2. Leistungsanpassung 2.1. Aufgabenstellung

INSTITUT FÜR MIKROELEKTRONIK
JOHANNES KEPLER UNIVERSITÄT LINZ
Praktikum Elektrotechnik
SS 2006
Protokoll
Übung 3 : Netzwerke und Gleichrichtung
Gruppe:
Protokollführer / Protokollführerin:
Unterschrift:
Mitarbeiter / Mitarbeiterin:
Unterschrift:
Mitarbeiter / Mitarbeiterin:
Unterschrift:
Übungsdatum:
Wochentag:
abgegeben am:
-1-
1. Allgemeines ............................................................................................................................ 3
1.1. verwendete Geräte........................................................................................................... 3
2. Leistungsanpassung................................................................................................................ 4
2.1. Aufgabenstellung: ........................................................................................................... 4
2.2. M essaufbau:..................................................................................................................... 4
2.3. Vorgangsweise ................................................................................................................ 4
2.4. M esstabelle...................................................................................................................... 5
2.5. Diskussion....................................................................................................................... 5
2.6. Graphendiskussion.......................................................................................................... 6
3. Unbelasteter Spannungsteiler ................................................................................................. 7
3.1. Aufgabenstellung............................................................................................................. 7
3.2. M essaufbau:..................................................................................................................... 7
3.3. Vorgangsweise ................................................................................................................ 7
3.4. Diskussion....................................................................................................................... 8
3.5. M essergebnis ................................................................................................................... 8
4. Belasteter Spannungsteiler ..................................................................................................... 9
4.1. Aufgabenstellung............................................................................................................. 9
4.2. M essaufbau...................................................................................................................... 9
4.3. Vorgangsweise ................................................................................................................ 9
4.4. M essergebnisse................................................................................................................ 9
4.5. Diskussion..................................................................................................................... 10
4.6. Graphendiskussion........................................................................................................ 11
5. Frequenzkompensiertern Spannungsteiler ........................................................................... 12
5.1. Aufgabenstellung........................................................................................................... 12
5.2. M essschaltung.............................................................................................................. 12
5.3. Vorgangsweise .............................................................................................................. 12
5.4. M essergebnisse.............................................................................................................. 12
6. Einweggleichrichtung........................................................................................................... 17
6.1. Aufgabenstellung........................................................................................................... 17
6.2. M essschaltung / M essaufbau......................................................................................... 17
6.3. Durchführung / Vorgangsweise..................................................................................... 17
6.4. M essergebnisse.............................................................................................................. 17
6.5. Diskussion..................................................................................................................... 19
7. Brückengleichrichtung ......................................................................................................... 20
7.1. Aufgabenstellung........................................................................................................... 20
7.2. M essschaltung / M essaufbau......................................................................................... 20
7.3. Durchführung / Vorgangsweise..................................................................................... 20
7.4. M essergebnisse.............................................................................................................. 20
7.5. Diskussion..................................................................................................................... 20
8. Villard-Schaltung ................................................................................................................. 21
8.1. Aufgabenstellung........................................................................................................... 21
8.2. M essschaltung / M essaufbau......................................................................................... 21
8.3. Durchführung / Vorgangsweise..................................................................................... 21
8.4. M essergebnisse.............................................................................................................. 21
8.5. Diskussion..................................................................................................................... 23
-2-
1. Allgemeines
1.1. verwendete Geräte
Geräteplatz 9
Zubehörsatz Nr. 4
Electronic Board Nr. 3
2-Kanal Digital Oszilloskop TE – TDS 1002
Seriennummer:
3100 0000 6296 0000
13310 20050216
M ultimeter M X 47:
Seriennummer: 88052925
2 M ultimeter M X 40:
Seriennummern:
89057652
912440560543
-3-
2. Leistungsanpassung
2.1. Aufgabenstellung:
M essen Sie die von einer Spannungsquelle (U0 = 15 V, Ri = 1 k ), wobei Ri extern beigefügt
werden muss, da die Spannungsquelle elektronisch stabilisiert ist. In diesem Fall ist zu
Achten, dass es sich um Gleichspannung handelt und nicht um eine Wechselgröße. Durch 10
verschiedene M esspunkte soll man die Theorie der Leistungsanpassung bestätigen, wobei die
Kennlienen P = f(RL), I = f(RL) und U = f(RL) in ein Diagramm gezeichnet werden sollen.
