[ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

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Robsen
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[ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Robsen » 31.07.2010 14:31

Heute vor 2 Jahren wurde diese Klausur geschrieben und unten findet ihr mal meine Lösung.
Die Verständnisfragen habe ich mangels Verständnis zu den Fragen mal weggelassen.
Insbesondere bei Aufgaben 3 und 5 bin ich mir garnicht sicher ob das alles so stimmt.
Korrekturen sind deswegen unbedingt erwünscht! ;)

Aufgaben 1 und 4 müssten soweit aber denk ich passen, es sei denn ich hab noch irgendwo geschusselt.

Ich habe außerdem farblich gekennzeichnet, welche Formeln gegeben sind, welche in der FS stehen und welche man auswendig lernen muss.

PS: entschuldigt mein Geschmiere, hab mir aber Mühe gegeben :D
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von eleto » 31.07.2010 19:56

Hallo Robsen,
ich hab eben in die 3te Aufgabe geschaut.

a,b,d habe ich eben so. Ob das KS-ESB so richtig ist glaube ich nicht ganz, bin aber auch kein Profi auf dem Gebiet.

Kann es sein, dass bei e gemeint ist, dass man die Ausgangsspannung durch den Ausgangsstrom teilen soll? Also vielleicht uce/ic???
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von aizzz » 31.07.2010 20:03

Aufgabe 3: c) Ersatzschaltbild ist falsch. Aus Stromquellen wird im KSB ein Leerlauf, von der Diode bleibt meiner Meinung nach nur ein rz übrig und das Rce liegt zwischen Kollektor und Emitter.

Aufgabe 5: b) Wird über Mittelwert der Spannung Ur(t) ausgerechnet und c) und d) hab ich auch irgendwie anders.

Das ist das was mir jetzt beim überfliegen aufgefallen ist.

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von eleto » 31.07.2010 20:16

Bei 5 muss man erst aus dem Effektivwert -> Spitzenwert -> Mittelwert rechnen.

Den Mittelwert für weitere Berechnungen nutzen oder?
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von kelden » 31.07.2010 20:19

Also zu 3e.) denke ich mal das es net so einfach is.
Ich habe soweit das

Ia=gm*Ube+Uve*gc+Ube*gbe
ua=-Uce
Ube=Ue-Ua

aber hier komme ich net weiter weil ich nicht weis wie ich Ue weiter beschreiben soll.
Ich habe zwar ne lösung gesehen die Ue=-RvIIRz*gbe*Ube setzt, aber das glaube ich nicht das es so möglich ist denn bei der übungs aufgabe b1 die nummer f aus der 4. Übung habe ich auch mal zur probe es so beschrieben und es kamm was total falschen raus.
Also bitte um anregungen :?

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Robsen » 31.07.2010 20:20

Aufgabe 5: b) Wird über Mittelwert der Spannung Ur(t) ausgerechnet und c) und d) hab ich auch irgendwie anders.
jo hab auch grad festgestellt, dass man das wohl eher analog wie bei der Probeklausur 2009 rechnet, ich änder das mal noch.
Aufgabe 3: c) Ersatzschaltbild ist falsch. Aus Stromquellen wird im KSB ein Leerlauf, von der Diode bleibt meiner Meinung nach nur ein rz übrig und das Rce liegt zwischen Kollektor und Emitter.
das kann gut sein, war nur ein Versuch...
und zur diode: das KS-NF-ESB der Diode besteht ja aus 2 parallelen Leitwerten und nem RS und das zusammen ist wohl das rz was übrig bleibt?
Werd dann morgen nochmal was aktualisiertes hochladen, für heute ist erstmal genug ;)
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von TFWalther » 31.07.2010 21:15

Hier mal die Verständnisfragen durchgekreuzelt:

2. Aufgabe
Beim Early-Effekt wird die Basisweite moduliert durch
O erh¨ohung von UBE bei konstantem UCE
x erh¨ohung von UCE bei konstantem UBE
O erh¨ohung von UCE bei variablen UBE

