ElBau Fragenkatalog

Aufgabe 14.1.1: Zeichnen Sie einen Halbleiter-Widerstand an dem 12 V liegen. Zeichnen Sie ein in welche Richtung sich Elektronen bzw. Löcher bewegen.

Aufgabe 14.1.2: Was ist der Unterschied zwischen thermischer Bewegung und Drift-Bewegung?

thermische Bewegung: stochastisch

drift: durch Externes E-feld

Aufgabe 14.1.3: Welche Größe bestimmt den ohmschen Widerstand eines Materials?

Spezifischer Widerstand rho (Materialkonstante)

Aufgabe 14.1.4: Auf welche Eigenschaften des Materials lässt sich der spezifische Widerstand zurückführen?

Atomgitterstruktur und Temperaturabhängigkeit

Aufgabe 14.1.5: Geben Sie die Formel an mit der Sie den ohmschen Widerstand einer Materialprobe berechnen. Benennen Sie die Formelzeichen.

Aufgabe 14.1.6: Wie ändert sich die Geschwindigkeit von Leitungselektronen bei steigender Temperatur Θ?

thermische Geschwindigkeit steigt, Driftgeschwindigkeit sinkt

Aufgabe 14.1.7: Bei welchem Material gilt immer R steigt falls Θ steigt?

Bei metallischen Leitern z.B PTC-Kaltleitern

Aufgabe 14.1.8: Was bedeutet Normwertreihe E6?

Aufgabe 14.1.9: Wie verhalten sich Drahtwiderstände bei hohen Frequenzen?

parasitäre Induktivitäten(Skin Effekt)

Aufgabe 14.1.10: Wie werden Drahtwiderstände hergestellt, um sie auch bei hohen Frequenzen noch verwenden zu können?

Bifilarwicklung, Kreuzwicklung

Aufgabe 14.1.11: Welche Vorteile haben Massewiderstände?

geringe parasitäre Induktivität → gut für hohe Frequenzen geeignet

Aufgabe 14.1.12: Was muss man bezüglich der Nennleistung bei verstellbaren Widerständen beachten?

Nennleistung bezieht sich auf den Gesamtwiderstand → Teilleistung ist proportional zum Teilwiderstand

Aufgabe 14.1.13: Durch welche Maßnahme kann weißes Rauschen verringert werden?

Kühlung des Widerstandes (ist thermisches Rauschen)

Aufgabe 14.1.14: Was ist ein NTC-Widerstand?

NTC: Heißleiter

Aufgabe 14.1.15: Was ist ein PTC-Widerstand?

PTC: Kaltleiter

Aufgabe 14.1.16: Was ist ein VDR?

Ein VDR ist ein spannungsabhängiger Widerstand, auch Varistor. Sein Widerstand sinkt stark bei steigender Spannung und er dient häufig zum Überspannungsschutz.

Aufgabe 14.1.17: Wann kann ein CR/RC bzw. LR/RL Glied als Differenzierer bzw. Integrierer eingesetzt werden?

Es ist abhängig von der Zeitkonstante.

Integrierer: Tiefpass (RC / LR), τ >> T (bei großer Zeitkonstante)

Differenzierer: Hochpass (RL / CR), τ << T (bei kleiner Zeitkonstante)

Aufgabe 14.1.18: Was bedeutet 3dB Grenzfrequenz?

1/sqrt(2) = 70,7% des Bezugswerts.

Aufgabe 14.1.19: Was bedeutet der Verlustwinkel δ?

Die Abweichung der Phase der ideaenl Impedanz

Aufgabe 14.1.20: Was bedeutet Selbstheilung?

Bei Folienkondensatoren, wenn durch Durchschlag stellen beschädigt werden, werden die automatisch isoliert. Die Kapazität wird geringfügig reduziert (1000 Selbstheilungen entspricht 1% Kapazitätsverlust)

Aufgabe 14.1.21: Wieso ist für Wechselstromgrößen der Widerstand einer geprägten Gleichspannungsquelle 0?

Bei Ac ist Z = dU/dI bei DC ist dU = 0

Aufgabe 14.1.22: Was bedeutet Sheet resistance R_s (Einheit)?

Flächenwiderstand ist der Widerstand einer dünnen Schicht pro Quadrat im Halbleiter. Einheit: Ω/□.

Aufgabe 14.1.23: Kann die charakteristische Impedanz Z0 mit DC gemessen werden?

nein, da Z0 = sqrt(L/C) DC → kein imag, Anteil!

Aufgabe 14.1.24: Gibt es bei verlustlosen Übertragungsleitungen, Anpassung Z_L = Z_0, eine U-I Phasenverschiebung?