2.2. Messaufbau:
Ri = 1 k
Uq = 15 V
2.3. Vorgangsweise
Als Lastwiderstand wurden sämtliche Normzahlreihenwiderstände und daraus resultierende
Kombinationen verwendet, die der M esstabelle zu entnehmen sind. Strom und Spannung
wurden mittels den oben angebenen M ultimetern M X 40 gemessen und in die Tabelle
eingefügt. Je nach Widerstand ist zu achten, ob man die Spannung nachregeln muss. Wie
oben schon erwähnt muss in diesem Fall der Innenwiderstand der Spannungsquelle extern
beigefügt
werden,
da der
Funktonsgenerator
einen
verschwindend
kleinen
Ausgangswiderstand aufweist. Natülicherweise muss die Spannung, die abfällt parallel zu RL
gemessen werden und der Strom I muss logischerweise in Serie gemessen werden, wobei
nicht auf die Spannungs oder Stromrichtige M essung geachtet wurde.
-4-
2.4. Messtabelle
RL in
UL in V
IL in mA
P in mW
0
0
15,05
0
10
0,1498
14,89
2,23
22
0,3217
14,72
4,74
33
0,477
14,56
6,95
100
1,358
13,68
18,58
150
1,953
13,08
25,55
220
2,708
12,32
33,36
330
3,708
11,32
41,97
470
4,77
10,25
48,89
680
6,02
8,99
54,12
1000
7,45
7,56
56,32
1100
7,81
7,18
56,08
1220
8,2
6,8
55,76
1470
8,88
6,12
54,35
1680
9,36
5,65
52,88
2000
9,97
5,03
50,15
2470
10,65
4,35
46,33
14,99
0
0
2.5. Diskussion
Wie schon aus der Vorlesung bekannt, tritt die maximale Leistung am Lastwiderstand auf,
wenn der Lastwiderstand gelich dem Innenwiderstand der Spannungsquelle ist. Dies kann
man auch in der Tabelle oberhalb sehen. Die maximale Leistung bei 1 k Innenwiderstand,
tritt genau bei 1 k Lastwiderstand auf, was man eben in der Tabelle ablesen kann. Bei
einem Lastwiderstand von 1 k ist die umgesetzten Leistung 56,32 mW. Bei keinem anderen
Wert von RL ist dieser Wert höher, was bei der unten angegeben Herleitung logisch erscheint.
Die umgesetzte Leistung an einem ohmschen Widerstand lautet wie folgend:
P= U
I = U 2/ R L
Wenn man nun die maximale Leistung errechnen möchte, muss man diese Gleichung nach
RL ableiten und Nullsetzen.
-5-
U = U q RL / R L R I
2
2
2
U q RL
U q RL
=
2
2
RL RI
RL
RL RI
2
U q RL
dP d
2
=
=Uq
2
dRL dR L
RL RI
2
RL RI − 2 R L
R L RI
RL RI
4
=0
damit der Term null wird, muss der Zähler null werden
2
2
2
2
R L R I − 2 R L R L R I = 0= R L 2 RI R L R I − 2 R L− 2 R L R I
2
2
2
R L R I − 2 R L= 0
Diese Gleichung ist nur erfüllt, wenn gilt:
RI= RL
2.6. Graphendiskussion
Leistungsanpassung
60
UL in V; IL in mA; P in mW
55
50
45
40
UL in V
IL in mA
35
30
P in mW
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Wie man in der Graphik erkennen kann, hat die Leistung am RL genau bei RI = RL das
M aximum. Interessanterweise schneiden sich auch genau in diesem Punkt die zwei Geraden
von IL und U L. Weiters ist auch bemerkenswert, dass die Leistung am Lastwiderstand nicht
symetrisch ist, sondern, dass diese verhältnismäßig schnell ansteigt und nach dem M aximum
schwach abfällt.
