben: $L = 2 mH$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 250 nH$
  • gesucht: $N$
$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{2mH}{250nH}} \\ &= 89\ \textrm{Windungen} \end{split}$$
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: 360

B: 6

C: 20

D: 400

Lösungsweg

  • gegeben: $L = 12\mu H$
  • gegeben: $A_{\textrm{L}} = 30 nH$
  • gesucht: $N$
$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{12\mu H}{30nH}} \\ &= 20\ \textrm{Windungen} \end{split}$$

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

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

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

Scheinwiderstand

  • Reihenschaltung von Blindwiderstand und Wirkwiderstand → Scheinwiderstand $Z$
  • Tritt nur bei Wechselspannung auf
  • Kann nicht mit einem Ohm-Meter gemessen werden
  • Spule in der Funktechnik → Impedanz
  • Antennenimpedanz, Eingangs- und Ausgangsimpedanz, Impedanzwandler, …
  • Impedanz Z in Ω

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Vektordiagramm eines rechtwinkligen Impedanzdreiecks mit den Achsen R und X_L, dem diagonalen Zeiger Z sowie den Markierungen I und φ. Detailbeschreibung: Unten verläuft eine schwarze horizontale Achse nach rechts, mit der Beschriftung R; am rechten Ende steht eine schwarze vertikale Achse nach oben, beschriftet X_L. Vom linken unteren Eckpunkt führt eine blaue Diagonale mit Pfeilspitze schräg nach oben rechts zur Spitze der vertikalen Achse und ist mit Z gekennzeichnet. Auf der unteren Horizontalen liegt ein roter Pfeil nach rechts, beschriftet I. Zwischen der roten Horizontalen und der blauen Diagonalen ist am linken Eck der Winkel φ in Magenta eingezeichnet.
Abbildung NEAS-8.5.3: 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: Farad

B: Ohm

C: Henry

D: Siemens

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: einen hohlen Kupferkern aufweisen.

B: in einem isolierenden Kunststoffgehäuse untergebracht werden.

C: einen abgestimmten Kunststoffkern aufweisen.

D: in einem leitenden Metallgehäuse untergebracht werden.

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 22 V

C: Etwa 1 V

D: Etwa 15 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: 9,2 V

B: 46 V

C: 23 V

D: 1150 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: 30 Windungen

B: 52 Windungen

C: 20 Windungen

D: 180 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

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzbeschreibung: Ein Transformator mit zwei Wicklungen und seitlichen Anschlussleisten, von oben auf weißem Hintergrund fotografiert. Detaillierte Beschreibung: Das Gerät besteht aus einem rechteckigen Blechkern mit zwei nebeneinander liegenden Spulenkörpern, die mit blaugrünem Isoliermaterial umwickelt sind. Auf der oberen Spule klebt mittig ein gelber Streifen, auf der unteren Spule ein hellblaues Etikett mit der Aufschrift „Trafo SU 60 b“ und „Material-Nr. 31-024“. An beiden Stirnseiten befinden sich helle Kunststoffträger mit Reihen von metallischen Lötfahnen; daran sind feine, lackierte Kupferdrähte angeschlossen, teils mit sichtbaren Lötstellen und leichten Anlaufspuren. Links führen zwei rote flexible Leitungen zu einer Anschlussseite; daneben ist ein kleines blaues zylindrisches Element zu sehen. Unten sind Montagewinkel mit Schrauben erkennbar. Der Hintergrund ist einheitlich weiß, das Foto zeigt das Bauteil leicht von oben.
Abbildung NEAS-8.7.1: Trafo mit sichtbar getrennten Wicklungen

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 konstanter Gleichstrom durch eine magnetisch gekoppelte benachbarte Spule fließt.

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

D: sich die Spule in einem konstanten Magnetfeld befindet.

