07.10.2013 Aufrufe

Übungsaufgaben

Übungsaufgaben

Übungsaufgaben

MEHR ANZEIGEN
WENIGER ANZEIGEN

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.

<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 1<br />

1) Eine Spule aus Aluminiumdraht wird an eine Spannungsquelle mit U = 220 V<br />

angeschlossen. Zu Beginn der Messung fließt bei einer Spulentemperatur von ϑ 1 = 20 o C<br />

der Strom I 1 = 5,0 A. Am Ende der Messung ist der Strom bei gleicher Spannung auf<br />

I 2 = 4,0 A gesunken (Temperaturkoeffizient: α20 = 3,8⋅10 −3 1/K).<br />

Welche mittlere Temperatur ϑ2 hat sich in der Spule eingestellt?<br />

2) Ein Gleichstrommotor nimmt bei der Spannung U = 110 V den Strom I = 15 A auf und<br />

gibt dabei (mechanisch) die Leistung P = 1350 W ab.<br />

a) Wie groß ist der Wirkungsgrad η des Motors?<br />

b) Wie hoch sind die Energiekosten, wenn der Motor t = 5 h in Betrieb ist und<br />

0,14 €/kWh berechnet werden?<br />

3) Ein von einem Elektromotor angetriebener Kran hebt die Masse m = 900 kg mit der<br />

Geschwindigkeit v = 0,4 m/s gegen die Erdanziehung an (Erdbeschleunigung<br />

g = 9,81 m/s 2 ). Der Motor gibt hierbei die Leistung P = 5100 W ab.<br />

Wie groß ist der Wirkungsgrad η des Krans?<br />

4) Ein elektrisches Heizgerät soll über eine zweiadrige Leitung (Leitungsadern aus Kupfer)<br />

der Länge l = 50 m an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Das Heizgerät<br />

nimmt bei der anliegenden Spannung U = 110 V die Leistung P = 2,0 kW auf. Jede<br />

Leitungsader hat den Querschnitt A = 4,0 mm 2 . Der spezifische Widerstand des<br />

Leitermaterials beträgt<br />

ρ = 17,6⋅10 −9 Ωm.<br />

Welche Spannung U’ muss am Leitungsanfang herrschen, damit das Heizgerät an<br />

U = 110 V liegt?<br />

5) Die angegebene Schaltung mit den Wider-<br />

ständen R 1 = R 3 = 3,0 Ω und R 2 = R 4 = 6,0 Ω<br />

liegt an der Spannung U = 24 V.<br />

Die Ströme I 1 bis I 5 sind zu berechnen.<br />

6) In der angegebenen Schaltung mit den<br />

Widerständen R 1 = R 4 = 2,0 Ω<br />

und R 2 = R 3 = 4,0 Ω liefert die<br />

Spannungsquelle die Spannung U = 10 V.<br />

Wie groß ist die Spannung U x?<br />

7) Der angegebene Spannungsteiler enthält die<br />

Widerstände R 1 = 60 Ω und R 2 = 50 Ω.<br />

Um wie viel Prozent ändert sich die Spannung U 2 ,<br />

wenn ein Lastwiderstand von R = 100 Ω<br />

angeschlossen wird? (U = konstant)<br />

R3 U R4<br />

8) Wird eine reale Spannungsquelle (Spannungsquelle mit Innenwiderstand) durch den<br />

Widerstand R 1 = 20 Ω belastet, so beträgt die Klemmenspannung U 1 = 20 V. Belastet<br />

man die gleiche Spannungsquelle durch den Widerstand R 2 = 12 Ω, so beträgt die<br />

Klemmenspannung U 2 = 18 V.<br />

Der Innenwiderstand R i und die Quellenspannung U q der Spannungsquelle sind zu<br />

bestimmen.<br />

U<br />

I<br />

U<br />

5<br />

R 1<br />

I<br />

2<br />

I1<br />

R<br />

1<br />

R 1<br />

R 2<br />

R<br />

2<br />

R2<br />

I<br />

I3<br />

R R<br />

Ux<br />

4<br />

3 4<br />

U2<br />

R


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 2<br />

9) Eine reale Spannungsquelle (Spannungsquelle mit Innenwiderstand) liefert im Leerlauf<br />

die Spannung U q = 12 V. Wird die Spannungsquelle durch den Widerstand R = 10 Ω<br />

belastet, so beträgt die Klemmenspannung U = 10 V. Die Spannungsquelle soll durch<br />

einen äußeren Widerstand so belastet werden, dass Leistungsanpassung besteht und somit<br />

die maximal mögliche Leistung abgegeben wird.<br />

Wie groß ist diese Leistung P, die die Spannungsquelle maximal abgeben kann?<br />

