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# System prepended metadata

title: ST Übung

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# ST Übung
VZ = Vorzeichen
## Übung 1
### Grundlagen
- Unterschied zw. Spannung & Potential
    - Potential $\varphi$ ist eine absolute skalare Größe
    - Bezugspotential $\varphi_0$ = 0
- Spannung U ergibt sich als Differenz zweier Potentiale
- Wiederstandsnetzwerke werden für die einfache Einstellung der *Arbeitspunkte (AP)* gebraucht
    -->**Biasing**
- Potential-Darstellung vs. Spannungsdarstellung
    - Potential-Pfeile durch Spannungsquellen in Bezug auf Masse ersetzen (VZ & Pfeilrichtung beachten)
    - **Pfeile an Quellen in Richtung Masse & VZ belassen!**

### Diode (nicht lineares Bauelement)
- Groß- & Kleinsignalanalyse und die Linearisierung im AP
- Leere Quelle (zwei Quellen mit DC und AC Quelle in Reihe)
- Großsignal-Quelle: DC-Quelle
    - stellt AP ein
    - zeitl. const
    - große Amplitude
- Kleinsignal-Quelle: AC-Quelle
    - Signalquelle (liefert Nutzsignal z.B. Sensor, Microphone)
    - zeitl. anhängig
    - Amplitude viel kleiner als Großsignalquelle
- Schaltung von beiden Sp. gleichzeitig angeregt
- Vorgehen:
    1. Großsignal-Analyse(DC)
    2. Kleinsignal-Analyse (AC)
    3. Überlagerung von Groß-/Kleinsignal
- Allgemeines zur Diode:
    - Strom fließt in Richtung des Pfeiles vom Schaltsymbol
    - Anschluss in Sperrrichtung: Kathode
    - Anode: wo Strom reinfließt
    - Diodenkennlinie
        - Siliziumdiode: bei 0.7 V sorgt kleine Sp.änderung für große Stromänderung
        - Diode bricht durch: wird rückwärtsleitend
        - Bereiche: Durchbruch, Sperrbereich, Durchlassbereich
        - math. Fkt: $I_D=I_S* \left ({\frac{U_D}{e^{n*U_T}}}-1\right) \approx I_S*e^\frac{U_D}{U_T}$
            - n = 1...2 (Materialkonstante)
            - $I_S<1\mu A$ (Materialkonst.)
            - $U_T=\frac{k*T}{q} \approx 25mV@20°C$
            - k: Boltzmann-Konst.
- "Dimensionieren": Bestimmen der unbekannten Bauteilparameter
    - DC-Analyse = Großsignal-Analyse = AP bestimmen = auslegen (Kleinsignalquelle $u_e$=0V)
    - 3 Möglichkeiten zur Lsg:
        1. Formel (e-Fkt) einsetzen (selten angewandt)
        2. Grafisch aus Kennlinie: $U_D$ = 0.61V
        3. Näherungslsg.: $U_D$=0.6V (0.7V) - von Diodentyp abhängig
    - AC-/Kleinsignalanalyse/Linearisierung im AP
        - Schaltung im AP linearisieren "Ersatzwiderstand suchen"
        - Linearisierung d. Diode durch einen differentiellen Widerstand **$r_D$**
        - $r_D$ stellt im AP einen linearen Zusammenhang zw. U und I her
        - Kleinsignalgrößen immer klein schreiben!
        - ![](https://i.imgur.com/Cz20S5I.png)
- Kleinsignalübertragungsfkt: $A=\frac{u_a}{u_e}$ (A ist im Allgemeinen die Verstärkung)
- was kommt im Ausgang an bezogen was ich am Eingang eingeprägt habe
- Kleinsignalanalyse
    - nur noch lineare oder linearisierte (z.B. Diode) Komponenten
    - alle Versorgungsspannungen also Großsignale = 0
    - differentielle Widerstände sind eine Approximation für nicht lineare Bauelemente
    - Interpretation der Verstärkung A: 
        - |A| > 1: Schaltung verstärkt
        - |A| < 1: Schaltung dämpft
        - A > 0: Schaltung nicht invertiert
        - A < 0: Schaltung invertiert

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## Übung 2
- ![](https://i.imgur.com/52qftLe.png)
- ![](https://i.imgur.com/aqgD5Cd.png)
- ![](https://i.imgur.com/8t1y5my.png)
- $U_{CE}>0,2V$ (Standardwert für die Klausur, falls nicht gegeben)
- Schaltungen für AP Einstellung:
- ![](https://i.imgur.com/F6dsUY0.png)

## Übung 3
- MOSFET -> durch Feld (Spannung gesteuert) -> MOSFET als Spannungsgesteuerte Stromquelle
- ![](https://i.imgur.com/L31Asw6.png)
    - *Kondensator* zwischen Gate und Source,
        -  hier *nicht* leitend, da Betrachtung bei niedrigen Frequenzen (in ST Vorlesung)
        -  Trennung von Gate und Source auch am Schaltsymbol ersichtlich
    - Transistor über *Bodydiode* rückwärts kurzgeschlossen, MOSFETs können in Rückwärtsichtung im Gegensatz zu Bipolartransistoren *nicht* sperren
- $I_D=0.5\cdot K\cdot (U_{GS}-U_{th})^2$
    - Formel gilt für p - und n-Kanal
    - $K$: Steilheitskoeffizient
        - NMOS: $K_n=\mu_n\cdot C_{OX}'\cdot\frac{W}{L}$ ($C'_OX$ Hochstrich steht für auf Fläche normierte Kapazität)
            - $[K_n]=\frac{mA}{V^2}$
        - PMOS: $K_p$
        - Steilheit: Ableitung der Übertragungskennlinie im AP: $S=\sqrt{2 \cdot I_D \cdot K}$
    - $U_{th}$: Thresholdspannung
    - $U_{GS}$: Steuerspannung
    - Strom steigt quadratisch in Abhängigkeit der Spannung an, bei Bipolartransistor exponentieller Anstieg
    - (MOSFET: Kein Eingangsstrom am Gate durch Plattenkondensator wie bei Bipolartransistor)
- ![](https://i.imgur.com/kQtdVUN.png)
    - beim PMOS drehen wir die Spannungen (in Literatur teils anders)
- Saturation: Sättigung
- Formeln Kleinsignalparameter TODO
    - $r_D\approx \frac{1}{s}$

## Übung 4

$\bar{a}$