Das Verhältnis der Windungen zwischen Primär- und Sekundärseite ist wie das Verhältins der Spannung zwischen Primär- zu Sekundärseite, aber wie das Verhältnis der Ströme zwischen Sekundär- zu Primärseite:

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

Das Verhältnis der Primär- zur Sekundärimpedanz ist wie die obigen Verhältnisse zum Quadrat:

$$ü = \frac{Z_P}{Z_S} = (\frac{N_P}{N_S})^2 = (\frac{U_P}{U_S})^2 = (\frac{I_S}{I_P})^2$$

Oder nach Ziehung der Wurzel:

$$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P} = \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}}$$
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: 33,3 mA

B: 0,83 mA

C: 30 mA

D: 22,7 mA

Lösungsweg

  • gegeben: $U_P = 230 V$
  • gegeben: $U_S = 6 V$
  • gegeben: $I_S = 1,15 A$
  • gesucht: $I_P$
$$\begin{split} \frac{U_P}{U_S} &= \frac{I_S}{I_P} \\ \Rightarrow I_P &= \frac{I_S \cdot U_S}{U_P} = \frac{1,15A \cdot 6V}{230V} \\ &= 30mA \end{split}$$
AC303: In dieser Schaltung beträgt $R$=16 kOhm. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen a und b beträgt im Idealfall ...

A: 64 kOhm.

B: 4 kOhm.

C: 16 kOhm.

D: 1 kOhm.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_S = 16k\Omega$
  • gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
  • gesucht: $Z_P$
$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 16k\Omega \\ &= \frac{16k\Omega}{16} = 1k\Omega \end{split}$$
AC304: In dieser Schaltung beträgt $R$=6,4 kOhm. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen a und b beträgt im Idealfall ...

A: 26 kOhm.

B: 1,6 kOhm.

C: 0,4 kOhm.

D: 6,4 kOhm.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_S = 6,4k\Omega$
  • gegeben: $ü = \frac{1}{4}$
  • gesucht: $Z_P$
$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot 6,4k\Omega \\ &= \frac{6,4k\Omega}{16} = 0,4k\Omega \end{split}$$
AC305: Für die Anpassung einer Antenne mit einem Fußpunktwiderstand von 450 Ohm an eine 50 Ohm-Übertragungsleitung sollte ein Übertrager mit einem Windungsverhältnis von ...

A: 3:1 verwendet werden.

B: 16:1 verwendet werden.

C: 9:1 verwendet werden.

D: 4:1 verwendet werden.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_P = 450\Omega$
  • gegeben: $Z_S = 50\Omega$
  • gesucht: $ü$
$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{450\Omega}{50\Omega}} \\ &= \sqrt{\frac{9}{1}} = \frac{3}{1} \end{split}$$
AC306: Für die Anpassung einer 50 Ohm Übertragungsleitung an eine endgespeiste Halbwellenantenne mit einem Fußpunktwiderstand von 2,5 kOhm wird ein Übertrager verwendet. Er sollte in etwa ein Windungverhältnis von ...

A: 1:14 aufweisen.

B: 1:7 aufweisen.

C: 1:3 aufweisen.

D: 1:49 aufweisen.

Lösungsweg

  • gegeben: $Z_P = 50\Omega$
  • gegeben: $Z_S = 2,5k\Omega$
  • gesucht: $ü$
$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{50\Omega}{2,5k\Omega}} \\ &= \sqrt{\frac{1}{50}} \approx \frac{1}{7} \end{split}$$

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: $\frac{12 A}{0,75 mm^2}$
  • 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. 1,96 A

D: ca. 0,49 A

Lösungsweg

  • gegeben: $d = 0,5 mm$
  • gegeben: Stromdichte $\frac{I}{A} = \frac{2,5 A}{1 mm^2}$
  • 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 hohe Induktivität.

B: eine geringe Impedanz.

C: eine hohe Kapazität.

D: einen hohen Widerstand.

EC502: Wofür können Halbleiterdioden beispielsweise verwendet werden?