10) Ein Plattenkondensator mit der Plattenfläche A = 0,1 m 2 und dem Plattenabstand<br />

d = 2 mm ist auf die Spannung U = 1000 V aufgeladen (Dielektrikum: Glimmer,<br />

Permittivitätszahl: ε r = 7).<br />

Gesucht sind<br />

a) die im Plattenraum vorhandene elektrische Feldstärke E,<br />

b) die im Plattenraum vorhandene elektrische Flussdichte D,<br />

c) der Betrag der auf jeder Platte vorhandenen Ladung Q,<br />

d) die Kapazität C des Kondensators.<br />

11) In einem Plattenkondensator sind nach Skizze d 1 = 1,0 mm und<br />

d 2 = 1,5 mm starke Isolierstoffplatten untergebracht. Deren Permitti-<br />

vitätszahlen sind ε r1 = 2,5 und ε r2 = 4,5. Die Fläche einer Platte beträgt<br />

A = 900 cm 2 . Im Kondensator ist die Ladung Q = 1,5⋅10 −6 As gespeichert.<br />

Gesucht sind<br />

a) die in den Isolierstoffplatten vorhandenen elektrischen<br />

Flussdichten D 1 und D 2 ,<br />

b) die zugehörigen elektrischen Feldstärken E 1 und E 2 ,<br />

c) die Teilspannungen U 1 und U 2 , mit denen die<br />

Isolierstoffplatten beansprucht werden,<br />

d) die am Kondensator liegende Spannung U,<br />

e) die Kapazität C des Kondensators.<br />

12) Ein Plattenkondensator mit dem Plattenabstand d 1 = 0,5 mm (Dielektrikum: Luft) wird<br />

kurzzeitig mit einer Spannungsquelle verbunden und dadurch auf U 1 = 100 V aufgeladen.<br />

Welche Spannung U 2 liegt am Kondensator, wenn der Plattenabstand auf d 2 = 0,8 mm<br />

vergrößert wird?<br />

13) In einem Plattenkondensator mit der Plattenfläche A = 0,15 m 2 und dem Plattenabstand<br />

d 1 = 0,5 mm befindet sich eine Isolierstoffplatte mit der Permittivitätszahl ε r = 4,5. Der<br />

Kondensator wird kurzzeitig mit einer Spannungsquelle verbunden und dadurch auf<br />

U 1 = 100 V aufgeladen. Anschließend wird der Plattenabstand auf d 2 = 0,8 mm<br />

vergrößert, wobei die Stärke der Isolierstoffplatte unverändert d 1 = 0,5 mm beträgt.<br />

a) Welche Spannung U 2 liegt jetzt am Kondensator?<br />

b) Welche Energie W ist jetzt im Kondensator gespeichert?<br />

14) Ein nicht aufgeladener Kondensator mit der Kapazität C = 3,0 µF<br />

wird über einen Widerstand R = 20 kΩ mit einer Spannungsquelle<br />

verbunden und dadurch aufgeladen. Die Spannungsquelle liefert<br />

U = 400 V. Der Einschaltzeitpunkt entspricht dem Zeitpunkt t = 0.<br />

a) Wie groß ist die Kondensatorspannung u C im Zeitpunkt t 1 = 20 ms?<br />

b) In welchem Zeitpunkt t 2 ist der Kondensator auf 99 %<br />

des Endwertes der Spannung aufgeladen?<br />

U<br />

t = 0<br />

R<br />

u C<br />

C


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 3<br />

15) In einem langen geraden Leiter mit kreisförmigem Querschnitt fließt der Strom I.<br />

a) Wie groß ist die magnetische Feldstärke H außerhalb des Leiters im Abstand r von der<br />

Mittellinie (in allgemeiner Form)?<br />

b) Wie groß sind die magnetische Feldstärke H und die magnetische Flussdichte B im<br />

Abstand r = 10 cm von der Mittellinie, wenn I = 10 A beträgt (Permeabilitätszahl<br />