-6-
3. Unbelasteter Spannungsteiler
3.1. Aufgabenstellung
Dimensionieren Sie einen Spannungsteiler nach der Abbildung weiter unten, der im
unbelasteten Betrieb das Verhältnis U / U a = 3 / 1, wobei R1 = 1 k , wobei R2 der Widerstand
am Ausgang ist. Berechnen Sie R2 und finden Sie eine entsprechende Kombination von
Widerständen vom Zubehörsatz und erstellen Sie genau diesesn Widerstand, wobei noch zu
beachten ist, dass die aufgedruckten Widerstände oft nicht der Realität entsprechen, da diese
einen Toleranzbereich von 5 % aufweisen.
3.2. Messaufbau:
3.3. Vorgangsweise
Voerst wurde einmal der benötigte Widerstand R2 berechnet – dies wird ausführlich unter dem
Kapitel Diskussion behandelt. Als dieser Widerstand berechnet wurde, ist die Aufgabe
schwierig, genau solch eine Komination von Widerständen zu finden, die genau auf den Wert
hinkommt. Dies ist leider auf Grund der Toleranzen nicht sehr einfach, da man auf
verschiedene Parallel und Serienschaltungen zurückgreifen muss. Als Quelle dient hier wieder
eine Gleichspannungsquelle mit 15 V Spannung.
-7-
3.4. Diskussion
R1 = 1k
U / U a = R1 R2 / R2 = 3= 1 k
3 R 2= R 2 1 k
2 R 2 = 1k
R2 = 500 k
R2 / R2
Zur Verfügung standen folgende Widerstände:
1000
22
; 992
; 22,1
; 992
; 10,2
;
; 10,1
Der Einfachheit halber wurde für R1 der Widerstand 1000
gewählt. Nun musste aus den
folgenden Widerständen eine Schaltung mit 500
gewählt werden. Dies ist möglich durch
folgende Schaltung:
R2 = 992
|| 992
22
|| 22,1
Diese Zusammenschaltung für R2 ergibt genau 500
|| 10,2
||10,1
.
3.5. Messergebnis
Für eine Spannung U von 14,99 V wurde eine Spannung am R1 von genau 10 V gemessen.
Am Widerstand R2 wurde die Spannung von 4,99 V gemessen.
Das ergibt genau dem Spannungsverhältnis von 3/1.
-8-
4. Belasteter Spannungsteiler
4.1. Aufgabenstellung
Belasten Sie den Spannungsteiler von Punkt 3 weiter oben mit folgenden Lastwiderständen 15
k , 10 k , 5 k , 1 k , 0.5 k . Zeichnen Sie eine Graphik von U 2 als eine Funktion von RL
und vergleichen Sie drei gemessene Werte mit den zugehörigen gerechneten.
4.2. Messaufbau
4.3. Vorgangsweise
Die Schaltung ist völlig ident zur Nummer 3 weiter oben. Der einzige Unteschied ist der
zusätzliche Lastwiderstand
am Ausgang. Als Quelle dient uns wieder eine 15 V
Gleichspannung. Es muss auch hier berücksichtigt werden, dass die Widerstände nicht exakt
mit der Beschriftung übereinstimmen und deswegen mit dem M ultimeter nachgemessen
werden müssen, damit es mit der Berechnung übereinstimmt. Die Berechnung des
Spannungsabfalls am Ausgang wird unter dem Kapitel Diskussion vorgenommen. Noch zu
beachten ist die Nachregelung der Spannung nach jeder neuen Schaltung, da sich die
Spannung mit dem Innenwiderstand der Schaltung ändert.
4.4. Messergebnisse
R in k
15
Rtatsä. in k
15,08
Ua
4,88
10
10,05
4,83
5
5,01
4,68
1
0,994
3,741
0,5
0,497
2,99
-9-
4.5. Diskussion
Logischerweise nimmt die Spannung am Ausgang ab, wenn der Widerstand am Ausgang
kleiner wird. Die Formel für die Berechnung ergibt sich durch den Spannungsteiler, der sich
oben ergibt, wobei als R2 jetzt die Parallelschlatung von den 500
und dem RL genimmen
werden muss. Damit ergibt sich folgende Rechenvorschrift:
U a / U = R 2 / R2 R1
R1 = 1000
R2 = 500
R L/ 500 R L
U a=
U 500
500
R L / 500 R L
R L / 500 R L 1000
Das ergibt folgende Ergebnisse für die oben angebenen Werte für RL :
R in k
0,5
Ua in V
2,99
Ua berechnet in V
3
1
3,741
3,75
5
4,68
4,6875
10
4,83
4,8387
15
4,88
4,8913
Wie man durch die Berechnung der Ausgangsspannung sehen kann sind die gemessenen
Werte sehr nahe an den tatsächlichen Sollwerten. Die maximale Abweichung trat bei einem
Lastwiderstand von 15 k auf und beträgt nur 0,01 V.