A: zur Gleichrichtung von Wechselspannung

B: als Widerstand in Netzteilen

C: zur Speicherung von Wechselströmen

D: als Verstärker in Stromversorgungen

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

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

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

B: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz.

C: Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

D: Sehr hohe Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz.

Kennlinien

EC506: Welche Diode wird durch Kennlinie 2 charakterisiert?

A: Siliziumdiode

B: Schottkydiode

C: Leuchtdiode

D: Germaniumdiode

EC507: Welche Diode wird durch Kennlinie 3 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Schottkydiode

C: Leuchtdiode

D: Siliziumdiode

EC508: Welche Diode wird durch Kennlinie 4 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Leuchtdiode

C: Schottkydiode

D: Siliziumdiode

EC505: Welche Diode wird durch Kennlinie 1 charakterisiert?

A: Germaniumdiode

B: Leuchtdiode

C: Siliziumdiode

D: Schottkydiode

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: Leistungsüberwachung

C: Spannungserhöhung

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: 250 Ohm.

B: 70 Ohm.

C: 180 Ohm.

D: 320 Ohm.

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 Ohm/0,1 W

B: 150 Ohm/0,1 W

C: 70 Ohm/0,06 W

D: 150 Ohm/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
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 Stromstabilisierung

B: Zur Zweiwegstabilisierung

C: Zur Leistungsstabilisierung

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?
A:
B:
C:
D:

Vorwiderstand

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan mit zwei parallelen horizontalen Leitern; der obere mit einem Schaltzeichen für einen Widerstand „R_V“. Rechts des Widerstands zweigt ein vertikaler Leiter mit einem Schaltzeichen für eine Zener-Diode (Z-Diode) ab. In diesem Leiter oberhalb der Z-Diode Beschriftung „I_Z“ mit Pfeil nach unten. Dieser Leiter führt auf den unteren horizontalen Leiter. Oberer horizontaler Leiter mit Anschlusspunkten links „+13,8 V“ und rechts „+5 V“. Unterer horizontaler Leiter mit Anschlusspunkten links „0 V“ und rechts ohne Beschriftung. Im linken Teil der Abbildung ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_1“, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_Z“. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan besteht aus zwei parallelen horizontalen Leitern. Der obere Leiter enthält ein Schaltzeichen bestehend aus einem Rechteck (Widerstand), beschriftet mit „R_V“. Rechts des Widerstands zweigt ein Leiter ab mit einem Schaltzeichen bestehend aus einem nach oben gerichteten Dreieck und darüber einem horizontalen Strich mit kleinem Strich nach unten am rechten Ende (Zener-Diode oder Z-Diode). In diesem vertikalen Leiter gibt es oberhalb der Z-Diode die Beschriftung „I_Z“ mit Pfeil nach unten. Der vertikale Leiter führt auf den unteren horizontalen Leiter. Der obere horizontale Leiter hat zwei Anschlusspunkte, links mit „+13,8 V“ und rechts mit „+5 V“ beschriftet. Der untere horizontale Leiter hat ebenfalls zwei Anschlusspunkte, links mit „0 V“ beschriftet und rechts ohne Beschriftung. Im linken Teil der Abbildung ist ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_1“ zu sehen, im rechten Teil ein vertikaler Pfeil mit der Beschriftung „U_Z“.
Abbildung NEAS-8.8.7: 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. 3,41 \milliOhm

B: ca. 167 Ohm

C: ca. 293 Ohm

D: ca. 460 Ohm

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 Ohm.

B: ca. 202 Ohm.

C: ca. 364 Ohm.

D: ca. 235 Ohm.

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. Bor, Phosphor) oder bei hohen Temperaturen nimmt jedoch ihre Leitfähigkeit ab.

B: 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.

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.