Welche dieser Bauteile (2 sind anzukreuzen) beruhen auf dem Lawineneffekt?
O Z-Diode mit Durchbruchspannung kleiner als 5V
O Z-Diode mit Durchbruchspannung gr¨oßer als 5V
x Avalanche-Fotodiode
x p-i-n-Diode

Die Kanall¨angenmodulation beruht auf
x Einer Erh¨ohung der Spannung UDS
O Einer Erh¨ohung der Spannung UGS

Latch-Up..
x F¨uhrt zur irreversiblen Zerst¨orung eines CMOS auf Grund von parasit¨aren BJT
O F¨uhrt zur irreversiblen Zerst¨orung eines CMOS auf Grund von regul¨aren BJT
O F¨uhrt zur reversiblen Zerst¨orung eines CMOS auf Grund von regul¨aren BJT

Weclche Ladungstr¨agerart herscht in einer mit NA dotierten Schicht einer pin-
Fotodiode vor?

O Elektronen
x L¨ocher
O keine, es gilt das Massewirkungsgesetz

Was beeinflusst die Flachbandspannung in einer MIS-Struktur?
O Bulkdicke
x Gatematerial
O Oxidladung

Welche Ladungstr¨agerart ist f¨ur den Stromtransport in der MIS-Struktur
zust¨andig??

-- Irgendwie uneindeutig, da nicht dasteht ob zum lateralen (in einem MOSFET): Majoritäten oder vertikaler Richtung (Als Kapazität betrieben): Oxidladung

O Majorit¨aten
O Minorit¨aten
O Oxidladung

zur Diskussion bereit ;-) Versuch mich mal an den anderen Aufgaben zum Vergleichen

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Ghost12 » 31.07.2010 21:26

Welche dieser Bauteile (2 sind anzukreuzen) beruhen auf dem Lawineneffekt?
O Z-Diode mit Durchbruchspannung kleiner als 5V
x Z-Diode mit Durchbruchspannung gr¨oßer als 5V
x Avalanche-Fotodiode
x p-i-n-Diode
Anwendung

Der Avalanche-Effekt wird in folgenden Halbleiter-Bauteilen genutzt:

* Avalanche-Dioden und Avalanche-Fotodioden arbeiten mit sehr hoher Sperrspannung und nutzen den Avalanche-Effekt zur Verstärkung des Fotostromes
* Dioden und Transistoren lassen sich durch ein kontrolliertes Avalanche-Verhalten vor Zerstörung durch Überspannungen schützen
* Z-Dioden mit einer Durchbruchspannung UZ > 5 V
Von Wiki mal rauskopiert. Als Suchkriterium "Lawinendurchbruch" eingegeben

MfG

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von TFWalther » 31.07.2010 21:38

Bei 1a: müsste man \Phi_B noch + \chi rechnen, da Robsens angegebene Formel nur \Phi_B - \chi ermittelt, laut Skizze jedenfalls.

Bei 1e: müssten überall Striche über die Qs und Cs, da es sich um flächenbezogene Größen handelt, ich habe gehört, die behandeln sowas im Institut recht penibel

zu 2. hab ich mal meine Variante eingescannt, allerdings ist die rechte Kapazität seltsam und gehört da irgendwie nicht hin???

zu 3d: I_S braucht man hier nicht, deshalb ist es auch nicht gegeben, da gilt:
I_S\ \approx \ \frac{I_C}{( 1+\frac{U_{CE}}{U_{eaf}} ) \cdot e^{\frac{U_{BE}}{m_C U_T}}} (einfach I_C umgestellt)

damit komme ich auf: g_m\ \approx\ 18\ mS
r_{BE}\ \approx\ 5,5 \Omega
r_{CE}\ \approx\ 160 \Omega
Hab auch hier mal meinen Lösungsvorschlag eingescannt, könnte es so sein?

zu Aufgabe 4: Wie schließt man Bulk an? Etwa so wie ich es eingezeichnet habe oder fehlt noch etwas?

und weils so schön war noch Aufgabe 5 zur Diskussion

edit: Das ganze noch als handliche pdf zum durchschauen -> trotzdem zu 2., was soll die rechte Kapazität?
edit_ pdf nach Dateien verschoben
Zuletzt geändert von TFWalther am 01.08.2010 12:20, insgesamt 5-mal geändert.

