Aufgabe Vorschlag C - 2 - Konstantstromquelle Transistor · Abitur Hessen Mechatronik LK 2021

Material 2

2 Dimensionierung einer Lichtschranke

Mit der Lichtschranke wird eine Plastikflasche erkannt und zum Scannen in den Pfandautomaten transportiert. Um im Temperaturbereich von $25^\circ\text{C}$ bis $40^\circ\text{C}$ die optische Leistung der Laserdiode auf maximal $5\text{ mW}$ zu begrenzen, wird der Strom durch die Laserdiode mit der Schaltung (Material 2, Abbildung 2.1) konstant gehalten.

2.1

Ermitteln Sie anhand der Kennlinien in den Abbildungen 2.2 und 2.3 den Kollektorstrom des Transistors BC847 unter der Bedingung, dass die optische Leistung der Laserdiode im Temperaturbereich von $25^\circ\text{C}$ bis $40^\circ\text{C}$ den Wert $5\text{ mW}$ nicht überschreiten darf. [5 BE]

2.2

Erläutern Sie die Funktionsweise des Schaltungsteils 1 in Abbildung 2.1, insbesondere die Stabilisierungswirkung durch die Z-Diode. [7 BE]

2.3

Dimensionieren Sie die Widerstände $R_E$ und $R_1$ bei $25^\circ\text{C}$ und $U_{CE} = 5\text{ V}$ mithilfe der Datenblattauszüge aus Material 2, Abbildungen 2.2, 2.3 und 2.4.

Hinweise: Die Z-Diode wird mit 50 % ihrer maximalen Verlustleistung betrieben. Zur Vereinfachung ist der Strom mit $I_E = I_C$ anzunehmen. Wenn Sie den Kollektorstrom in Aufgabe 2.1 nicht bestimmt haben, ist mit $I_C = 30\text{ mA}$ weiterzurechnen. [13 BE]