µ r = 1)?<br />

16) Auf einem Keramikring sind N = 500 Windungen gleichmäßig am Umfang verteilt aufgebracht.<br />

Der mittlere Ringdurchmesser beträgt D = 50 mm, der mittlere<br />

Windungsdurch- messer d = 6 mm. In der Spule fließt der Strom I = 1,5 A<br />

(Permeabilitätszahl: µ r = 1).<br />

a) Wie groß ist die magnetische Feldstärke H in der Mittellinie des Ringes?<br />

b) Wie groß ist die magnetische Flussdichte B in der Mittellinie des Ringes?<br />

c) Wie groß ist der von der Spule erzeugte magnetische Fluss Φ?<br />

d) Wie groß ist die Induktivität L der Spule?<br />

17) Auf einem Kunststoffring sind N = 1000 Windungen gleichmäßig am Umfang verteilt<br />

aufgebracht. Der mittlere Ringumfang beträgt l = 0,25 m, die mittlere Windungsfläche<br />

A = 40 mm 2 . In dem Ring soll der magnetische Fluss Φ = 0,4⋅10 ─6 Wb erzeugt werden.<br />

a) Welcher Strom I muss in der Spule fließen?<br />

b) Wie groß ist die Induktivität L der Spule?<br />

18) In einem homogenen Magnetfeld der<br />

Flussdichte B ist entsprechend Skizze<br />

eine vom Strom I durchflossene Spule<br />

drehbar angeordnet. Die Spule hat die<br />

Höhe h, die Länge l und die Windungs-<br />

Zahl N.<br />

Es ist das auf die Spule ausgeübte<br />

Drehmoment M in Abhängigkeit vom<br />

Winkel α in allgemeiner Form<br />

anzugeben.<br />

19) Auf einem Ringkern aus legiertem Blech mit dem mittleren Ringumfang l = 25 cm<br />

(Magnetisierungskennlinie siehe Seite 4) ist eine Spule mit N = 500 Windungen<br />

aufgebracht.<br />

Welcher Strom I muss in der Spule fließen, damit im Kern eine magnetische Flussdichte<br />

von B = 1,0 T herrscht?<br />

20) Ein Ringkern aus legiertem Blech (Magnetisierungskennlinie siehe Seite 4) mit einem<br />

mittleren Ringumfang von l = 40 cm besitzt einen Eisenquerschnitt A = 3,0 cm 2 . Auf dem<br />

Kern sind zwei Spulen mit den Windungszahlen N 1 = 250 und N 2 = 400 aufgebracht, die<br />

von den Strömen I 1 = 1,0 A und I 2 = 0,5 A durchflossen werden.<br />

a) Welcher magnetische Fluss Φ wird im Eisenkern erzeugt, wenn der Umlaufsinn beider<br />

