Aufg 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Pkte. 4 10 6 10 6 10 ... · Klausur A/D-Technik WS16/17 und...

Klausur Analog- und Digitaltechnik

Wintersemester 2016/17

Name :

Matrikelnummer:

Punkte: Note:

Aufg 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Pkte. 4 10 6 10 6 10 8 8 6 6 8 4 6 8 100

erhalt.

Anmerkungen:

SCHREIBEN SIE ALLE ERGEBNISSE AUF DIESE AUFGABENBLÄTTER.

ES KÖNNEN NUR DIE ERGEBNISSE GEWERTET WERDEN, DIE SIE AUF DIESE AUFGABENZETTEL GESCHRIEBEN HABEN. Wenn der Platz auf den Aufgabenblättern für Ihre Rechnungen nicht ausreicht, benutzen Sie die Klausurbögen.

Schreiben Sie auf jedes Blatt Ihren Namen!

Bitte Aufgabenblätter zusammen mit den Klausurbögen abgeben! Legen Sie zur Abgabe alle Ihre Blätter in einen Klausurbogen.

Zugelassene Hilfsmittel: Keine, nur Taschenrechner

Dauer: 120 Minuten

7 Seiten

Klausur A/D-Technik WS16/17 und weitere Aufgaben Name:

2

1. Aufgabe 4 P

Stellen Sie die WWT für folgenden Ausdruck auf

zxyxf )(

2. Aufgabe 10 P

Schreiben Sie die Funktion f in konjunktiver

Normalform und kürzen sie..

a) Konjunktive Normalform (4P)

b) Gekürzte Form: (6P)

3. Aufgabe 6P

Entwerfen und zeichnen Sie folgende Schaltung. Sie hat zwei Dateneingänge x und y, einen Steuereingang

s und einen Ausgang z. Ist s=0, dann soll z=0 sein, ist s=1, dann soll sein.

Schaltung

f

x y z f

1 1 1 1

1 1 0 1

1 0 1 1

1 0 0 0

0 1 1 1

0 1 0 1

0 0 1 1

0 0 0 0


3

4. Aufgabe 10 P

a) Wie heißt die Schaltung nächsten Bild(4P)?

b) Stellen Sie die Zustandstabelle auf (6P)

5. Aufgabe 6P

Zeichnen Sie einen asynchronen Zähler aus T-FF, der von 0 bis 6 einschließlich zählt.

6. Aufgabe 10 P

Entwerfen Sie aus D-Flipflops einen synchronen Zähler mit Steuereingang s. Wenn s=0 ist, soll der Zähler

rückwärts zählen (2,1,0,2,1,0,2,…), bei s=0 soll er in seinem Zustand bleiben.


4

7. Aufgabe (8P)

In obigem Schaltbild sei Uges=9 V, R1=1kOhm , R2=2kOhm. Bestimmen Sie das Thevenin’sche

Ersatzschaltbild. Dann berechnen Sie Strom und Spannung an RL mit RL=2000Ohm.

8. Aufgabe 8 P


5

Eine Leuchtdiode hat obige Kennlinie. Diese Leuchtdiode soll mit einer 9 Volt Batterie und einem

Vorwiderstand betrieben werden.. Wie groß muss der Vorwiderstand gewählt werden, damit der Strom

durch die Diode 400 mA beträgt.

Zeichnen Sie das

Schaltbild: (2P)

Berechnen Sie den

Vorwiderstand

(6P)

9. Aufgabe 6 P

In folgender Schaltung werden die Sekundärwicklungen eines Netztransformators mit einer

Gleichrichterschaltung verbunden. Die Schaltung kommt aus den USA, wo die Netzfrequenz 60 Hertz

beträgt.

Der Transformator trägt die Aufschrift: Primärspannung 110 V, Sekundärspannung 12 V.

Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung an der Sekundärwicklung u und der

Ausgangsspannung am Widerstand ur über 50 Millisekunden. Dabei sollen zumindest die

charakteristischen Werte (z.B. Minima, Maxima, Nulldurchgänge mit den richtigen Spannungen und Zeiten

eingezeichnet werden).

Hier ist etwas Platz, wenn Sie dazu rechnen müssen.


6

10. Aufgabe 6 P

Eine PC-Schnittstelle liefert einen High-Pegel von 4 Volt. einen Low-Pegel von 0 Volt. Damit soll eine

Lampe geschaltet werden mit Nennspannung von 12 Volt und Nennleistung 6 W. Es stehen Transistoren

mit beta=200 zur Verfügung.

Zeichnen und dimensionieren Sie den Schalter vollständig.

