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Hans Oberlander
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Beitrag von Hans Oberlander » 08.05.2008 13:20

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Elektronik Prüfung 16.02.2007

Aufgabe 1:

a) Was versteht man unter dem Begriffen "intrinsischer Halbleiter", "Störstellenreserve" und "Störstellenerschöpfung"? Skizzieren Sei qualitativ die Elektronendichte als Funktion der Temperatur für einen n-Halbleiter und bezeichnen Sie die entsprechenden Bereiche.

b) Skizzieren Sie für einen undotierten Halbleiter und einen n-dotierten Halbleiter das Bändermodell w(x) im thermodynamischen Gleichgewicht! Tragen Sie W_F,\ W_C,\ W_V,\ W_g und das Dotierstoffniveau W_D ein!

c) Was versteht man unter dem Begriff "Raumladungszone" und wo treten Raumladungszonen innerhalb des Halbleiters auf? Nennen Sie ein Beispiel!

d) Welcher pn-Übergang ist beim BJT im Inverterbetrieb leitend und welcher gesperrt?

e) Welche Bedingungen müssen für U_{GS} und U_{DS} gelten, damit sich ein n-Kanal-Depletion MOSFET im Sättigungsbereich befindet?


Aufgabe 2:

Die Störstellendichte in einem mit Phosphor (5. Hauptgruppe des PSE) dotierten Si Halbleiters beträgt 10^{15} cm^{-3}. Durch zusätzliche Dotierung wird Bor (3. Hauptgruppe des PSE) mit einer Störstellendichte von 10^{18} cm^{-3} in dem Halbleiter eingebracht.

a) Welchen Ladungsträgertyp hat der Si Halbleiter vor der Bordotierung?

b) Welchen Ladungsträgertyp hat der Si Halbleiter nach der Bordotierung?

c) Wie groß sind Elektronen und Löcherdichten vor der Bordotierung?

d) Wie groß sind Elektronen und Löcherdichten nach der Bordotierung?


Aufgabe 3:

Gegeben ist ein pn-Übergang mit einer Donatorenkonzentration N_D = 5\cdot 10^{16} cm^{-3} im n-Gebiet und einer Akzeptorenkonzentration von N_A=10^{16}cm^{-3} im p-Gebiet.

a) Leiten Sie die Gleichung für die Diffusionsspannung U_D her und berechnen Sie diese.

b) Berechnen Sie die Ausdehnung der Raumladungszone in das n- und in das p-Gebiet (x_p, x_n) und die Weite der Raumladungszone w im thermodynamischen Gleichgewicht.

c)Skizzieren Sie quantitativ den Verlauf von Raumladung, Feldstärke und Potential (drei Diagramme) in der Sperrschichtregion über den Ort, wenn der pn-Übergang:

- nicht vorgepolt (U = 0) ist,
- in Sperrrichtung gepolt (U < 0 ) ist,
- in Durchlassrichtung gepolt (U > 0) ist.


Aufgabe 4:


Geg.: I_{RC} = 1 mA,\ B_f = B_{f0} = 50. m_c = 1,083

a) Was für ein Transistortyp (z.B. n-Kanal MOSFET, pnp BJT) wird in der Schaltung verwendet?

b) Zeichnen Sie das HF Kleinsignal Ersatzschaltbild des Transistors.

c) Berechnen Sie den Kleinsignalkennwete g_m und r_{BE} = \frac{1}{g_{BE}} (Formel, Zahlenwert)!
Hinweis: Verwenden Sie dafür die Gleichung I_C = I_S\cdot exp(\frac{U_{BE}}{U_T \cdot m_c})!

d) Zeichnen Sie die Eingangskennlinie des BJT und den Arbeitspunkt.

e) Welche Kleinsignalgröße erhalten Sie?

f) Wie können Sie aus dem Diagramm die Kleinsignalgröße abschätzen?

g) Nennen Sie zwei, den Kleinsignalbetrieb kennzeichnende Kriterien.


Aufgabe 5:
(Diese Aufgabe war sehr an der aus der Klausur vom Sommersemester angelehnt, allerdings mit andere Zahlenwerten. Da ich die jedoch nicht mehr weiß habe ich die aus der anderen Klausur übernommen.)