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Majestic12 » 01.08.2010 08:08

Ghost12 hat geschrieben:
Welche dieser Bauteile (2 sind anzukreuzen) beruhen auf dem Lawineneffekt?
O Z-Diode mit Durchbruchspannung kleiner als 5V
x Z-Diode mit Durchbruchspannung gr¨oßer als 5V
x Avalanche-Fotodiode
x p-i-n-Diode
Hm.
Laut Script Seite 93 unten:
*pin-Diode
*...

*Effekte:
*...
*Lawineneffekt


alsos pin hat den irgendwie auch??

zu dem ESB für Aufgabe 3:
KS-ESB.jpg
kann das so stimmen??

zu den gm, rbe und rce:

g(m)=dI(c)/dU(BE)
die "-1" in der Klammer kann man weg lassen (exp()>>1)
so kommt man mit der Ableitung auf:
g(m)=I(c)/(m(c)*U(t))=18S


mit I(c)=495mA
U(CE)=7V

kann das wer bestätigen??
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von TFWalther » 01.08.2010 08:32

jupp hab ich auch so (mS) siehe oben

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Majestic12 » 01.08.2010 09:06

wie kommst du auf mS??

wenn ich 495mA/(1,058*26mV)=18S !!
oder hab ich n Fehler drin?

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von TFWalther » 01.08.2010 09:41

Ich hab mich vertan S stimmt

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von kelden » 01.08.2010 10:59

Also die 5 b stimmt auch bei dir nicht U=1/2pi*..... wobei zu streiten ist ob das integral von 0 bis pi oder von aplha bis pi-aplha geht.
Und als ur komme ich auf 1/2pi*(2Ug-Ug*pi)=5,6 V.
Bei der 3e glaube ich auch nicht das es so einfach gemacht werden kann, aber das ist nur eine vermutung

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Majestic12 » 01.08.2010 11:13

für die 3e hab ich:

u(a)=u(e)-U(BE)
i(a)=U(BE)*(g(BE)+g(m))+U(CE)*g(CE)

nun mein Problem: wie groß ist u(e)?

denn das liegt ja jetzt sowohl über R(v) (U(v)=6,4V) als auch über der Diode (U(z)=5,6V)
??

da schnick ich noch net ganz durch


//EDIT:
für die 5, da gabs letzes Jahr schon Diskussionen:

entweder, man geht von dem gegebenen Spannugsbild aus, dann muss man das Integral von 0-Pi nehmen
mit (1/2*Pi)*Integral(0//Pi) {(Û(g)-U(f))*sin(wt)}dwt
damit kommt auf 1546Ohm für R

oder man nimmt den Weg, den der Herricht mal gemacht hat.
da muss man erst über U(f)=Û(g)*sin(Alpha) die Start-und Endpunkt ausrechnen.
dann sieht das Integral aber so aus:

(1/2*pi)*Integral(Alpha//Pi-Alpha) {Û(g)*sin(wt) - U(F)}dwt

es werden in der Klausur beide wege als richtig angesehen, da der erste dem Bild und der zweite der Näherung entspricht.
Fotodiode.jpg
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von TFWalther » 01.08.2010 11:28

Bei 5b hab ich damit beachtet, das der mittlere Diodenstrom genommen wurde, der ja nur die Hälfte der Zeit fließt (in Sperrrichtung nicht). damit fliegt die 2 wieder raus.