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

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzzusammenfassung: Schematische Rastergrafik mit neun Knotenpunkten; an acht Knoten steht „Si“ und am mittleren Knoten „P“, jeweils in grauen Kreisen mit kleinen blauen Punkten darum. Detaillierte Beschreibung: Ein quadratisches 3×3-Raster aus senkrechten und waagerechten, grau gestrichelten Linien. An jedem der neun Kreuzungspunkte befindet sich ein hellgrauer Kreis mit schwarzer Beschriftung. In acht Kreisen steht „Si“ (oben links, oben Mitte, oben rechts; Mitte links, Mitte rechts; unten links, unten Mitte, unten rechts). Im mittleren Kreis steht „P“. Um jeden „Si“-Kreis sind vier kleine blaue Punkte gleichmäßig auf dem Kreis verteilt (oben, rechts, unten, links). Um den „P“-Kreis sind insgesamt fünf blaue Punkte zu sehen: vier davon wie bei den „Si“-Kreisen auf den Kardinalpositionen am Kreis, plus ein zusätzlicher kleiner blauer Punkt knapp rechts außerhalb des Kreises. Die Hintergrundfläche ist weiß.
Abbildung NEAS-8.9.2: n-Dotierung mit Phosphor

AB105: Was versteht man unter Dotierung?

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

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

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

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: ein Fehlen von Dotierungsatomen.

B: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.

C: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.

D: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.

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

A: ein Fehlen von Dotierungsatomen.

B: einen Überschuss an beweglichen Elektronenlöchern.

C: einen Überschuss an beweglichen Elektronen.

D: ein Fehlen von Atomen im Gitter des Halbleiterkristalls.

Kombination

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Schematische Darstellung einer PN-Grenzschicht mit den Beschriftungen „P“, „Diffusion“ und „N“ sowie einem Diodensymbol darunter. Detailbeschreibung: Ein horizontaler, von zwei Anschlussleitungen durchquerter Rechteckblock ist in drei Zonen geteilt: links ein rotes Feld mit der Beschriftung „P“ (oben) und sechs roten, leeren Kreisen; rechts ein blaues Feld mit der Beschriftung „N“ (oben) und sechs blauen, ausgefüllten Punkten; in der Mitte eine graue Sperrschicht mit einer dunklen, schmalen Doppellinie. Über der Mitte steht „Diffusion“. Innerhalb des Blocks zeigen ein roter waagerechter Pfeil nach rechts und ein blauer waagerechter Pfeil nach links. In der Sperrschicht sind ein blaues „−“ auf der linken Seite und ein rotes „+“ auf der rechten Seite zu sehen; darunter steht ein gelbes „E“ neben einem gelben Pfeil nach links. Unter dem Block ist das Diodensymbol dargestellt: ein nach rechts weisendes Dreieck vor einer senkrechten Linie.
Abbildung NEAS-8.9.4: 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 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.

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 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.

pn-Diode in Durchlassrichtung

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Schematische Schaltung mit einem zweigeteilten, farbigen Rechteck oben beschriftet „P“ und „N“, einer Spannungsquelle unten und zwei Pfeilen mit den Texten „tech.“ und „phys.“ für Richtungen. Detailbeschreibung: Ein rechteckiger, geschlossener Stromkreis ist mit einer dünnen schwarzen Linie gezeichnet. Im oberen horizontalen Zweig sitzt mittig ein breites Rechteck als Bauteil, links rötlich gefärbt und mit „P“ beschriftet, rechts hellblau gefärbt und mit „N“ beschriftet; die seitlichen Leitungen gehen jeweils an die linke und rechte Seite dieses Rechtecks. Im unteren horizontalen Zweig ist in der Mitte ein Batteriesymbol (zwei parallele, vertikale Linien) eingezeichnet. Über diesem Symbol steht „U“ mit einem nach rechts gerichteten Pfeil. Links unten am Leiter steht in roter Schrift „tech.“ mit einem nach links gerichteten Pfeil, rechts unten am Leiter steht in blauer Schrift „phys.“ mit einem nach rechts gerichteten Pfeil. Hintergrund weiß, Leitungen und Umrisse schwarz.
Abbildung NEAS-8.9.5: 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 zerfallen beim Übergang.