11. Aufgabe 8 P

Zeichnen und dimensionieren Sie eine Konstantspannungsquelle mit npn-Transistor (im Datenblatt steht:

beta =100-200) und Zenerdiode. Die Ausgangsspannung soll 9 Volt betragen. Die Versorgungsspannung

kann zwischen 12 und 15 Volt schwanken. Bis zu einem maximalen Ausgangsstrom von 500 mA soll die

Ausgangsspannung (mindestens) konstant bleiben.

Zeichnen und dimensionieren Sie die Schaltung. (8P)


7

12. Aufgabe 4P

Wie heißen die beiden goldenen Regeln für Operationsverstärkerschaltungen?

13. Aufgabe 6 P

Zwei Sensoren liefern jeweils Spannungen zwischen -50mV und +50 mV. Entwerfen und zeichnen Sie eine

OP-Schaltung, die die Summe der Spannungen bildet und auf den Bereich von -5V bis +5V verstärkt. Der

Eingangswiderstand soll jeweils 1 kOhm betragen

14. Aufgabe 8 P

Im Praktikum haben Sie folgende Schaltung zur Pulsmessung aufgebaut. Der Widerstand mit den beiden

Pfeilen ist ein lichtempfindlicher Widerstand (LDR), dessen Wert von der Lichtmenge abhängt, die auf ihn

auffällt. Wird zwischen Lichtquelle und diesem LDR ein Daumen gehalten, wird die Lichtmenge ein wenig

durch die Blutmenge im Daumen verändert.Da die Blutmenge im Daumen sich während des Pulses ändert,

schwankt der Widerstand des LDR dann zwischen 1000 Ohm und 1002 Ohm. Der Vorwiderstand sei

genau 1000 Ohm.

a) Zwischen welchen Werten schankt die Spannung am LDR, wenn der Daumen zwischen Birne und

LDR ist?

b) Die Spannung am LDR wird mit dem Oszilloskop (Oszi) gemessen. Wozu dient der Kondensator?


8

Hier folgen weitere Aufgaben aus bisherigen Klausuren:

15. Aufgabe 6 P


qpqpf )(

16. Aufgabe 8 P

Schreiben Sie die Funktion f in konjunktiver

Normalform und kürzen sie..

a) Disjunktive Normalform (4P)


17. Aufgabe 8P

Entwerfen und zeichnen Sie die Schaltung eines 2-auf-1 Multiplexers, mit dem also einer von zwei

Eingängen x0 und x1 wahlweise auf einen Ausgang z gegeben werden kann und der von einem Eingang s

gesteuert wird. Ist s=0, dann soll z=x0 sein ist s=1, soll z=x1 sein. Verwenden Sie nur UND- und ODER-

Gatter und Inverter.

Schaltung

f

x y z f

1 1 1 0

1 1 0 1

1 0 1 1

1 0 0 0

0 1 1 0

0 1 0 0

0 0 1 1

0 0 0 0


9

18. Aufgabe 12 P

a) Welche Schaltung zeigt das nächste Bild(4P)?

b) Stellen Sie die Zustandstabelle auf (8P)

19. Aufgabe 6P

Zeichnen Sie einen asynchronen Zähler aus T-FF, der bis 3 einschließlich zählt.


10

20. Aufgabe 10 P

Entwerfen Sie aus D-Flipflops einen synchronen Zähler mit Steuereingang s. Wenn s=1 ist, soll der Zähler

rückwärts zählen (3,2,1,3,2,1,3,…), bei s=0 soll er immer in den Zustand 3 gehen.

21. Aufgabe 8 P

In folgender Schaltung werden die Sekundärwicklungen eines Netztransformators mit einer

Gleichrichterschaltung verbunden.

Die Spannungsangaben an der Sekundärwicklung entsprechen den effektiven Spannungswerten. Die

Spannung am Lastwiderstand RL ist die Ausgangsspannung Ua.


11

Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf von U1

und von der Ausgangsspannung Ua über 40

Millisekunden. Dabei sollen zumindest die

charakteristischen Werte (z.B. Minima,

Maxima, Nulldurchgänge mit den richtigen

Spannungen und Zeiten eingezeichnet

werden):



12

22. Aufgabe 6 P

Eine PC-Schnittstelle liefert einen High-Pegel von 3 Volt. einen Low-Pegel von 0 Volt. Damit soll eine

Lampe geschaltet werden mit Nennspannung von 9 Volt und Nennleistung 3 W. Es stehen Transistoren mit

beta=200 zur Verfügung.