Bei 3e bin ich mir auch nicht sicher bei meiner Lösung, da ich keine Ahnung habe, was ia sein soll, eine andere Möglichkeit wäre noch, dass ia = 0, da bei ua keine Verbindung herrscht, dann wäre der Ausgangswiderstand \infty ich hab ia den an den Widerständen, wo ua anliegt fließenden Strom angenommen.

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Majestic12 » 01.08.2010 11:33

due musst bei der 5. definitiv rechnen:
U(mittel)=(1/2*pi)*Integral(0//2pi)
da aber nur wärend der hälfte der Zeit strom fliest, musst du nur von 0 bis Pi integrieren
die (1/2*pi) davor bleiben aber bestehen!!

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Beitrag von TFWalther » 01.08.2010 11:40

ja stimmt, von der Rechnung her ist es falsch, man vergleicht ja mit Imittel, was auch über den Geamtbereich gezählt wird, ich korrigier das oben mal

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Beitrag von Robsen » 01.08.2010 12:14

zu 3d: I_S braucht man hier nicht, deshalb ist es auch nicht gegeben, da gilt:
I_S\ \approx \ \frac{I_C}{( 1+\frac{U_{CE}}{U_{eaf}} ) \cdot e^{\frac{U_{BE}}{m_C U_T}}} (einfach I_C umgestellt)

damit komme ich auf: g_m\ \approx\ 18\ mS
r_{BE}\ \approx\ 5,5 \Omega
r_{CE}\ \approx\ 160 \Omega
Hab auch hier mal meinen Lösungsvorschlag eingescannt, könnte es so sein?
naja dann kürz sich ja alles weg, bei deinem IS ist ja nur doe -1 wegidealisiert, also das was du da für IS eingesetzt hast halte ich für quatsch.
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Beitrag von TFWalther » 01.08.2010 12:20

Die -1 kann man gut und gerne wegidealisieren (tipps mal in den Taschenrechner ein). Außerdem wurde es in der Übung so gemacht und steht im Skript so.

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Beitrag von Robsen » 01.08.2010 12:33

das ist ja auch voll okay. Bloß ich hab in der Aufgabe eine Formel für IC stehen und wenn ich da dein IS einsetze habe ich einfach mal nichts gekonnt, weil sich alles rauskürzt und nur IC übrig bleibt.
Drum sag mal bitte was du für das IS eingesetzt hast.
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Beitrag von TFWalther » 01.08.2010 12:36

erst ableiten, dann IS ersetzen

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Robsen » 01.08.2010 12:47

Will mich mit dir ja nicht streiten, hätte da gern mal noch ne zweite Meinung dazu. denn
erst ableiten, dann IS ersetzen
kannst ja gar nicht machen, denn IS wäre ja dann IS(UBE) und wenn IS von UBE abhängig ist musst du es auch ableiten, sonst veralberst du ja die Mathematik.
Also IS doch vorm ableiten einsetzen und dann wären wir beim alten problem. Außerdem ist IS doch eine nahezu Konstante und nur von der Diode abhängig (okay ein bisschen Temperaturabhängigkeit, aber ansonsten...)
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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Majestic12 » 01.08.2010 12:57

also robsen:

Ic= Is*(exp(Ube/m*Ut))*(1+Uce/Ueaf)
soweit klar, also warum die 1 weg is?

du leitest Ic nach UBE ab
da kommt dann raus:

gm=Is*(exp(Ube/m*Ut))*(1+Uce/Ueaf)*(1/m*Ut)
der erste Teil is dann einfach wieder Ic
somit kommt dann:
gm=Ic/m*Ut raus :)

klar soweit?

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Re: [ME] Klausur 31.07.2008 Lösungsdiskussion

Beitrag von Robsen » 01.08.2010 13:07

prinzipiell schon. aber was habt ihr jetzt für IC eingesetzt? IC=IB*Bf mit IB= IL((Bf+1)??
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