Spulenströme übereinstimmt?<br />

b) Wie groß ist der magnetische Fluss Φ, wenn der Umlaufsinn beider Ströme<br />

verschieden ist?<br />

h<br />

B<br />

α<br />

I<br />

l<br />

B


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 4<br />

21) Bei dem dargestellten Elektromagneten aus<br />

Stahlguss mit der unten angegebenen<br />

Magnetisierungskennlinie sollen sich beide<br />

Teile mit der Kraft F = 3900 N anziehen. Die<br />

Windungszahl der Spule beträgt N = 300.<br />

Welcher Strom I muss in der Spule fließen?<br />

(Für die Berechnung kann die Luftspaltfläche<br />

gleich der unteren Eisenfläche gesetzt werden.)<br />

B<br />

T<br />

1,5<br />

1,4<br />

1,3<br />

1,2<br />

1,1<br />

1,0<br />

0,9<br />

0,8<br />

0,7<br />

0,6<br />

0,5<br />

0,4<br />

0,3<br />

0,2<br />

0,1<br />

0<br />

22) Ein Eisenkern enthält zwei<br />

Wicklungen. Die linke Wicklung<br />

ist mit einer Stromquelle<br />

verbunden, die einen Strom i<br />

liefert. Dieser möge sich zeitlich so<br />

ändern, dass der im Kern erzeugte<br />

magnetische Fluss Φ den<br />

dargestellten Verlauf hat. Die<br />

rechte Wicklung besitzt eine<br />

Windungszahl von N = 150.<br />

Welchen zeitlichen Verlauf hat die<br />

in der rechten Wicklung induzierte<br />

Spannung u? (Das Ergebnis ist<br />

grafisch darzustellen.)<br />

Stahlguss<br />

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600<br />

Magnetisierungskennlinien<br />

i<br />

0,4<br />

40<br />

Φ<br />

60<br />

I<br />

Legiertes Blech<br />

N<br />

70 80<br />

50 100<br />

70<br />

50<br />

Maße in mm<br />

H<br />

A/m<br />

Φ<br />

70<br />

50<br />

0,4<br />

6<br />

10<br />

N u<br />

4<br />

2<br />

0<br />

0<br />

2<br />

4<br />

6<br />

20 40 60 80<br />

4 Wb<br />

t<br />

ms<br />

50


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 5<br />

23) Die angegebene Spule mit der<br />

Höhe h = 30 mm und der Länge<br />

l = 50 mm sowie der Windungs-<br />

zahl N = 100 dreht sich mit<br />

n = 3000 1/min in einem Magnet-<br />

feld der Flussdichte B = 0,1 T.<br />

Es ist die in der Spule induzierte<br />

Spannung u in Abhängigkeit von<br />

der Zeit t anzugeben. (Im Zeit-<br />

punkt t = 0 möge die Spule<br />

waagerecht liegen, so dass hier<br />

ωt = 0 ist; ω = 2 π n.)<br />

24) Die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R = 50 Ω und einer Spule mit der<br />

Induktivität L = 0,20 H liegt an einer Wechselspannung von U = 230 V, f = 50 Hz.<br />

a) Wie groß ist der Scheinwiderstand Z der Reihenschaltung?<br />

b) Welcher Strom I fließt durch die Reihenschaltung?<br />

c) Welcher Phasenverschiebungswinkel ϕ besteht zwischen<br />

Spannung und Strom?<br />

d) Welche Teilspannung UR liegt am Widerstand R?<br />

e) Welche Teilspannung UL liegt an der Spule?<br />

f) Stellen Sie das Zeigerdiagramm des Stromes I<br />

und der Spannungen UR, UL und U dar.<br />

U<br />

I<br />

R<br />

L<br />

25) Die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes R = 20 Ω und eines Kondensators mit<br />

der Kapazität C = 8,0 µF liegt an einer Wechselspannung von U = 10 V, f = 1 kHz.<br />

a) Wie groß ist der Scheinwiderstand Z der Reihenschaltung?<br />

b) Welcher Strom I fließt durch die Schaltung?<br />

c) Welcher Phasenverschiebungswinkel ϕ besteht<br />

zwischen Spannung und Strom?<br />

d) Welche Teilspannung UR liegt am Widerstand R?<br />

e) Welche Teilspannung UC liegt am Kondensator C?<br />

f) Stellen Sie das Zeigerdiagramm des Stromes I und<br />

der Spannungen UR, UC und U dar.<br />

26) Eine Glühlampe nimmt bei der Spannung U = 230 V die Leistung P = 60 W auf. Die<br />

Glühlampe soll über einen Kondensator an eine Wechselspannungsquelle mit der<br />

Spannung U‘ = 400 V (f = 50 Hz) angeschlossen werden.<br />

Wie groß muss die Kapazität C des Kondensators sein, damit die Glühlampe an<br />

U = 230 V liegt?<br />

(Anmerkung: Die Glühlampe kann als reiner Wirkwiderstand angesehen werden.)<br />

h<br />

27) Zwei ohmsch-induktive Verbraucher für U = 230 V<br />

mit den Daten P 1 = 2,0 kW, cos ϕ 1 = 0,90, P 2 = 1,2 kW,<br />

cos ϕ 2 = 0,50 liegen parallel an U = 230 V.<br />

a) Wie groß ist der Gesamtstrom I?<br />

b) Wie groß ist der Gesamtleistungsfaktor cos ϕ?<br />

B<br />

ω<br />

U<br />

ωt<br />

u<br />

I<br />

R<br />

C<br />

U<br />

U<br />

R<br />

L<br />

UR<br />

UC<br />

I<br />

U P1 P2 cos ϕ<br />

1 cos ϕ<br />

2<br />

l<br />

B


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 6<br />

28) Ein ohmsch-induktiver Verbraucher mit der<br />

Wirkleistungsaufnahme P = 400 W und dem<br />

Leistungsfaktor cos ϕ = 0,50 ist parallel zu einer<br />

R-L-Reihenschaltung (R = 30 Ω, L = 35 mH)<br />

geschaltet. Die Anordnung liegt an der Spannung<br />

U = 230 V, f = 50 Hz.<br />

a) Welcher Strom I wird von der Spannungsquelle<br />

geliefert?<br />

b) Wie groß ist der Gesamtleistungsfaktor cos ϕ ges ?<br />

29) Ein Elektromotor nimmt bei der Spannung U = 230 V und dem Leistungsfaktor<br />