23. Aufgabe 8 P

Zeichnen und dimensionieren Sie eine Konstantspannungsquelle mit npn-Transistor (im Datenblatt steht:

beta =100-400) und Zenerdiode. Die Ausgangsspannung soll 6 Volt betragen.. Die Versorgungsspannung

kann zwischen 14 und 16 Volt schwanken. Bis zu einem maximalen Ausgangsstrom von 800mA soll die

Ausgangsspannung (mindestens) konstant bleiben.

Zeichnen und dimensionieren Sie die Schaltung. (8P)


13

24. Aufgabe 4P

Wie heißen die beiden goldenen Regeln für Operationsverstärkerschaltungen?

25. Aufgabe 6 P

Ein sehr hochohmiger Sensor liefert Spannungen von 0 bis 20 mV.

Welche Spannungsverstärkerschaltung müssen Sie wählen, um diese Sensorspannung zu verstärken?

Dimensionieren Sie die Schaltung so, dass ihre Ausgangspannung zwischen 0 und 1 V liegt.

Dimensionieren und zeichnen Sie die Schaltung.

26. Aufgabe 3 P


F=(x+(-y)*(y+z)

27. Aufgabe 4 P

Schreiben Sie die Funktion f in disjunktiver Normalform und kürzen sie..

a) Disjunktive Normalform (2P)


x y z f

1 1 1 0

1 1 0 1

1 0 1 0

1 0 0 1

0 1 1 1

0 1 0 0

0 0 1 1

0 0 0 0


14

28. Aufgabe 7 P

Wie heißt diese digitale Schaltung (1P)?

Sie heißt:

Schreiben Sie die Zustandstabelle in folgende Tabelle: (3P)

Zeichnen Sie einen entprellten Schalter, der dieses Bauteil benutzt: (3P)


15

29. Aufgabe 5P

Zeichnen Sie einen asynchronen Zähler aus T-FF, der bis 6 einschließlich zählt.

30. Aufgabe 7P

Entwerfen Sie aus D-Flipflops einen synchronen mod3-Zähler (0,1,2,0,1…) mit Steuereingang s. Wenn s=1

ist, soll der Zähler vorwärts zählen, bei s=0 soll er rückwärts zählen.


16

31. Aufgabe 6 P

Ein Bauteil mit der in der Abbildung gezeigten Kennlinie (x-Achse: Bauteilspannung in Volt, y-Achse

Bauteilstrom in Milliampere) wird mit einem Widerstand R in Reihe an eine Spannungsquelle U geschaltet.

Welche Spannung liegt am Bauteil an und welcher Strom fließt, wenn

Spannung am Bauteil Strom durch das Bauteil

a) U= +3,0 V und

R=1500 Ohm

b) U= - 2,0V und R=500

Ohm

c) U= 0 V und

R=250Ohm

(dazu müssen Sie die Arbeitsgeraden einzeichnen)

32. Aufgabe 4 P

Sie haben einen Transformator (mit der Aufschrift: Primärwicklung 230V, Sekundärwicklung 9V), eine

Diode und einen Kondensator (Kapazität C=500µF). Daraus sollen sie eine Schaltung bauen, die eine

Gleichspannung liefert.

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4


17

Zeichnen Sie den Schaltplan.

Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung an der Sekundärwicklung und den Verlauf der

Ausgangsspannung über 40 Millisekunden.

Dabei sollen zumindest die

charakteristischen Werte (z.B. Minima,

Maxima, Nulldurchgänge mit den richtigen

Spannungen und Zeiten) eingezeichnet

werden.

Schliessen Sie jetzt einen 100 Ohm

Widerstand an den Ausgang ihrer

Schaltung an und zeichnen Sie die

Ausgangsspannung ebenfalls ein.


33. Aufgabe 3 P

Eine Laptop-Schnittstelle liefert einen High-Pegel von 3 Volt. einen Low-Pegel von 0 Volt. Damit soll eine

Lampe geschaltet werden mit Nennspannung von 12 Volt und Nennleistung 1 W. Es stehen Transistoren

mit beta=100 zur Verfügung.


18


34. Aufgabe 4 P

Ein bestimmter Sensor liefert eine LadungI von 0 bis 2 µCb. Dieser Strom soll mit einem Ladungsverstärker

(mit OP) in eine proportionale Spannung von 0 bis 5 V gewandelt werden. (Das Vorzeichen des Ladung

spielt hier keine Rolle)

Dimensionieren und zeichnen Sie die Schaltung.