Nein, gamma = 0

Aufgabe 14.1.25: Ein TV-Kabel (Z0 = 75 Ohm) wird mit 75 Ohm abgeschlossen. Welche Aussage gilt?

a) Signal sieht 37.5 Ω
b) Kabel ist mit Anpassung abgeschlossen
c) Signale am Beginn des Kabels sehen doppelte Länge

Richtig ist Aussage b: Z0 = ZL -> gamma = 0 Signalauslöschung

Aufgabe 14.1.26: Geben Sie den Phasenunterschied zwischen hinlaufender und rücklaufender Welle für die drei Fälle Short, Open, Load an.

SHORT (Kurzschluss): Z_L = 0, gamma = -1, Totalreflexion mit Phasendrehung um 180°

OPEN (Leerlauf): Z_L → ∞, gamma = +1, Totalreflexion, Phasendrehung nicht definiert

LOAD (Anpassung): Z_L = Z_A, gamma = 0, keine Reflexion am Leitungsende, Phase ist nicht definiert

Aufgabe 14.2.1: Was versteht man unter Halbleiter?

Material zwischen Leiter und Isolator. Die Leitfähigkeit ist stark temperatur-, licht- und dotierungsabhängig, z. B. Silizium.

Aufgabe 14.2.2: Erklären Sie mit Skizze den Begriff Eigenleitung.

Leitung von Strom in Halbleiter erzeugt ausschließlich durch thermisch erzeugte

Elektron-Loch Paare. Dabei gilt n = p = n_i

Aufgabe 14.2.3: Erklären Sie die Begriffe Donator und Akzeptor.

Donator: ein Elektron mehr auf dem Valenzband → n-Dotierung bei Si.

Akzeptor: ein Elektron weniger auf dem Valenzband → p-Dotierung bei Si.

Aufgabe 14.2.4: Was beschreibt die Eigenleitungsladungsträgerdichte n_i in intrinsischen Halbleitern?

ni² = n0 * p0 (therm. Gleichgewicht) ni=n0=p0

Aufgabe 14.2.5: Was bedeutet homogener Halbleiter?

Undotiert, oder nur homogen mit einem Dotierungsmaterial; kein p/n Übergang

Aufgabe 14.2.6: Wie ist das Fermi-Niveau definiert?

theoretisches Energienivau, wo Elektronen und Löcher gleichwahrscheinlich sind(sich aufhalten)

Aufgabe 14.2.7: Was beschreibt das Shockleysche Garagenmodell?

Analogie, zur Rekombination der Elektron, dynamik Valenzband Leiterband

Aufgabe 14.2.8: Geben Sie für einen homogenen Halbleiter die Beziehung zwischen Elektronendichte, Löcherdichte und Eigenleitungsladungsträgerdichte an.

ni² = n0 * p0

Aufgabe 14.2.9: Was ist der Unterschied zwischen Drift- und Diffusionsstrom?

Driftstrom entsteht durch externes E-Feld, Diffusionsstrom entsteht durch Ladungsträgerdichtenausgleich

Aufgabe 14.2.10: Welche Ladungsträger sind die Majoritätsträger bzw. Minoritätsträger bei einem N-Typ Halbleiter?

n-Typ:

Majoritätsträger: Elektronen

Minoritätsträger: Löcher

Aufgabe 14.2.11: Zeichnen Sie das Energiebändiagramm für einen nicht dotierten Halbleiter. Zeichnen Sie das Diagramm für n/p Dotierung.

Aufgabe 14.2.12: Was bedeutet Rekombination?

Rekombination ist das Zusammentreffen eines freien Elektrons mit einem Loch. Dabei verschwindet das Elektron-Loch-Paar und Energie wird als Wärme oder Licht abgegeben.

Aufgabe 14.2.13: Skizzieren Sie einen pn-Übergang inklusive RLZ.

Aufgabe 14.2.14: Wodurch entsteht die eingebaute Diffusionsspannung U_D?

Ladungsgefälle, bewegliche Ladungsträger diffundieren, hinterlassen ortsfeste Ionen -> Ladungsunterschied-> Spannung

Aufgabe 14.2.15: Wieso kann man die eingebaute Diffusionsspannung nicht nutzen?

Bei Kontaktierung von elektrischen Leitern, wird die Spannung verschoben an diesen Kontakten

Aufgabe 14.2.16: Geben Sie die Gleichung für die Diodenkennlinie an.

Aufgabe 14.2.17: Wo befindet sich die Temperaturabhängigkeit in der Diodengleichung

Die Temperaturabhängigkeit steckt vor allem in der thermischen Spannung U_T = kT/q und stark im Sperrsättigungsstrom I_S.