- 10 -
4.6. Graphendiskussion
belasteter Spannungsteiler
5
4,5
4
U in V
3,5
3
Ua in V
Ua berechnet in V
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,5
1
5
10
15
RL in Ohm
Wie man dem Diagramm entnehmen kann gibt es kaum einen Unterschied zwischen der
berechneten Ausgangsspannung und der gemessenen Ausgangsspannung. Die M esspunkte
liegen bei allen Widerstände exakt übereinander.
- 11 -
5. Frequenzkompensiertern Spannungsteiler
5.1. Aufgabenstellung
Entwerfen Sie mit den vorhandenen Kondensatoren und Widerständen einen
frequenzkompensierten Spannungsteiler mit einem Teilerverhältnis von annähernd 3/1, wobei
R1 1 k gewählt werden soll. Als R2 soll das Potentiometer gewählt werden. Wichtig ist, dass
R1 wirklich 1 k gewählt wird, da sonst das Potentiometer zerstört wird. Als Eingang dient
eine Rechteckspannung mit 15 V und einer Frequenz von 1 kHz. Gleichen Sie den
Spannungsteiler mit einer Rechteckspannung ab und messen Sie das tatsächliche
Spannungsverhältnis. Skizzieren Sie auch die Spannungsverläufe und beobachten Sie das
Verhalten bei sher hohen und sehr tiefen Frequenzen und erklären Sie störende Phänomene.
5.2. Messschaltung
R1 = 1 k
R2 = Potentiometer ( 0 - 1 k
)
U e = 14,7 V
f = 1 kHz
5.3. Vorgangsweise
Zuerst wurde der Widerstand R2 berechnet, um die Größenordnung zu wissen. Nach der
Berechnung der beiden Kapazitäten und der Suche der geeigneten Kombination wurde,
mittels des Oszilloskops und des Potentiometers der optimale Widerstand für R2 durch
Probieren und Abgleichen gesucht. Die M essergebnisse sind am Punkt weiter unten
nachuzlesen.
5.4. Messergebnisse
Für die Bestimmung der Widerstände gibt es zwei Bedinungen, nach denen R2 , C1 und C2
gewählt. Für den
gewählt werden. R1 ist fix nach der Angabe mit 1 k
frequenzkompensierten Spannungsteiler gibt es für folgende Bedingung:
- 12 -
R1 C 1 = R 2 C 2
Zusätzlich ist das Spannungsverhältnis von 3 / 1 angegben. Durch diese Bedingung kann man
schon den Widerstand R2 berechnen, da folgendes Verhältnis für Gleichstrom gilt:
U a /U = 1/3= R 2 / R1 R 2
daraus resultiert natürlich der Widerstand R2 , wenn man für den Widerstand R1 den
gegebenen Wert von 1 k einsetzt.
R1 / 3 R2 /3= R2 R 1 R2 = 3 R 2
R2 = R 1 / 2= 1 k = 500
Wenn man nun dies nun in die obrige Gleichung einsetzt, kommt man auf folgende
Bedingungen.
U / U a = 3/1
R1 = 1k
R1 / R2 = 1k
weil R 1 C 1 = R 2 C 2 R 1 / R 2 = C 2 /C 1
1 k / 0,5 k = C 2 / C 1
C 2 /C 1 = 2
Nun kann man die Kapazitäten frei wählen, damit das Verhältnis mit der oben angegeben
Formel übereinstimmt. In dieser Schaltung C1 als 0,47 F und 1 F als C2 gewählt. Um nun
die Schaltung frequenzunabhängig zu machen, muss der Wert für R2 wieder korriegiert
werden, da die Zeitkonstanten gleich sein müssen.