cos ϕ = 0,72 die Wirkleistung P = 2,0 kW auf. Der Motor soll über eine zweiadrige<br />

Leitung an eine Wechselspannung U’ gelegt werden. Jede der beiden Leitungsader hat<br />

den Widerstand R = 1,2 Ω.<br />

Welche Spannung U’ muss am Leitungsanfang herrschen, damit die Motorspannung<br />

U = 230 V beträgt?<br />

30) Ein Transformator soll eine Wechselspannung von<br />

U1 = 400 V in eine Wechselspannung von<br />

U2 = 230 V umwandeln. Sekundärseitig soll der<br />

Transformator einen Verbraucher versorgen, der bei<br />

der Spannung U2 = 230 V und dem Leistungsfaktor<br />

cos ϕ = 0,85 die Wirkleistung P = 2,0 kW aufnimmt.<br />

a) Welches Übersetzungsverhältnis (Windungs-<br />

verhältnis) N1/N2 ist erforderlich?<br />

b) Welche Ströme I1 und I2 treten auf?<br />

(Bei der Berechnung der Werte kann von einem<br />

„idealen Transformator“ ausgegangen werden.)<br />

31) Ein Vierleiter-Drehstromnetz mit der Außenleiter-<br />

spannung U = 400 V ist entsprechend der angegebenen<br />

Schaltung belastet. Die Daten der Verbraucher sind:<br />

P 2 = 600 W, cos ϕ 2 = 0,70 (induktiv), P 3 = 500 W,<br />

cos ϕ 3 = 0,84 (kapazitiv).<br />

Es sind die Leiterströme I 2 , I 3 und I N zu bestimmen.<br />

32) Ein Drehstromnetz mit der Außenleiterspannung<br />

U = 400 V (f = 50 Hz) ist durch eine symmetrische<br />

Sternschaltung belastet (R = 50 Ω, C = 50 µF).<br />

a) Welcher Strom I fließt in jedem Außenleiter?<br />

b) Welche Wirkleistung P nimmt der Verbraucher<br />

auf, und wie groß ist der Leistungsfaktor cos ϕ ?<br />

L1<br />

L2<br />

L3<br />

U 1<br />

L1<br />

L2<br />

L3<br />

N<br />

I 1<br />

I<br />

U<br />

I2<br />

I<br />

3<br />

I<br />

N<br />

N1 N2<br />

R<br />

R<br />

R<br />

P<br />

cos ϕ<br />

P2<br />

P3<br />

cos ϕ cosϕ<br />

2<br />

C<br />

C<br />

C<br />

I 2<br />

3<br />

U 2<br />

R<br />

L<br />

P cos ϕ


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 7<br />

33) Eine Gleichrichter-Brückenschaltung liegt an<br />

einer Wechselspannung mit dem Effektivwert<br />

U = 230 V und der Frequenz f = 50 Hz. Der<br />

Lastwiderstand hat den Wert R = 500 Ω.<br />

Es sind in Abhängigkeit von ωt<br />

a) der Verlauf des Stromes i d ,<br />

b) der Verlauf der Spannungen u und u d<br />

zu ermitteln und grafisch darzustellen.<br />

(Der an den Dioden auftretende Durchlassspan-<br />

nungsabfall kann vernachlässigt werden.)<br />

34) Eine Gleichrichter-Brückenschaltung liegt an<br />

einer Wechselspannung u. Zur Glättung der<br />

erzeugten Gleichspannung liegt parallel zum<br />

Lastwiderstand R ein Kondensator C.<br />

Es sind prinzipiell der Verlauf der Spannungen<br />

u und u d (in Abhängigkeit von ωt)<br />

grafisch darzustellen.<br />

(Der an den Dioden auftretende Durchlassspan-<br />

nungsabfall kann vernachlässigt werden.)<br />

35) Die dargestellte Spannungs-Stabilisierungsschaltung enthält eine Z-Diode mit der<br />

angegebenen Strom-Spannungs-Kennlinie. Der Lastwiderstand hat den Wert R L = 300 Ω.<br />