Aufgabe 14.2.18: Zeichnen Sie eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung mit einer Zenerdiode.

Aufgabe 14.2.19: Skizzieren Sie eine Gleichrichterschaltung mit Dioden.

Brückengleichrichter

Aufgabe 14.2.20: Skizzieren Sie die Kennlinie eines Bauelements mit negativem Widerstand und geben Sie den Namen des Bauelements an.

Tunneldiode

Aufgabe 14.3.1: Zeichnen Sie das Diodenersatzschaltbild eines npn/pnp Bipolartransistors und geben Sie an wie Sie diesen auf korrekte Funktion testen können.

Funktionsfähigkeit prüfen → Diodenstrecken überprüfen Anode → Kathode

Aufgabe 14.3.2: Skizzieren Sie eine Steuerkennlinie eines Bipolartransistors. Kennzeichnen Sie an einem beliebigen Arbeitspunkt die Steilheit S.

Steuerkennlinie, Ic über Ube , Steilheilt über Tangentensteiung

Aufgabe 14.3.3: Kennzeichnen Sie an einer Kennliniendarstellung eines Transistors, dessen Ausgangswiderstand.

Im Ausgangskennlinienfeld delta u / delta i

Aufgabe 14.3.4: Skizzieren Sie das Bänderdiagramm für einen Bipolartransistor an dem von außen keine Spannung anliegt.

Aufgabe 14.3.5: Zeichnen Sie eine Kollektor/Basis/Emitter Grundschaltung auf.

AC-Ersatzschaltbild→ Welcher Fuß zeigt auf GND?

Aufgabe 14.3.6: Sie haben einen MOSFET. Sie schließen U_GS = 0 an und legen Drain und Source die Spannung U_DS ungleich 0 an. Es fließt kein Strom. Um welche Art von MOSFET handelt es sich? Wie finden Sie heraus, ob es ein n-channel oder p-channel MOSFET ist?

Da bei U_GS = 0 kein Strom fließt, ist es ein selbstsperrender Anreicherungstyp-MOSFET.

Leitet bei positivem U_GS​ → n-Kanal.
Leitet bei negativem U_GS​ → p-Kanal.

Aufgabe 14.3.7: Was bedeutet CMOS? Skizzieren Sie die Schaltung eines CMOS Inverters.

Aufgabe 14.3.8: Skizzieren Sie den Aufbau eines n-Kanal MOSFETs.

Bei positivem U_GS entsteht unter dem Gate ein n-leitender Kanal.

Aufgabe 14.3.9: Was bedeutet body Effekt?

Wird eine Spannung and Source und Bulk/Body angeschlossen, verändert sich die Thresholdspannung

Aufgabe 14.3.10: Was ist ein UniJunction Transistor?

Doppelbasistransistor, Zündspannung U_z

Aufgabe 14.3.11: Erklären Sie den Unterschied zwischen selbstleitendem und selbstsperrendem MOSFET.

Kanal zwischen Source und Drain:

Selbstsperrend (Anreicherungstyp): Ug= 0 → kein Kanal

Selbstleitend (Verarmungstyp): Ug = 0 → Kanal offen

Aufgabe 14.3.12: Zeichnen Sie ein 1 Transistor Speicherelement und erklären Sie die Funktion.

DRAM: speichert Signal, muss periodisch erneuert werden.

Aufgabe 14.3.13: Was bedeutet open collector/emitter/drain/source?

Anschlüsse von BJT/Mosfet sind jeweils offen

Aufgabe 14.3.14: Zeichnen Sie das Schaltbild der nichtinvertierenden Operationsverstärker-Grundschaltung und geben Sie die dazugehörende Formel an.

siehe Bild

Aufgabe 14.3.15: Zeichnen Sie das Schaltbild der invertierenden Operationsverstärker-Grundschaltung und geben Sie die dazugehörende Formel an.

siehe Bild

Aufgabe 14.3.16: Zeichnen Sie die Schaltung eines NAND realisiert mit MOSFET Transistoren.

siehe Bild

Aufgabe 14.3.17: Zeichnen Sie die Schaltung eines Latch realisiert mit MOSFET Transistoren.

Aufgabe 14.3.18: Wieso kann bei Operationsverstärkerschaltungen mit dem Begriff virtueller Kurzschluss gearbeitet werden?

durch Rückkopplung gleichen sich die Spannungen zwischen den Eingängen an.

Aufgabe 14.3.19: Wie messen Sie den Ausgangswiderstand einer linearen Verstärkerschaltung?

Potentiometer als Lastwiderstand(Spannungsteiler)