C: Sie bleiben im N-Bereich.

D: Sie wandern von N nach P.

pn-Diode im Sperrbetrieb

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Schematische Zeichnung eines rechteckigen Stromkreises mit einem oben eingesetzten Block, der mit „P“ und „N“ beschriftet ist, und einer unten eingezeichneten Spannungsquelle mit dem Hinweis „U“ und einem Pfeil nach links. Detaillierte Beschreibung: Ein rechteckiger Leitungsrahmen bildet einen geschlossenen Stromkreis. Oben in der Mitte sitzt ein horizontaler, rechteckiger Block, der links mit „P“ und rechts mit „N“ beschriftet ist; in der Mitte verläuft eine senkrechte Trennlinie. Am linken Rand des Blocks ist ein schmaler, rötlicher Streifen, am rechten Rand ein schmaler, hellblauer Streifen; die Bereiche zwischen den farbigen Streifen und der Mittellinie sind grau. Der Block ist links und rechts mit den Leitungen des Rahmens verbunden. Unten in der Mitte liegt ein Batteriesymbol (zwei parallele vertikale Platten, links eine kürzere ausgefüllte, rechts eine längere Linie) im unteren Leiterzug. Über der Batterie steht „U“ mit einem nach links gerichteten Pfeil. Es sind keine Zahlenwerte oder Achsen angegeben.
Abbildung NEAS-8.9.6: 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: die Halbierung des Stromflusses.

B: den Elektronenfluss von N nach P.

C: den Elektronenfluss von P nach N.

D: keinen Stromfluss.

Temperatur

  • Bei höherer Temperatur gibt es mehr freie Elektronen
  • Der Sättigungsstrom steigt mit steigender Temperatur
  • Aber die Beweglichkeit ändert sich
  • Dadurch sinkt die Durchlassspannung (mit ca. −2 mV/°C)
AC403: Wie verhält sich die Durchlassspannung einer Diode in Abhängigkeit von der Temperatur?

A: Die Spannung steigt bei steigender Temperatur.

B: Die Spannung ist unabhängig von der Temperatur.

C: Die Spannung sinkt bei steigender Temperatur.

D: Die Spannung oszilliert mit 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 abnehmendem Durchlassstrom zu.

B: Sie nimmt mit abnehmender Sperrspannung zu.

C: Sie nimmt mit zunehmendem Durchlassstrom zu.

D: Sie nimmt mit zunehmender Sperrspannung zu.

Spannungsbegrenzung

  • Antiparallele Dioden
  • Begrenzung der Amplitude einer Wechselspannung
  • Silizium: ca. 0,6 V Schwellspannung
  • Germanium: ca. 0,3 V 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: Blindwiderstand

B: Fotowiderstand

C: Kapazitätsdiode

D: Fotodiode

Optokoppler

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

A: die galvanische Entkopplung zweier Stromkreise durch Licht.

B: die Signalanzeige durch Licht.

C: die Erzeugung von Gleichstrom durch Licht.

D: die Erzeugung von hochfrequentem Wechselstrom 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 Halbleiterbauelement.

B: ein Nichtleiterbauelement.

C: ein Kaltleiterbauelement.

D: ein Laserbauelement.

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

A: Gate, Source, Kollektor

B: Emitter, Basis, Kollektor

C: Drain, Gate, Source

D: Emitter, Drain, Source

Bipolarer Transistor und Schaltbild

Merksatz für PNP → Pfeil Nach Platte

EC607: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: P-Kanal-FET.

B: N-Kanal-FET.

C: PNP-Transistor.

D: NPN-Transistor.

EC606: Bei diesem Bauelement handelt es sich um einen

A: PNP-Transistor.

B: N-Kanal-FET.

C: P-Kanal-FET.

D: NPN-Transistor.

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

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

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

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

D: 1 = Emitter, 2 = Basis, 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: Diode

C: Transistor

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 Kollektorstrom gesteuert.

