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Questions and Answers

Was beschreibt die Coulombkraft zwischen Protonen und Elektronen?

  • Sie wirkt nur abstoßend.
  • Sie wirkt nur zwischen gleichnamigen Ladungen.
  • Sie ist unabhängig von den elektrischen Ladungen.
  • Sie beruht auf elektrischen Ladungen. (correct)

Wie lautet die Einheit der elektrischen Ladung?

  • Coulomb (correct)
  • Watt
  • Volt
  • Ampere

Welches Produkt beschreibt die Beziehung zwischen elektrischer Ladung Q, Strom I und Zeit t?

  • Q = I + t
  • Q = I / t
  • Q = I ∙ t (correct)
  • Q = I - t

Was passiert, wenn einem neutralen Atom ein Elektron entzogen wird?

<p>Es wird positiv geladen. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Stoffe sind als elektrische Leiter bekannt?

<p>Stoffe mit schwachen Valenzelektronenbindungen (A)</p> Signup and view all the answers

Wie werden die Atomkerne in Metallen strukturiert?

<p>In Form eines Raumgitters. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Elementarladungen ist korrekt?

<p>Die Ladungen haben den gleichen Betrag von $1,602 imes 10^{-19}$ As. (A)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht bei der Metallbindung?

<p>Es entsteht eine Wechselwirkung zwischen den Valenzelektronen. (C)</p> Signup and view all the answers

In welche Richtung fließt der elektrische Strom im Stromkreis?

<p>Vom Pluspol zum Minuspol (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt die Elektronenbewegung im Leiter?

<p>Elektronen bewegen sich vom Minuspol zum Pluspol (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine synonym verwendete Bezeichnung für Gleichspannung?

<p>DC 9 V (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Unterteilung in Gleichstrom und Wechselstrom?

<p>Ob die Spannung konstant ist oder schwankt (D)</p> Signup and view all the answers

Wodurch entsteht ein geschlossener Stromkreis?

<p>Durch Verbindung der Spannungsquelle mit einem Verbraucher (B)</p> Signup and view all the answers

Wie wird elektrische Spannung definiert?

<p>Als der Unterschied in der elektrischen Energie zwischen zwei unterschiedlichen Körpern. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn eine Verbindung zwischen zwei Polen hergestellt wird?

<p>Es kommt zu einem Ladungsausgleich und elektrischer Strom fließt. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie wird die Quelle in einem einfachen Stromkreis modelliert?

<p>Als Spannungsquelle mit konstanter Spannung (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über Bezugspotentiale in der elektrischen Spannung ist korrekt?

<p>Der Bezugspunkt wird oft mit 0V festgelegt, weil es eine wünschenswerte Referenz ist. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Wirkung hat der Verbraucher im Stromkreis?

<p>Er sorgt dafür, dass nur notwendiger Strom entnommen wird (A)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn die angeschlossene Last in einem Stromkreis variiert?

<p>Die Spannung kann von der angeschlossenen Last abhängen (D)</p> Signup and view all the answers

In welche Richtung wandern die Elektronen, wenn zwischen zwei Polen eine Spannung besteht?

<p>Vom negativen Pol zum positiven Pol. (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Einheit für elektrischen Strom?

<p>Ampere (A) (B)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt das Zeichen Uij in der Spannung?

<p>Den Spannungsabfall von Punkt j zu Punkt i. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie verhält sich der Spannungsabfall UDB im Vergleich zu UBD?

<p>UDB ist immer kleiner als UBD. (D)</p> Signup and view all the answers

Welches Prinzip wird zur Erzeugung elektrischer Spannung in Kraftwerken verwendet?

<p>Induktionsprinzip (C)</p> Signup and view all the answers

Wie groß ist der Gesamtstrom I in der Schaltung?

<p>27,65 mA (C)</p> Signup and view all the answers

Wie berechnet man den Ersatzwiderstand Rg in einer Schaltung mit zwei Widerständen?