Der vorhandene Vorwiderstand beträgt R V = 1000 Ω. Die Spannung U sei nicht konstant.<br />

a) Welchen Wert U max darf die Eingangsspannung maximal annehmen, damit der in der<br />

Z-Diode fließende Strom den zulässigen Wert von I Z max = 40 mA nicht übersteigt?<br />

b) Welchen Wert U min muss die Eingangsspannung mindestens haben, damit der in der<br />

Z-Diode fließende Strom den Wert I Z min = 3 mA nicht unterschreitet und somit die<br />

Spannungsstabilisierung gewährleistet ist?<br />

R<br />

U<br />

V<br />

I<br />

Z<br />

UZ RL<br />

IZ<br />

mA<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

0<br />

u ud R<br />

u R u<br />

C d<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

UZ<br />

V<br />

id


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 8<br />

36) Die dargestellte Spannungs-Stabilisierungsschaltung enthält eine Z-Diode mit der<br />

angegebenen Strom-Spannungs-Kennlinie. Die Eingangsspannung beträgt U = 24 V.<br />

Der Lastwiderstand R L sei − oberhalb eines bestimmten (zulässigen) Wertes − beliebig<br />

variabel. Die Schaltung ist so auszulegen, dass der in der Z-Diode fließende Strom I Z −<br />

zur Vermeidung einer Überlastung − den Wert I Z max = 40 mA nicht übersteigt. Zur<br />

Gewährleistung der Spannungsstabilität darf der Strom I Z den Wert I Z min = 3 mA nicht<br />

unterschreiten.<br />

a) Wie groß muss der Vorwiderstand R V sein?<br />

b) Welchen Wert R L min muss der Lastwiderstand mindestens haben?<br />

c) Wie groß ist die Ausgangsspannung U Z = U Z max , wenn der Lastwiderstand R L<br />

abgetrennt ist?<br />

d) Wie groß ist die Ausgangsspannung U Z = U Z min , wenn ein Lastwiderstand von<br />

R L = R L min angeschlossen und die Schaltung somit maximal belastet wird?<br />

U<br />

R<br />

V<br />

I<br />

Z<br />

U Z<br />

R<br />

L<br />

IZ<br />

mA<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

0<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

37) In der dargestellten Emitterschaltung (Spannungs-Verstärkerschaltung) ist von dem vorhandenen<br />

Transistor das angegebene Ausgangskennlinienfeld bekannt. Die Schaltung soll<br />

so ausgelegt werden, dass bei einer Versorgungsspannung von U B = 14 V die Kollektor-<br />

Emitter-Spannung U CE = 7 V beträgt und hierbei ein Kollektorstrom von I C = 100 mA<br />

fließt. Die Basis-Emitter-Spannung kann als U BE = 0,6 V angenommen werden.<br />