35. Aufgabe 4 P

In einem Buch finden Sie folgende Schaltung. Die Widerstände R4, R5, R6 sind jeweils 5kOhm groß, R7 ist

ein Sensor und hat einen Widerstand von 10kOhm. Die Namen IC2A usw. bezeichnen den OP Typ und

interessieren uns hier nicht.

Wie groß sind Ua1 und Ua2? (Mit

Begründung)


19

36. Aufgabe 6 P

Ein Bauteil mit der in der Abbildung gezeigten Kennlinie (x-Achse: Bauteilspannung in Volt, y-Achse

Bauteilstrom in Milliampere) wird mit einem Widerstand R in Reihe an eine Spannungsquelle U geschaltet.

Welche Spannungen liegt am Bauteil an und welcher Strome fließt, wenn

Spannung am Bauteil Strom durch das Bauteil

U= 4,0 V (also

Durchlassrichtung) und

R=500 Ohm

U= - 4,0V (also

Sperrrichtung) und

R=500 Ohm

U= -8,0 V und R=1

KOhm

37. Aufgabe 6P


20

Zeichnen und erläutern Sie einen Emitterverstärker mit npn-Transistor (beta =100) . Die

Versorgungsspannung komme aus einer 9 Volt-Batterie, der Lastwiderstand sei 10 kOhm, die

Spannungsverstärkung sei 10.

Zeichnen und dimensionieren Sie die Schaltung. Dabei soll das Gleichspannungspotential des Kollektors

gleich der halben Versorgungsspannung sein. Zeichnen Sie auch die Spannungsquelle (die Batterie) mit in

die Schaltung ein.

38. Aufgabe 3P

Eine Photodiode erzeugt pro Watt auftreffender Lichtleistung einen Strom von 0.5 A. Betrachten Sie die

Photodiode also als ideale Stromquelle. Entwerfen und zeichnen Sie einen einen Transimpedanzwandler,

der bei 1 mW Lichtleistung eine Ausgangsspannung von 10 V erzeugt. (Das Vorzeichen spielt keine Rolle.)

39. Aufgabe 2P

Zeichnen Sie einen CMOS-Inverter und erläutern Sie die Funktionsweise.

40. Aufgabe 4P

Verbinden Sie bei einem flankengetriggerten D-FF den –Q-Ausgang mit D.

Welche Zustandstabelle hat der flankengetriggerte D-FF?

Stellen Sie ein Zeitdiagramm für das Verhalten auf, wenn der FF mit Rechteckpulsen der Frequenz f

getaktet wird.

41. Aufgabe 4P


21

Eine Schaltung habe drei Eingänge x, y und s. Wenn s=0 ist, soll der Ausgang f der XOR-Verknüpfung

zwischen x und y entsprechen, bei s=1 der Implikation.

Entwerfen Sie eine Schaltung.

42. Aufgabe 3P

Bauen Sie aus einem RS-Flipflop und weiteren Gattern einen zustandsgetakteten RS-Flipflop. Schreiben

Sie die Zustandstabelle des RS-Flipflop hin und leiten Sie daraus die Zustandstabelle des

zustandsgetakteten RS-Flipflops ab

43. Aufgabe 6P

Entwerfen Sie einen synchronen mod3-Zähler aus D-FF.

Welche Bauteil-Kenngrössen müssen Sie wissen, um die maximale Frequenz zu bestimmen, mit der dieser

Zähler betrieben werden kann.

44. Aufgabe 7P

Berechnen Sie mit Thevenin’s Theorem die Spannung

Ux.

45. Aufgabe 5P

Eine Konstantstromquelle soll 200mA liefern können. Es stehen eine Spannungsquelle mit 15 Volt und

Zenerdioden mit 4 Volt Zenerspannung zur Verfügung. Dimensionieren Sie die Schaltung mit npn

Transistor (beta~100).

Zeichnen und dimensionieren Sie die Schaltung.

Welche Werte dürfen die Lastwiderstände annehmen, damit die Schaltung konstanten Strom liefert.

U=10V

5k

20 k10k

20k10k

Ux=


22

46. Aufgabe 8P Eine Zusatzaufgabe für die Engagierten:

In einem Artikel sehen Sie folgende Schaltung:

Die Schaltung enthält 3 OPs ohne Rückkopplung, 3 XOR Gatter und 6 gleich große Widerstände. Die

Ausgänge der XOR sind über Dioden mit den beiden Ausgängen LSB und MSB verbunden.

Welche Aufgabe hat diese Schaltung?

Nun sei Vref= 4 Volt. Was zeigen MSB und LSB an, wenn a) Vin=0,6Volt und b) Vin=2,8Volt?

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