Aufgaben - Schaltungsdesign - Linearregler - Schaltreger - Kühlkörper

erlin
electronics
and medical
signal processing
Übung Analog- und Digitalelektronik WS 10/11
Aufgabe 1: Stromversorgung beim Schaltungsdesign
Die abgebildete Schaltung besteht aus analogen und digitalen Komponenten, die durch eine
reale Spannungsquelle (U0; Ri) gespeist werden; nur die zur Lösung der Aufgabe relevanten
Bauelemente und Leiterbahnen sind eingezeichnet.
Zur Synchronisation werden D-Flipflops eingesetzt; nach Invertierung eines Busses wird in
einem Volladdierer die Summe ermittelt und einem D/A-Umsetzer zugeführt. Der so
gewonnene Analogwert wird in einer nachgeschalteten Analogschaltung weiter verarbeitet;
dabei treten in zeitlich großen Abständen Stromspitzen iˆ ana log auf (Mittelwert i ˆ
ana log

erlin
Aufgabe 2: Linearregler
electronics
and medical
signal processing
Übung Analog- und Digitalelektronik WS 10/11
Folgende Schaltung soll dimensioniert werden, um eine konstante Ausgangsspannung UA bei
einem Laststrom IL = 0...100 mA zu liefern. Die Schaltung wird mit U0 = 24 V betrieben.
(T1: B = 150, UBE = 0,7 V; D1: UZ = 5,7 V, IZ,min = 5 mA)
2.1) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung.
2.2) Dimensionieren Sie den Widerstand R1.
2.3) Wie groß ist die maximale Verlustleistung am Transistor?
2.4) Ermitteln Sie den Wirkungsgrad.
Sie benötigen einen höheren Ausgangsstrom von maximal 5 A. Außerdem möchten Sie die
Spannung einstellbar gestalten und die Schaltung um eine Strombegrenzung erweitern.
(T1: B = 30, T2 : B = 100, T3,T4: B = 200, für alle T: UBE = 0,7 V, UZ = 6 V)
2.5) Berechnen Sie die Stromverstärkung der Darlingtonstufe.
2.6) Dimensionieren Sie R7 so, dass T4 den Strom auf 5 A begrenzt.
2.7) Wählen Sie R3 und R4 zu gleichen Werten. Bestimmen Sie R6 und R5, wenn die
Ausgangsspannung zwischen 3 und 15 V einstellbar sein soll.
2.8) Berechen Sie die maximale Verlustleistung an T1.
Übung 12: Schaltungsdesign – Linearregler –
Schaltregler - Kühlkörper
Seite
2/4

erlin
Aufgabe 3: Kühlkörper
electronics
and medical
signal processing
Übung Analog- und Digitalelektronik WS 10/11
Sie wollen den 1. Linearregler aus Aufgabe 2 mit einem Kühlkörper versehen. Die
Umgebungstemperatur beträgt ϑ = 25 ° C .
U
3.1) Berechnen Sie Rth,C-U, wenn die maximale Sperrschichttemperatur
K
ϑJ , max = 120 ° C beträgt. ( Rth, J − C = 1,
43 )
W
Nun wird der 2. Linearregler betrachtet. Die maximale Sperrschichttemperatur beträgt hier
ϑ = 200 ° C . Ohne Kühlkörper kann bei einer Umgebungstemperatur von ϑ = 25 ° C ein
J , max
Leistung von 3 W abgestrahlt werden.
3.2) Wie groß ist die Sperrschichttemperatur bei einer Umgebungstemperatur von
ϑ U = 50 ° C , wenn die Verlustleistung PV = 2,5 W beträgt und kein Kühlkörper
verwendet wird?
3.3) Welchen Wärmewiderstand muss ein Kühlkörper besitzen, wenn die maximal
zulässige Sperrschichttemperatur bei der maximalen Verlustleistung aus Aufgabe 2 in
einer Umgebungstemperatur von ϑ = 30 ° C nicht überschritten werden soll?
U
Übung 12: Schaltungsdesign – Linearregler –
Schaltregler - Kühlkörper
U
Seite
3/4

erlin
Aufgabe 4: Tiefsetzsteller
electronics
and medical
signal processing
Übung Analog- und Digitalelektronik WS 10/11
Mit einem Tiefsetzsteller soll eine Ausgangsspannung von U2= 12 V erzeugt werden.
Tiefsetzsteller
U1 = 20 V; UDSon = 0,5 V (leitender FET); UF = 0,3 (leitende Diode); fSt = 50 kHz; RL = 120 Ω
4.1) Berechnen Sie die Spannung an der Speicherdrossel bei leitendem (UL(ein)) und bei
gesperrten (UL(aus)) FET unter Berücksichtigung von UDS und UF für die gewünschte
Ausgangsspannung U2.
4.2) Welches Tastverhältnis p = tein/T ist erforderlich?
4.3) Berechnen Sie die minimal notwendige Größe der Speicherinduktivität, so dass der
Strom einen maximalen Wechselanteil von 15 % aufweist.
4.4) Nennen Sie wesentliche Vorteiles eines Schaltwandlers gegenüber einer
Stromversorgung mit linear geregelten Transistoren. Warum werden Schaltwandler
mit relativ hoher Schaltfrequenz betrieben? Warum werden vorzugsweise
Schottkydioden eingesetzt?
Übung 12: Schaltungsdesign – Linearregler –
Schaltregler - Kühlkörper
Seite
4/4