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

D: Mit einem geringen Emitterstrom wird ein großer Basisstrom 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 V

B: 0,6 V

C: 0,6 V oder -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: Gehäuse

B: Emitter

C: Kollektor

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?
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: NPN- und PNP-Transistoren

B: Isolierschicht-FETs

C: Sperrschicht-FETs

D: Dual-Gate-MOS-FETs

Transistor II

Bipolarer Transistor

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Kurzfassung: Zwei nebeneinander stehende Transistorsymbole im Kreis, links mit der Beschriftung „NPN“, rechts „PNP“, jeweils mit den Anschlussbuchstaben „B“, „C“ und „E“. Detailbeschreibung: Auf weißem Hintergrund sind zwei identische Kreis-Symbole mit Transistordarstellungen gezeigt, links das Symbol mit der darunter stehenden Beschriftung „NPN“, rechts das Symbol mit „PNP“. Bei beiden Symbolen ist links am Kreis ein horizontaler Anschluss mit der Buchstabenbeschriftung „B“, oben ein kurzer senkrechter Anschluss mit „C“ und unten ein kurzer senkrechter Anschluss mit „E“ (die Buchstaben „B“, „C“ und „E“ sind hellgrau dargestellt). Im Inneren beider Kreise verläuft eine kurze senkrechte Linie vom linken Rand (Basis) nach innen; von dieser Linie zweigt oben eine schräge Leitung zum oberen Anschluss (Kollektor) ab und unten eine schräge Leitung zum unteren Anschluss (Emitter). Beim linken Symbol („NPN“) befindet sich am unteren schrägen Zweig ein Pfeil, der vom inneren Knoten in Richtung des unteren Anschlusses „E“ zeigt (nach außen). Beim rechten Symbol („PNP“) zeigt der Pfeil am unteren schrägen Zweig in die entgegengesetzte Richtung, also vom unteren Anschluss „E“ zum inneren Knoten (nach innen). Zwischen den beiden Symbolen ist ein deutlicher horizontaler Abstand.
Abbildung NEAS-8.12.1: 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: Basis

C: Kollektor

D: Emitter

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

A: Emitter

B: Kollektor

C: Basis

D: Gehäuse

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: spannungsgesteuert.

B: thermisch gesteuert.

C: feldgesteuert.

D: stromgesteuert.

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 Durchlassrichtung.

C: in Sperrrichtung.

D: im Kurzschluss.

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. 680 kOhm

B: ca. 2,3 kOhm

C: ca. 68 kOhm

D: ca. 715 kOhm

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: $U = 12 V$
  • gegeben: $I_{\textrm{C}} = 5 mA$
  • gegeben: $B = 298$
  • gegeben: $U_{\textrm{BE}} = 0,6 V$
  • 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 kOhm

B: ca. 940 kOhm

C: ca. 76,4 kOhm

D: ca. 85,5 kOhm

Arbeitspunktstabilisation

Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. Schaltplan mit einem Transistor in der Mitte, markiert mit einem Pfeil für den Strom IC. Links davon befinden sich zwei vertikale Widerstände, R1 und R2, sowie ein horizontaler Kondensator C1. Rechts oben vom Transistor ist ein weiterer Widerstand RC und rechts daneben ein Kondensator C2. Eine Spannungsquelle ist oben links eingezeichnet und zeigt positive und negative Anschlüsse. Ein Pfeil zeigt 0,6 V an einem Punkt zwischen R2 und dem Transistor.
Abbildung NEAS-8.12.2: 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 Spannungsgegenkopplung bewirkt

B: Damit $R_2$ eine Stromgegenkopplung bewirkt.

C: Damit sich der Basisstrom bei Erwärmung nicht ändert.

D: Damit der Arbeitspunkt stabil bleibt.