<p>$Rg = \frac{R1 \cdot R2}{R1 + R2}$ (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein unbelasteter Spannungsteiler?

<p>Ein Spannungsteiler ohne externe Belastung und ohne Ausgangsstrom. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie hoch ist der Ersatzwiderstand Rg für die gegebenen Werte R1 = 1,2 kΩ und R2 = 680 Ω?

<p>434 Ω (A)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit der Ausgangsspannung Ua, wenn der Widerstand Ra im Spannungsteiler erhöht wird?

<p>Ua sinkt. (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher Strom I1 fließt durch einen Widerstand R1 von 1,2 kΩ bei einer Spannung von 12 V?

<p>10 mA (A)</p> Signup and view all the answers

Wie verhält sich der Eingangsstrom in einem belasteten Spannungsteiler?

<p>Er verändert sich je nach Belastung. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist die resultierende Spannung U an einem der Widerstände in einem Spannungsteiler?

<p>Sie wird auf die Widerstände aufgeteilt. (B)</p> Signup and view all the answers

Was besagt die Zahl hinter dem E in den E-Reihen?

<p>Die Anzahl der Widerstandswerte pro Dekade. (D)</p> Signup and view all the answers

Für welchen Nennwert kann ein Widerstand mit 1 % Toleranz, der nominal 10 Ω beträgt, liegen?

<p>9,9 Ω bis 10,1 Ω (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Widerstandsreihe hat die höchste Toleranz?

<p>E6-Reihe (C)</p> Signup and view all the answers

Wie verhält sich der spezifische Widerstand von Metallen bei Temperaturerhöhung?

<p>Er steigt, da die Atome stärker schwingen. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Beispiel für eine E-Reihe mit 5% Toleranz?

<p>E12-Reihe (B)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt?

<p>Es entsteht eine Temperaturerhöhung. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Werte gibt es in der E96-Reihe zwischen 1 kΩ und 10 kΩ?

<p>96 Werte (D)</p> Signup and view all the answers

Was bedeutet es, dass die Werte innerhalb einer Dekade logarithmisch verteilt sind?

<p>Das Verhältnis aufeinanderfolgender Werte ist konstant. (B)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt ein Potentiometer?

<p>Ein Bauteil, das aus einem Widerstandskörper und einem beweglichen Schleifkontakt besteht. (B)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen zu potentiometern ist korrekt?

<p>Ein lineares Potentiometer hat einen Widerstandsverlauf, der proportional zum Drehwinkel ist. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie funktioniert ein Drehpotentiometer?

<p>Der Schleifkontakt ist mit einer drehbaren Achse verbunden. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Widerstand wird benötigt, um die Ausgangsspannung UA bei 75 % des Einstellweges zu bestimmen, wenn die Eingangsspannung UE 42 V beträgt?

<p>R1 = 1 kΩ (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert bei einer Einstellung von 75 % an einem Potentiometer?

<p>UA/UE beträgt 0,75. (B)</p> Signup and view all the answers

Für welche Anwendung eignet sich ein logarithmisches Potentiometer am besten?

<p>Lautstärkeregler. (B)</p> Signup and view all the answers

In welchem Zustand hat ein Potentiometer keinen Einfluss auf die Widerstandswerte?

<p>Wenn der Schleifkontakt nicht bewegt wird. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Trimmpotentiometer?

<p>Ein Potentiometer zur feinjustierung von Schaltungen. (D)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Electric Charge

A fundamental property of matter that causes interactions between particles.

Elementar charge

the smallest unit of electric charge.

Coulomb (C)

Unit of electric charge, equivalent to 1 ampere-second (As).

Ion

A charged atom; formed from a neutral atom by gaining or losing electrons.

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Positive Ion

An atom that has lost one or more electrons, giving it a positive charge.

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Negative Ion

An atom that has gained one or more electrons, giving it a negative charge.

