Elektronik 1: Übungsaufgaben und Prüfungsfragen

Dioden, Bipolartransistoren, Operationsverstärkerschaltungen und RC-Netzwerke: die erste Elektronikvorlesung nach der Netzwerkanalyse.

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Lernpaket (PDF)Formelsammlungen, Lösungsschritte und Übungsaufgaben mit vollständigen Lösungen, druckfertig.

Themen in diesem Kurs

  1. Dioden und TransistorenDiodenschaltungen · Arbeitspunkt des Bipolartransistors · Bipolartransistor als SchalterRechenaufgaben
  2. Operationsverstärkerinvertierender Verstärker · nichtinvertierender Verstärker · SummierverstärkerRechenaufgaben
  3. RC- und RL-AusgleichsvorgängeRC-Aufladung · RL-Schaltung · Kondensator mit AnfangsladungRechenaufgaben
  4. Reihen- und Parallelschaltung3 Widerstände · 4 Widerstände · Kettenschaltung aus 6 WiderständenRechenaufgaben
  5. Gleichspannungswandlerideale Übersetzungsverhältnisse · Spulenwelligkeit und Ströme · Ausgangswelligkeit und die CCM-GrenzeRechenaufgaben
  6. Wheatstone-Brücke und DehnungsmessstreifenAbgleich und Knotenspannungen · nicht abgeglichene Brücken · Dehnungsmessstreifen und KraftaufnehmerRechenaufgaben
  7. Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsGatter, Wahrheitstabellen und Laufzeiten · Boolesche Algebra, Karnaugh-Diagramme und Multiplexer · Don’t-Cares, Flipflops und ZählerRechenaufgaben

Prüfungstipps für Elektronik 1

  • Nimm einen Zustand an (Diode leitend oder sperrend, Transistor aktiv oder gesättigt), rechne, und prüfe dann die Annahme.
  • Bei einem idealen Operationsverstärker mit Gegenkopplung liegen beide Eingänge auf derselben Spannung.
  • Verwende V_BE = 0.7 V für Siliziumtransistoren, sofern in der Aufgabe nichts anderes steht.

Beispielaufgaben

Dioden und TransistorenLeicht
+−18 V470 Ω3,3 VIR​ = ?

Eine 3,3-V-Z-Diode wird aus 18 V über einen Widerstand von 470 Ω gespeist, ohne angeschlossene Last. Bestimme den Strom IR im Widerstand.

Vin = 18 VVZ = 3,3 VR = 470 Ω

Gesucht: IR (mA)

Tipps anzeigen
  1. Die Z-Diode hält den Ausgang auf VZ.
  2. VR = 18 − 3,3 = 14,7 V.
  3. I = V/R.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Z-Dioden-Regler: Eine in Sperrrichtung betriebene Z-Diode hält ihre Spannung VZ, solange ihr Strom über einem Minimum IZ,min bleibt. Der Vorwiderstand R nimmt die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung auf: IR = (Vin − VZ)/R. Dieser Strom teilt sich auf die Last, IL = VZ/RL, und die Z-Diode, IZ = IR − IL, auf. Entwirf für die ungünstigsten Fälle: Die niedrigste Eingangsspannung bei größter Last muss noch IZ,min übrig lassen, und die höchste Eingangsspannung ohne Last ergibt die größte Verlustleistung der Z-Diode PZ = VZ·IZ.

Spannung am Widerstand

VR = 18 − 3,3 = 14,7 V

Strom

IR = 14,7/470 = 31,28 mA

Antwort

IR = 31,28 mA
OperationsverstärkerMittel
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 1 kΩVin​

Der Operationsverstärker ist ideal und wird mit ±15 V versorgt; sein Ausgang geht bei ±12 V in die Sättigung. Der nicht invertierende Verstärker wird mit einer Sinusspannung angesteuert. Bestimme die größte Eingangsamplitude Vin,max (Scheitelwert), bei der der Ausgang nicht begrenzt wird.

R1 = 1 kΩRf = 47 kΩVsat = ±12 V

Gesucht: Vin,max (V)

Tipps anzeigen
  1. Für einen nichtinvertierenden Verstärker ist die Verstärkung 1 + Rf/R₁.
  2. Der Ausgangsscheitelwert |Verstärkung|·Vin muss unter Vsat bleiben.
  3. |Av| = 48.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Regeln für den idealen Operationsverstärker: Mit Gegenkopplung stellt der OPV seinen Ausgang so ein, dass beide Eingänge auf derselben Spannung liegen (V₋ = V₊), und in keinen Eingang fließt Strom. Die Knotenregel am invertierenden Eingang mit diesen beiden Tatsachen liefert den Ausgang.

Verstärkung

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 47/1 = 48

Größter Eingang vor der Begrenzung

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/48 = 0,25 V

Antwort

Vin,max = 0,25 V

So funktioniert das Üben

  • „Diesen Kurs üben“ mischt Aufgaben aus allen Themen des Kurses, wie in einer echten Prüfung.
  • Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort.
  • Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.
  • Probeklausuren haben ein Zeitlimit und keine Tipps, und am Ende bekommst du deine Punktzahl und eine vollständige Auswertung.

Rechner für diesen Kurs

Rechner für Reihen- und Parallelschaltung von WiderständenSpannungsteiler-RechnerRechner für die RC-ZeitkonstanteRechner für die Verstärkung von OperationsverstärkernLED-Vorwiderstand-Rechner555-Timer-Rechner (astabil und monostabil)Rechner für das ohmsche Gesetz (Spannung, Strom, Widerstand und Leistung)Widerstandsfarbcode-Rechner (4, 5 und 6 Ringe)Kondensatorrechner (Reihen- und Parallelschaltung, Ladung und Energie)

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