Weiterhin ist R 2 = 120 Ω.<br />

a) Welchen Wert muss der Widerstände R C haben?<br />

b) Wie groß muss der Widerstand R 1 sein?<br />

R1<br />

R2<br />

U BE<br />

R C<br />

IC<br />

U<br />

CE<br />

U B<br />

IC<br />

mA<br />

200<br />

150<br />

100<br />

50<br />

0<br />

0<br />

2 4 6<br />

IB = 2,0 mA<br />

IB = 1,5 mA<br />

IB = 1,0 mA<br />

IB = 0,5 mA<br />

UZ<br />

V<br />

8 10 12 14<br />

U<br />

V<br />

CE


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 9<br />

38) Eine Verstärkerschaltung mit einem selbstsperrenden<br />

Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit dem Widerstand<br />

R1 = 200 kΩ wird mit der Spannung UB = 24 V versorgt.<br />

Die Widerstände RD und R2 sollen zur Arbeitpunkt-<br />

einstellung so gewählt werden, dass die am Transistor<br />

liegenden Spannungen bei einem Strom von ID = 80 mA<br />

die Werte UGS = 4,0 V und UDS = 12 V haben.<br />

Welche Werte sind für RD und R2 erforderlich?<br />

39) Die einem Widerstand R zugeführte Leistung<br />

soll mit Hilfe der dargestellten Schaltung<br />

(durch Verändern des Steuerwinkels α)<br />

verstellt werden. Die verwendete (sinusförmige)<br />

Wechselspannung u hat einen Effektivwert von<br />

U = 230 V. Der Lastwiderstand beträgt<br />

R = 50 Ω.<br />

Skizzieren Sie den zeitlichen Verlauf der Span-<br />

nung u und des Stromes i (in Abhängigkeit von ωt)<br />

bei einem Steuerwinkel von α = 90°.<br />

(Tragen Sie dabei auch die Lage der Steuerimpulse<br />

i G mit ein.)<br />

(Der am Triac auftretende Durchlassspan-<br />

nungsabfall kann vernachlässigt werden.)<br />

40) Ein Operationsverstärker ist entsprechend<br />

Skizze so beschaltet, dass er einen<br />

invertierenden Verstärker darstellt. Die<br />

Widerstände betragen R 1 = 2,0 kΩ und<br />

R 2 = 5,0 kΩ.<br />

a) Wie groß ist die Spannungsverstärkung v U = u A /u E ?<br />

b) Eingangsseitig wird eine sinusförmige Span-<br />

nung u E mit dem Effektivwert U E = 2,0 V<br />

angelegt wird. Skizzieren Sie (in Abhängig-<br />

von ωt) den Verlauf von u E und u A .<br />

41) Ein Operationsverstärker ist entsprechend<br />

Skizze so beschaltet, dass er einen nichtinvertie-<br />

renden Verstärker darstellt. Die Widerstände<br />

betragen R 1 = 2,0 kΩ und R 2 = 5,0 kΩ.<br />

a) Wie groß ist die Spannungsverstärkung v U = u A /u E ?<br />

b) Eingangsseitig wird eine sinusförmige Span-<br />

nung u E mit dem Effektivwert U E = 4,0 V<br />

angelegt wird. Skizzieren Sie (in Abhängig-<br />

von ωt) den Verlauf von u E und u A .<br />

42) Ein Operationsverstärker ist entsprechend<br />

L<br />

N<br />

R 1<br />

R2 UGS Steuerschaltung<br />

uE<br />

uE<br />

R1<br />

RD<br />

ID<br />

iG<br />

UDS<br />

i<br />

R2<br />

R2<br />

R1<br />

u<br />

R<br />

uA<br />

uE i<br />

uA<br />

R<br />

U B<br />

uA


<strong>Übungsaufgaben</strong> Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 10<br />

Skizze so beschaltet, dass er einen Impedanz-<br />

wandler darstellt. Die Schaltung wird durch den<br />

Lastwiderstand R = 500 Ω belastet. Eingangs-<br />

seitig wir eine sinusförmige Spannung u E<br />

mit dem Effektivwert U E = 2,0 V angelegt.<br />

Skizzieren Sie (in Abhängigkeit von ωt)<br />

den Verlauf von u E und i.<br />

43) Ein Operationsverstärker ist entsprechend<br />

Skizze so beschaltet, dass er einen Summierer<br />

ergibt. Die eingangsseitig angelegten<br />

Spannungen u E1 und u E2 haben den<br />

unten dargestellten Verlauf.<br />

Skizzieren Sie den Verlauf der Ausgangsspan-<br />

nung u A .<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

0<br />

2<br />

4<br />

6<br />

uE1<br />

V<br />

20 40 60 80<br />

t<br />

ms<br />

uE2<br />

V<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

0<br />

2<br />

4<br />

6<br />

20 40 60 80<br />

44) Bei einem Komparator hat die Eingangsspannung uE den unten dargestellten<br />

Verlauf. Die Referenzspannung beträgt URef = 20 mV. Die Ausgangsspannung uA<br />

des Operationsverstärkers ist auf (± 15 V) begrenzt.<br />

Es ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung uA<br />

zu ermitteln und grafisch darzustellen.<br />

uE<br />

URef<br />

u<br />

A<br />

uE<br />

mV<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

0<br />

20<br />

40<br />

60<br />

uE<br />

uE1 uE2<br />

R<br />

R<br />

2 4 6 8 10<br />

t<br />

ms<br />

t<br />

ms<br />

R<br />

uA

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!