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Electric Conductor

Material that allows electric current to flow easily.

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Valence Electron

Electron that is in the outermost electron shell of an atom and can participate in bonding

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Electric Potential Difference

The difference in electric potential energy between two points in an electric field.

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Electric Potential

The electric potential energy per unit charge at a point in an electric field.

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Voltage (U)

The difference in electric potential between two points, measured in volts.

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Charge Difference

The difference in positive and negative charges between two objects; creates voltage.

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Electric Current (I)

The rate of flow of electric charge, measured in amperes (A).

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Voltage Direction

The direction of voltage difference is positive from the higher potential to the lower (more negative) potential.

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Reference Point (Ground)

A point in a circuit where the electric potential is assigned a value of zero volts.

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Connection and Flow

A connection between different potentials causes charges to move from high to low, creating electric current.

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Technical current direction

Electrical current flows from the positive pole to the negative pole.

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Electron current direction

The actual movement of electrons in a conductor.

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Types of Electrical Current

Electrical current can be either direct current (DC) or alternating current (AC).

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Simple Electric Circuit

A closed loop where electrical energy flows from a power source to a device.

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Electrical Source

Provides electrical energy (e.g., battery).

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Electrical Load/Device

Consumes the electrical energy (e.g., light bulb).

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Voltage Source

A source that supplies a constant voltage, regardless of the connected load.

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Current Control in Load

Each electrical device regulates the current drawn from the source, to ensure proper functionality.

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E-series Resistors

Standard resistor values available in specific sets (e.g., E6, E12, E24).

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Resistor Tolerance

Allowed deviation from the nominal resistor value.

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E-series Value Count

Number of resistance values per decade in a specific E-series (e.g., E24 has 24 values per decade).

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Logarithmic Distribution

Resistor values within a decade are distributed in a logarithmic pattern.

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Tolerance and E-Series Relationship

Higher accuracy E-series (e.g., E96) have smaller tolerance values (e.g., 1%), while lower accuracy E-series (e.g., E6) have larger tolerance values (e.g., 20%).

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Choosing a Resistor Value

Selecting a standard value from the desired E-series that meets the design needs, considering the required resistance and tolerance.

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Temperature Impact on Resistance

The resistance of a metal increases with temperature due to increased atomic vibrations hindering current flow, and decreases with temperature.

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Linear Temperature Change

Within a limited temperature range, the change in resistance of a metal is approximately linear with temperature.

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Equivalent resistance (Rg)

The single resistance value that would have the same effect on the circuit as multiple resistances in a given configuration.

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Current (I)

Rate of flow of charge in an electric circuit.

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Voltage Divider

A circuit configuration used to divide a voltage into smaller parts.

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Unloaded Voltage Divider

A voltage divider where no current is drawn from the output.

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Voltage (U)

Difference in electric potential between two points in a circuit.

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Resistor (R)

Component that opposes the flow of current.

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Series Circuit

Circuit components connected end-to-end.

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Calculating equivalent resistance (Rg) of two resistors

The equivalent resistance of two resistors connected in series is calculated as R1 x R2 / (R1 + R2).

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Potentiometer

A variable resistor that allows for continuous adjustment of voltage.

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Potentiometer Types

Potentiometers can be linear (resistance changes proportionally to angle) or logarithmic (resistance changes non-linearly, often used in volume controls).

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Adjustable Voltage Divider

A potentiometer used to create a variable voltage from a fixed input voltage.

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Potentiometer as Voltage Divider

A potentiometer can be used to divide a voltage, changing the output voltage based on the position of the sliding contact.

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Trimmpotentiometer

A type of potentiometer designed for precise, one-time adjustments.

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Output Voltage (UA)

The voltage at the output of a potentiometer circuit.

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Input Voltage (UE)

The voltage applied at the input of a potentiometer circuit.