Das Licht einer Lichtquelle (Bandabstand W_g) trifft mit einer Bestrahlungsstärke E_0 auf die Oberfläche einer Silizium-Photodiode (Oberfläche A_D externer Quantenwirkungsgrad \eta_x). ZusätzlichZustzlich sind die Konzentrationen N_A und N_D bekannt. Die Diode wird in einer Schaltung mit einem Lastwiderstand R_L und einer Spannungsquelle U_{ein} betrieben. Folgende Größen sind gegeben:
W_g = 1,77eV,\ E_e = 1\frac{mW}{mm^2},\ A_D = 1,5mm^2,\ \eta_x = 0,3 ,\ N_A = 10^{17} cm^{-3},\ N_D = 10^{15} cm^{-3},\ R_L = 10k\Omega,\ U_{ein} = 3V,\ U_D = 0,7V, c = 3\cdot 10^6 \frac{m}{s},\ \varepsilon_0\cdot\varepsilon_G = 1,035\cdot 10^{-12} \frac{As}{Vcm}.

a) Zeichnen Sie die Schaltung für den Betrieb der Fotodiode als Fotodetektor unter Verwendung der Spannungsquelle U_{ein} und des Lastwiderstandes R_L! Achten Sie auf korrekte Richtungen aller Ströme und Spannungen, sowie die Beziehung der Elemente! Tragen Sie in der Schaltung (durch Pfeilrichtung) wichtige Spannungen und Ströme an den entsprechenden Stellen ein!

b) Berechnen Sie die Wellenlänge \lambda des von der Lichtquelle eingestrahlten Lichtes (Formel, Zahlenwert)!

c) Berechnen Sie den Wert der Sperrspannung U_{SP} über der Diode(Formel, Zahlenwert)!

d) Bis zu welchen Bestrahlungsstärke E_{e,max} kann die Schaltung eingesetzt werden?

e) Berechnen Sie die Sperrschichtkapazität der Diode für die Sperrspannung U_{SP} aus Aufgabenteil c) (Formel, Zahlenwert)!

f) Skizzieren Sie das Kleinsignalersatzschaltbild der Fotodetektorschaltung mit allen zugehörigen Elementen! Tragen Sie in das Ersatzschaltbild die Beziehungen der Elemente, sowie die wesentlichen Spannungen und Ströme ein!

g) Ermitteln Sie die RC-Zeitkonstante \tau unter Berücksichtigung, dass der Sperrschichtwiderstand R_r und der Serienwiderstand R_s der Diode in Bezug auf den Lastwiderstand RL die Bedingung Rr >> RL >> Rs erfüllen!
Hinweis: Die Herleitung der Beziehung für die Zeitkonstante ist nicht erforderlich, die Nennung der Formel für \tau genügt.


ACHTUNG! Es ist durchaus möglich das diese Aufgabenstellung fehlerhaft ist, da dies aus einer hektisch geführten Mitschrift basiert. Falls jemand also auf Fehler stößt möge sie/er diese doch beheben.
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Kortoffel
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Wiederholungsklausuren WS08/09

Beitrag von Kortoffel » 16.07.2009 18:14

Ich habe mich nach der Klausur mal hingesetzt und die Schaltungen der Klausur mal aufgezeichnet. Ich bitte die Form zu entschuldigen. Habe es leider nicht geschafft, sie nochmal ordentlich zu Papier zu bringen.
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tilman
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Re: Klausuren

Beitrag von tilman » 03.08.2010 09:39

Aus unbekannter Quelle gibt es für die Klausur vom 23.7.07 für Nach- und Wiederhohler noch eine Lösung hier Forum:

download/file.php?id=2515


Und für die Probeklausuren von 2006 und 2007 gibt es hier einen Lösungsvorschlag:

viewtopic.php?f=40&t=6514&p=63744

peter_silie
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Elektronik Klausur SS10

Beitrag von peter_silie » 24.07.2011 10:36

hier mal die klausur vom SS2010
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