1
= R 1 C 1=
= R2 C 2
2
wenn nun der Widerstand R2 neu berechnet wird, und da R1 exakt auf 1 k
kommt man auf folgendes Ergebnis für R2 :
R1
C1
= R 2= 1 k
C2
fix eingestellt ist,
0.47 F
= 470
1 F
Bei dieser Einstellung ist der Spannungsteiler frequenzunabhängig.
Am Bildschirm des Oszilloskop
wurde mittels des Potentionmeters der
frequenzkompensierter Spannungsteiler abgeglichen. Das beste Ergebnis wurde bei einem
Widerstand von 480 Ohm erreicht.
Bei einer Eingangsspannung U von 14,7 V und einer Frequenz von 1 kHz wurde die
Spannung U 1 mit 4,8 gemessen. Damit ist das Verhältnis von U / U 1 = 3 / 1 beinahe erfüllt, da
eigentlich die Spannung 4,9 sein sollte.
- 13 -
Die folgende Aufnahme des Spannungsverlauf stammt aus dem frequenzkomensierten Fall,
also wenn R2 = 480 am Oszilloskop.
Der überkompensierter Fall zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannung nach dem Sprung
erst höher ist und sich dann asymptotisch gegen den tatsächlichen Wert, der an diesem
Widerstand abfällt, annähert. Dieser unten angegebene Verlauf der Spannung wurde mit
einem Widerstand von 154,4 gemessen. M an erkennt eindeutig die höhrere Amplitude nach
dem Sprung. Nach dieser Überhöhung versucht sich nähert sich die Spannung der
eigentlichen Sollspannung. In diesem Fall ergibt die unten stehende Formel eine
Ausgangsspannung von 1,6 V, was man deutlich auch aus dem unten stehenden Diagramm
entnehmen kann.
U a = U R2 / R 1 R 2
Im unterkompensierten Fall steigt die Spannung erst langsam auf den tatsächlichen Wert an.
Dies geschieht, wenn der Widerstand R2 zu groß gewählt wird, da in diesem Fall sehr viel
Spannung im Vergleich zum kompensierten Fall am Widerstand abfällt. Im Spannungsverlauf
unten kann man dieses genau erkennen. Die Spannung, an die sich der Verlauf annähert, lässt
sich durch die oben angegeben Gleichung für U a schnell errechnen. In diesem Fall wurde der
- 14 -
Widerstand R2 mit 1054
6,16 V.
gewählt und somit ergibt sich eine berechnete Spannung U a von
Wenn man die Schaltung bei sehr hoher bzw. Sehr niedriger Frequenz betrachtet, fallen einem
mehrer Phänomene auf. Einerseits besteht das Problem, dass der Funktionsgenerator bei einer
sehr hohen Frequenz keine exakte Rechteckspannung mehr liefert, sondern eher einen
Spannungsverlauf, der einem Laden und Entladen eines Kondensators ähnelt. Ein weiteres
Problem ergibt sich, dass einersteits durch Parasitäre Eigenschaften die Kondensatoren nicht
mehr extakt reagieren, was jedoch am Oszilloskop auf Grund der sehr ungenauen
Eingangsfrequenz wenig erkennbar ist. Andererseits bedeutet natürlich eine hohe Frequenz
für den Kondensator fast einen Kurzschluss – parallel dazu natürlich bei niedrigen
Frequenzen eher ein Leerlauf.
Der Spannungsverlauf bei hoher Frequenz – wie hier bei 11 kHz – ist sehr schwierig
abzulesen. M an erkennt nicht ob der Verlauf unter oder überkompensiert ist, da die Rechteck
kaum mehr erkennbar ist.
Bei niedrigen Frequenzen - hier bei 71 Hz - ergibt sich ein folgendes Bild: Die Ergebnisse
sind leicht zu vergleichen mit den Ergebnissen bei einer Frequenz von 1 kHz. Bis auf kleine
Abweichungen sind die Ergebnisse komplett ident.
- 15 -
- 16 -
6. Einweggleichrichtung
6.1. Aufgabenstellung
M essen Sie an der Schaltung von Skript-Bild 3.13 (Einweggleichrichtung mit
^
Ladekondensator) U e , U a,m ax und U br, ss am Oszilloskop und U a mit dem M ultimeter im
Gleichspannungsmessbereich für folgende Kombinationen von RL und C :
1.