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Potentiometer Setting

Position of the sliding contact of a potentiometer, determining the ratio of resistances and the output voltage.

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Study Notes

Analog- und Digitalelektronik: Theorie - Teil 1 von 2

  • Das Modul Analog- und Digitalelektronik 1 (ADE 1) ist ein Teil des Bachelor-Studiums "Mobile Computing".
  • Das Modul umfasst 2 Semesterstunden Vorlesung und 3 Semesterstunden Übung.
  • Die Anwesenheitspflicht in den Übungen beträgt 80%.
  • Die Unterlagen sind unter https://elearning.fh-ooe.at/ verfügbar.
  • PPT-Folien (Skriptum) werden für jede Einheit im Voraus online gestellt.
  • Übungsaufgabensammlung wird wöchentlich ergänzt.
  • Gerald Hilber ([email protected]) ist der Dozent.

Überblick

  • Die Bewertung des Moduls ADE1 setzt sich aus einer schriftlichen Klausur (Termin noch nicht fixiert) und Übungen zusammen.
  • Positiver Übungsabschluss ist ab 12 Punkten im Durchschnitt.
  • (Mangelnde Vorbereitung/Mitarbeit in der Übung reduziert Punkte).
  • Für ein positives Modul ADE1-Abschluss ist ein positiver Abschluss von ILV und Übung notwendig.
  • ILV fließt mit 60% und Übung mit 40% in die Endnote ein.
  • Ziel der Lehrveranstaltung ist es, die theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik zu verstehen und praktisch anzuwenden.
  • Die Übungen konzentrieren sich auf Berechnungen, Aufbau und Simulation analoger Schaltungen sowie die Verwendung von Messgeräten, Simulation, und Synthese digitaler Schaltungen.

Übungen

  • Die Übungen werden von Tutoren (Antonia Stieger ([email protected])) korrigiert (innerhalb von 1-2 Wochen nach Abgabe)
  • Erste Ansprechpersonen für Rückfragen zur Übungskorrektur.
  • Die Aufgaben beinhalten Berechnungen, Aufbau und Simulation analoger Schaltungen und die Verwendung von Messgeräten, sowie Simulation und Synthese digitaler Schaltungen.
  • Es gibt eine Abgabe pro Team.
  • Die Abgabe erfolgt elektronisch im moodle-Kurs, als ZIP-Datei gemäß der Namenskonvention.
  • Die Einhaltung der Deadline ist entscheidend, bei Verspätung gibt es 2 Punkte Abzug pro Tag.
  • 80% der Übungen müssen abgegeben werden.
  • Abschreiben zwischen den Gruppen ist verboten. Null Punkte für alle Beteiligten bei abgeschriebenen Übungen.

Bewertung

  • Die Übungsaufgaben müssen korrekt, sauber und im Zweierteam gelöst werden.
  • Die Mitarbeit und Vorbereitung in der Einheit fließt in die Übungspunkte ein.
  • Modulergebnis: 0,6 * (Prozente auf Klausur) + 0,4 * (Prozente auf Übungen)
  • Bewertungskriterien: Sehr gut (100-89%), Gut (88-76%), Befriedigend (75-63%), Genügend (62-50%), Nicht genügend (49-0%).

Inhalt der Lehrveranstaltung

  • Grundlagen der Elektrotechnik und elektrische Stromkreise
  • Elektrische Grundschaltungen
  • Elektrisches Feld und Kondensatoren
  • Wechselstromtechnik
  • Halbleiter und Dioden
  • Einführung in die Digitaltechnik
  • Boolesche Algebra
  • KV-Diagramme
  • Kombinatorische Schaltungen
  • Sequentielle Schaltungen
  • Hardwarebeschreibungssprache VHDL
  • Zustandsautomaten

Literatur

  • Auszüge aus verschiedenen Büchern über Elektronik und Elektrotechnik
  • Verweise mit Titeln, Autoren, Auflagen und Verlagen.
  • (Link zu Online-Fachbuch)
  • Informationen zu möglicherweise veralteten/nicht mehr verfügbaren Flash-basierten Inhalten in den Unterlagen.
  • (Hinweis zu alternativen Plugins und Lösungen)

Grundlagen der Elektrotechnik

  • Physikalische Größen und Einheiten
  • Einheitensystem SI
  • Grundlagen der Elektrotechnik
  • wichtige physikalische Größen
  • Wichtig: Die Rechenvorschriften gelten auch für die Einheiten.