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 10 V$
  • gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2 mA$
  • 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. 76,4 kOhm

B: ca. 85,5 kOhm

C: ca. 540 kOhm

D: ca. 940 kOhm

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: $U = 10 V$
  • gegeben: $I_{\textrm{C}} = 2 mA$
  • 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: Es fließt kein Kollektorstrom mehr. Die Kollektorspannung steigt auf die Betriebsspannung an.

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

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

D: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.

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

B: Es fließt Kurzschlussstrom. Der Transistor wird zerstört.

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

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

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. 0,1 V

Feldeffekttransistor (FET)

1) Kurzbeschreibung: Zwei Schaltzeichen („1“ und „2“), jeweils mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts; linker Anschluss beim linken Schaltzeichen mit Pfeil nach rechts, beim rechten Schaltzeichen mit Pfeil nach links. 2) Ausführliche Beschreibung: Zwei Schaltzeichen /“1“ und „2“) bestehen aus einem Kreis mit einer vertikalen Linie links im Kreis. Von links führt ein Anschluss horizontal in den Kreis und trifft im unteren Bereich auf diese vertikale Linie. Im linken Schaltzeichen besitzt dieser Anschluss einen Pfeil in Richtung auf die Linie, im rechten Schaltzeichen zeigt der Pfeil von der Linie weg. Von der vertikalen Linie gehen im Kreis zwei parallele horizontale Linien nach rechts. Die obere endet an einem kurzen vertikalen Anschluss nach oben, die untere an einem kurzen vertikalen Anschluss nach unten.
Abbildung NEAS-8.12.3: Schaltbilder für Feldeffekttransistoren

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

A: leistungsgesteuert.

B: stromgesteuert.

C: optisch gesteuert.

D: spannungsgesteuert.

AC506: Welches Bauteil wird durch das Schaltzeichen symbolisiert?

A: Lautsprecher

B: Diode

C: Bipolartransistor

D: Feldeffekttransistor

Anschlüsse des FET

  • Source Quelle für die Ladungsträger im Kanal
  • Drain Abfluss der Ladungsträger im Kanal
  • Gate steuert den Fluss der Ladungsträger im Kanal
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: Gate, Source, Kollektor

D: Drain, Gate, Source

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

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

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

C: Der Gatestrom steuert den Drainstrom.

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

1) Kurzbeschreibung: Schaltzeichen mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts sowie einem Pfeil nach rechts. 2) Ausführliche Beschreibung: Das Schaltzeichen besteht aus einem Kreis mit einer vertikalen Linie links im Kreis. Von links führt ein Anschluss von außen horizontal in den Kreis und trifft im unteren Bereich auf diese vertikale Linie. Parallel zu dieser Linie gibt es eine weitere vertikale Linie, von der drei parallele horizontale Linien nach rechts führen. Die obere endet an einem kurzen vertikalen Anschluss nach oben, die mittlere weist einen Pfeil nach rechts von der vertikalen Linie weg auf und ist im Kreis mit der unteren horizontalen Linie verbunden. Die untere horizontale Linie hat einen kurzen vertikalen Anschluss nach unten.
Abbildung NEAS-8.12.4: Selbstleitender p-Kanal MOSFET
1) Kurzbeschreibung: Schaltzeichen mit einem Kreis, einem Anschluss links und zwei Anschlüssen rechts sowie einem Pfeil zur Mitte. 2) Ausführliche Beschreibung: Das Schaltzeichen besteht aus einem Kreis mit einer vertikalen Linie links im Kreis. Von links führt ein Anschluss von außen horizontal in den Kreis und trifft im unteren Bereich auf diese vertikale Linie. Parallel zu dieser Linie gibt es drei kleine vertikale Striche, von denen jeweils eine parallele horizontale Linie nach rechts führt. Die obere endet an einem kurzen vertikalen Anschluss nach oben, die mittlere weist einen Pfeil nach links zur vertikalen Linie auf und ist im Kreis mit der unteren horizontalen Linie verbunden. Die untere horizontale Linie hat einen kurzen vertikalen Anschluss nach unten.
Abbildung NEAS-8.12.5: 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 P-Kanal-Sperrschicht-FET 2: Selbstleitender N-Kanal-Sperrschicht-FET

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

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

AC508: Der folgende Transistor ist ein ...