RL = 10 k
C=0
2.
RL =
C = 10 µF
3.
RL = 10 k
C = 220 µF (oder 470 µF)
4.
RL = 10 k
C = 10 µF
6.2. Messschaltung / Messaufbau
6.3. Durchführung / Vorgangsweise
Oszilloskopmessung der geforderten M esswerte für jeden Punkt der Tabelle mit:
Eingangspannung ue über Funktionsgenerator bei Frequenz f = 50 Hz, mit U^e , e ff = 5
V (M ultimeterüberwacht)
6.4. Messergebnisse
1.
2.
U^e
Ua, max
Ua, min
UBr, ss
Ua
V
V
V
V
V
7
6,24
0
6,24
7
6,4
6,2
46 10
6,12
-3
5,77
3.
7
6,2
5,8
60 10
4.
7
6,16
4,8
1,16
- 17 -
1,84
-3
5,45
Berechnung von UBr, ss
Oszilloskopbild zu Messung 1
Hier kann nicht von einer Brummspannung im
eigentlichen Sinn gesprochen werden, da keine
Kapazität vorhanden ist, die eine Glättung
ermöglichen würde.
U Br, ss
U a, m ax
U^e – U d
U d … Spannungsabfall an der Diode
RL = 10 k ; C = 0
Berechnung von UBr, ss
Oszilloskopbild zu Messung 2
Hier kein Oszilloskopbild vorhanden.
S chaltung mit S W-CAD und MATLAB
simuliert.
Hier wird der Kondensator bei jeder positiven
Halbwelle nachgeladen.
Bei der Brummspannung kann höchstens vom
Selbstentladungseffekt und Entladung im
M essgerät gesprochen werden.
(Entladung lediglich über den Lastwiderstand
des M essgerätes welcher hier vernachlässigt
wird)
RL =
; C = 10 µF
U Br, ss
- 18 -
0V
Berechnung von UBr, ss
Oszilloskopbild zu Messung 3
Entsteht durch Entladung des Kondensators am
Widerstand.
T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 0,02 s
Für t wird Überschlägig mit t aus dem
Oszilloskopbild gerechnet.
t = 0,015s
RL = 10 k ; C = 220 µF
U Br (t = 0) = U^e = 7 V
U Br (t = 0,015) = U^e EXP[- t / (R C)] =
= 7 V EXP[- 0,015s / (10 10^3 220*10^-6)] =
= 6.95 V = U Br (t = 0,015)
U Br, ss = U Br (t = 0) - U Br (t = 0,015) =
= 7 V – 6,95 V =
= 0,05 V = 50 mV= U Br, ss
Berechnung von UBr, ss
Oszilloskopbild zu Messung 4
Für t wird Überschlägig mit t aus dem
Oszilloskopbild gerechnet.
t = 0,0175s
U Br (t = 0) = U^e = 7 V
U Br (t = 0,0175) = U^e EXP[- t / (R C)] =
= 7 V EXP[- 0,0175s / (10 10^3 10 10^-6)] =
= 5.88 V = U Br (t = 0,0175)
RL = 10 k ; C = 10 µF
U Br, ss = U Br (t = 0) - U Br (t = 0,0175) =
= 7 V – 5,88 V =
= 1,12 V = U Br, ss
6.5. Diskussion
Bei der M essung 1, ohne Kondensator, liegt direkt die positive Halbwelle, reduziert um die
Diodenspannung und somit versetzt beginnend, am Widerstand an.
Bei der M essung 2, ohne Lastwiderstand (Lastwiderstand nur aus M essgerät) wird die
Kapazität immer nachgeladen, ohne das Ladung an einem Widerstand verbraucht wird.
(Hieraus könnte man auch auf die Ladungserhaltungsqualität des Kondensators erkennen)
Bei M essung 3 und 4 kann man deutlich den Einfluss der Kapazität erkennen. Je größer die
Kapazität, desto besser ist die Glättung der Ausgangsspannung.