Elektrische Ladungen

  • Entdeckung des Phänomens durch die alten Griechen
  • elektrische Ladung (positiv/negativ)
  • elektrische Kraftwirkung (Anziehung/Abstoßung)
  • Elementarladung e.

Atommodell nach Bohr

  • Materie besteht aus Atomen
  • Elektronen umkreisen den Atomkern auf Bahnen.
  • positiv geladener Atomkern aus Protonen und Neutronen.
  • Anzahl der Elektronen = Anzahl der Protonen → elektrisch neutral.
  • Valenzelektronen.

Elektrische Leitfähigkeit

  • Metalle als leitfähige Werkstoffe
  • Metallbindung, freie Elektronen als Ladungsträger

Elektrisches Potential und Spannung

  • elektrisch neutrale Atome/Körper
  • Potentialdifferenz.
  • Spannung als Potentialdifferenz
  • Trennung ungleichnamiger elektrischer Ladungen.

Elektrischer Strom und Spannung

  • elektrische Spannung, Stromfluss
  • technische Stromrichtung, Elektronenstromrichtung
  • Gleichstrom und Wechselstrom, Eigenschaften

Spannungs- und Stromarten

  • Gleichspannung (DC)
  • Wechselspannung (AC)
  • Kennwerte von Wechselspannungen (Frequenz, Amplitude)

Der einfache Stromkreis

  • Aufbau eines Stromkreises (Spannungsquelle, Verbraucher, Leiter)
  • Elektrischer Strom
  • Ladungsausgleich

Der einfache Stromkreis (Fortsetzung)

  • Beschreibung der Quelle als Spannungsquelle, unabhängig vom Verbraucher
  • Beispiel (9 V-Batterie, Glühbirne, Verbindungsleitungen, Schalter)
  • Auswirkungen des Verbrauchers auf den Strom
  • Ohmsches Gesetz

Der einfache Stromkreis (Fortsetzung)

  • Verbraucher begrenzen den Strom
  • Ohmsches Gesetz zur Beschreibung der Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand

Der einfache Stromkreis (Fortsetzung)

  • Messung des elektrischen Widerstands mit einem Strommessgerät

Der einfache Stromkreis (Fortsetzung)

  • Standardisierte Symbole zur Darstellung von Stromkreisen.
  • Vereinfachte Darstellung eines Stromkreises.

Das ohmsche Gesetz

  • Beziehung zwischen Stromstärke (I), Spannung (U) und Widerstand (R).
  • R = U / I.
  • Einheit Ohm (Ω).

Ohmsche Widerstände

  • Widerstandswerte verschiedener Materialien
  • Berechnung des Widerstands aus Materialeigenschaften (ρ), Länge (l), und Querschnittsfläche (A)

Bauformen von Widerständen

  • Metallschichtwiderstände
  • Kohleschichtwiderstände
  • Drahtwiderstände
  • SMD-Widerstände

Farbcode von Widerständen

  • Farbcodierung von Widerstandswerten
  • Die entsprechende Farbe für jede Ziffer
  • Die entsprechende Farbe für die Multiplikation/Toleranz

E-Reihen

  • Standardisierte Widerstandswerte (E6, E12, E24, E48, E96 und E192), abhängig von der Toleranz

Temperaturabhängigkeit von Widerständen

  • Widerstandsabhängigkeit von der Temperatur
  • Linearer Temperaturkoeffizient

Messung elektrischer Größen

  • Multimeter (analoge, digitale und mit Messspeicher/Grafikdisplay)
  • Messmethoden für Strom, Spannung und Widerstand

Die Kirchhoffschen Gesetze

  • Knotenregel, Maschenregel

Serienschaltung von Spannungsquellen

  • Die einzelnen Pluspole sind mit den einzelnen Minuspolen verbunden.