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

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

C: Selbstsperrender N-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? $U_{\textrm{B}} = 44 V$; $R_1 = 10 k\Omega$; $R_2 = 1 k\Omega$; $R_3 = 2,2 k\Omega$ ...

A: 0,7 V

B: 4 V

C: 4,4 V

D: 8 V

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{\textrm{B}} = 44 V$
  • 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 kOhm; $R_3$=2,2 kOhm ...

A: ca. 680 Ohm

B: ca. 1405 Ohm

C: ca. 820 Ohm

D: ca. 68 Ohm

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{\textrm{B}} = 44 V$
  • gegeben: $R_1 = 10k\Omega$
  • gegeben: $R_3 = 2,2k\Omega$
  • gegeben: $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}} = 2,8 V$
  • 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: 2,5 W

B: 6,25 W

C: 1 W

D: 0,1 W

Lösungsweg

  • gegeben: $R_{\textrm{DSon}} = 4 m\Omega$
  • gegeben: $I = 25 A$
  • 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 komplexe Schaltung auf einem Halbleitersubstrat.

B: eine aus einzelnen Bauteilen aufgebaute vergossene Schaltung.

C: die Zusammenschaltung einzelner Baugruppen zu einem elektronischen Gerät.

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

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 nur aktive Bauteile auf einem Halbleiter-Substrat.

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

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

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

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

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

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

C: Ein MMIC bietet einstellbare Eingangs- und Ausgangsimpedanz.

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

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

A: Die Verstärkung ist bereits ab 0 Hz konstant.

B: Der Verstärkungsbereich ist schmalbandig.

C: Sie sind nur im Mikrowellenbereich einsetzbar.

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

MMIC Beschaltung

1) Kurzbeschreibung: Schaltplan in rechteckiger Leitungsführung mit einem MMIC, mehreren Kondensatoren, einer Spule und einem Widerstand. 2) Ausführliche Beschreibung: Der Schaltplan enthält einen rechteckigen Schaltkreis mit zwei horizontalen Leitern (in der Mitte und oben). Der mittlere besitzt Anschlusspunkte links („RF_IN“) und rechts („RF_OUT“). Der linke Anschlusspunkt ist über einen Kondensator C_1 mit dem Eingang 1 eines MMIC verbunden. Ausgang 2 liegt an Masse. Ausgang 3 führt über einen Kondensator C_3 zum rechten Anschlusspunkt. Ausgang 4 ist mit einem Verzweigungspunkt verbunden, der einerseits an Masse liegt und andererseits über einen Kondensator C_2 und eine Spule zu einem Anschlusspunkt („U_CC“) führt. Zwischen dem rechten Ende von C_2 und Ausgang 3 des MMIC liegt ein Widerstand R_BIAS. In der Abbildung ist ein weiterer Massepunkt eingezeichnet. Zwischen dem Ausgang 3 und diesem Massepunkt gibt es einen vertikalen Pfeil nach unten mit der Beschriftung „U_D = 4 V“.
Abbildung NEAS-8.13.1: 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: 95 Ohm

B: 1350 Ohm

C: 400 Ohm

D: 950 Ohm

Lösungsweg

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

B: 820 Ohm

C: 270 Ohm

D: 680 Ohm

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4 V$
  • gegeben: $U_{\textrm{CC}} = 13,8 V$
  • gegeben: $I_{\textrm{D}} = 15 mA$
  • 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 Ohm hat?

A: 43 mW

B: 90 mW

C: 52 mW

D: 47 mW

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 9 V$
  • gegeben: $R_{\textrm{BIAS}} = 470\Omega$
  • gegeben: $U_{\textrm{D}} = 4 V$
  • 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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