- 19 -
7. Brückengleichrichtung
7.1. Aufgabenstellung
^
M essen Sie an der Schaltung von Skript-Bild 3.14 (Brückengleichrichtung) U e , U a,m ax
und U br, ss am Oszilloskop und U a mit dem M ultimeter im
Gleichspannungsmessbereich für folgende Kombinationen von RL und C :
1.
RL = 10 k
C = 470 µF
2.
RL = 10 k
C = 10 µF
7.2. Messschaltung / Messaufbau
7.3. Durchführung / Vorgangsweise
Oszilloskopmessung der geforderten M esswerte für jeden Punkt der Tabelle mit:
Eingangspannung ue über Funktionsgenerator bei Frequenz f = 50 Hz, mit U^e , e ff = 5
V (M ultimeterüberwacht)
7.4. Messergebnisse
1.
2.
U^e
Ua, max
Ua, min
UBr, ss
Ua
V
V
V
V
V
7
7
5,76
5,44
6,2
5
50 10
-3
900 10
-3
5,64
5,46
7.5. Diskussion
Durch die Dioden-Brücke wird ebenfalls die negative Halbwelle zur Ladung des
Kondensators verwendet. Dadurch entsteht ein glatterer Verlauf der Ausgangsspannung
Durch die kleinere Kapazität bei M essung 2 ist eine deutlich höhere Brummspannung (ca.
Faktor 18) zu erkennen. Grund dafür ist die kleinere (ca. Faktor 22) verfügbare Kapazität im
Kondensator, die dadurch schneller an der Last verbraucht wird.
- 20 -
8. Villard-Schaltung
8.1. Aufgabenstellung
^
M essen Sie an der Schaltung von Skript-Bild 3.16 (Villard-Schaltung) U e , U a,m ax und
U br, ss am Oszilloskop und U a mit dem M ultimeter im Gleichspannungsmessbereich für
folgende Kombinationen von RL, C1 und C2 :
1.
RL =
C1,2 = 220 µF
2.
RL = 10 k
C1,2 = 220 µF
3.
RL = 1 k
C1,2 = 10 µF
8.2. Messschaltung / Messaufbau
8.3. Durchführung / Vorgangsweise
Oszilloskopmessung der geforderten M esswerte für jeden Punkt der Tabelle mit:
Eingangspannung ue über Funktionsgenerator bei Frequenz f = 50 Hz, mit U^e , e ff = 5
V (M ultimeterüberwacht)
8.4. Messergebnisse
U^e
Ua, max
Ua, min
UBr, ss
Ua
V
V
V
V
V
1.
7
13,2
12,2
20 10
2.
7
12,2
11,2
120 10
3.
7
5,52
1,28
4,2
- 21 -
-3
-3
12,78
11,79
3,28
Hier die Oszilloskopbilder des Brumm dargestellt;
Brumm Messung 1, RL =
, C1,2 = 220 µF
Brumm Messung 2, RL = 10 k , C1,2 = 220 µF
Brumm Messung 3, RL = 1 k , C1,2 = 10 µF
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Ue und Ua, RL =
, C1,2 = 220 µF
t / div = 20ms
Ue und Ua, RL = 10 k , C1,2 = 220 µF
t / div = 20ms
Ue und Ua, RL = 1 k , C1,2 = 10 µF
t / div = 20ms
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8.5. Diskussion
Die Oszilloskopbilder wurden im Eingeschwungenen Zustand aufgenommen
(Einschwingvorgang bereits nach einigen Perioden beendet ist)
Bei M essung 1 im eingependelten Zustand zeigt eine Annähernd verdoppelte
Ausgangsspannung. U^e . Trotz keine Last vorhanden ist (nur M esswiderstand) ist ein
erkennbarer Brumm vorhanden. Dies könnte auf Entladung am M esswiderstand und an den
Dioden zurückzuführen sein.
Bei M essung 2 ist ein deutlich höherer Brumm ersichtlich. Die Ausgangsspannung ist im
Vergleich zu M essung 1 niedriger. Das erklärt sich durch die Entladung der Kondensatoren
am Lastwiderstand.
Bei M essung 3 liegt die U a ,m a x sogar unter U e , m a x . Durch die kleinen Kapazitäten schwankt
die Ausgangsspannung sehr stark.
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