Hinweise zum Laborbericht

  • Richtlinien für die Dokumentation von Laborberichten

Elektrische Grundschaltungen

  • Einführung in einfache Schaltungen (Serie, Parallel)

Serienschaltung

  • Darstellung von Widerständen in Reihe
  • Berechnungen des Gesamtwiderstands und der Spannungsabfälle
  • Beispiele (Lichterketten)

Parallelschaltung

  • Darstellung von Widerständen parallel
  • Berechnungen des Gesamtwiderstands und der Ströme
  • Beispiele

Spannungsteiler

  • Anwendung bei verschiedenen Schaltungen, um Spannungen abzuleiten.
  • Berechnung der Spannungsabfälle in Spannungsteilerschaltungen
  • Anwendung als Bestandteil von Schaltungselementen
  • Anwendung bei UKW Radio

Reale Spannungsquelle

  • Spannung und Strom; Unterschied zwischen idealer und realer Spannungsquelle
  • Einfluss des Innenwiderstands auf die Klemmenspannung

Elektrische Arbeit (Energie)

  • Definition elektrischer Arbeit und Energie als Produkt von Spannung und Strom.
  • Einheit Wattsekunde (Ws) oder Kilowattstunde (kWh).

Elektrische Leistung

  • Definition elektrischer Leistung, Verhältnis von Arbeit zu Zeit.
  • Berechnungen der Leistung in verschiedenen Schaltungen
  • Anwendung: Leistungsaufnahme eines Bügeleisens

RC-Filter (Tiefpass)

  • Eigenschaften, Berechnung
  • Übertragungsfunktion, Grenzfrequenz
  • Anwendungsbeispiele, Simulation in LTspice

RC-Filter (Hochpass)

  • Eigenschaften, Berechnung
  • Übertragungsfunktion, Grenzfrequenz
  • Anwendungsbeispiele

RC-Filter (Bodediagramm)

  • Betrachtung über ein Bodediagramm
  • Beispiele für RC-Hoch- und Tiefpass-Filter
  • Darstellung von Betrag und Phase über Frequenz

Halbleiter und Dioden

Halbleiter

  • Silizium als wichtiges Halbleitermaterial
  • Elektronenpaarbindungen (kovalente Bindungen)
  • Thermische Anregung von Elektronen ins Leitungsband
  • Paarbildung und Rekombination

Eigenleitung in Halbleitern

  • Freie Ladungsträger (Elektronen und Löcher) in Halbleitern
  • Abhängigkeit der Ladungsträger von der Temperatur
  • Stromfluss aufgrund von angelegter Spannung

NTC-Widerstand

  • Temperaturabhängigkeit des Widerstands
  • Anwendungen als Temperatursensor

Dotieren von Halbleitern

  • Dotierung mit Fremdatomen zur Erhöhung der Leitfähigkeit
  • n-Leiter und p-Leiter,
  • unterschiedliche Bauteilarten,

pn-Übergang und Diode

  • pn-Übergang, Sperrschicht
  • Sperr- und Durchlassrichtung
  • Diodenkennlinien, Sperr- und Durchlassbereich

Leuchtdiode (LED)

  • Aufbau und Funktionsweise

Gleichrichterschaltungen

  • Umsetzung von Wechselspannung zu Gleichspannung.
  • Einweggleichrichter
    • Vereinfachte Darstellung (mit Diode).
  • Brückengleichrichter
    • Mehrere Dioden, um beide Halbwellen zu nutzen

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