Statisches Verhalten und Schaltverhalten von Kondensatoren

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Institut für Informationstechnik
Fachgebiet Grundlagen der Elektrotechnik
Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik
1. Versuch
GET 1-3: Statisches Verhalten und Schaltverhalten von Kondensatoren
2. Standort
Helmholtzbau H2549
3. Ziel und Inhalt
Kennenlernen des Schaltverhaltens eines Kondensators anhand der messtechnischen Aufnahme
eines Aufladevorganges und der anschließenden Umladung; Bestimmung der Kapazität über
die Methode der Halbwertszeitmessung beim Entladevorgang für Einzel- und Ersatzkapazitäten; Messungen am kapazitiven Spannungsteiler
4.
-
Vorausgesetztes Wissen
Schaltverhalten des Kondensators; Auf- und Entladevorgang des Kondensators;
Anwendung des Satzes von der Ersatzspannungsquelle;
Spannungsverteilung beim kapazitiven Spannungsteiler;
Berechnung von Ersatzkapazitäten
5. Literatur
- Vorlesungsunterlagen Allgemeine Elektrotechnik
- Seidel/Wagner: Allgemeine Elektrotechnik. Carl Hanser Verlag München
6. Vorbereitung
6.1. Berechnen Sie Anfangs- und Endwerte von uC1, iC1 und die Zeitkonstante 1 der
Schaltung nach Bild 1, wenn der Schalter S1 zum Zeitpunkt t  0  Zeitpunkt tS1 
geschlossen wird. Bestimmen Sie die Halbwertszeit tH1 . Stellen Sie die Spannung uC  t 
bis t  5 1 in einem Diagramm dar.
6.2. Zur Zeit t  10 min  Zeitpunkt tS2  wird der Schalter S2 geschlossen (Schalter S1 bleibt
geschlossen). Berechnen Sie den Verlauf (Anfangs-, Endwert und Zeitkonstante  2 ) der
Spannung uC  t  ab diesem neuen Schaltzeitpunkt tS2 und stellen Sie den Spannungsverlauf grafisch dar.
6.3. Berechnen Sie die Ersatzkapazität der Schaltung nach Bild 2. Wie groß ist die Spannung
U 3 über C3 bei einer angelegten Gesamtspannung U = 30 V?
GET 1-3 Stand 01. September 2013
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6.4. Entwerfen Sie eine Messschaltung zur Kapazitätsermittlung eines Kondensators mit Hilfe
der Messung der Halbwertszeit beim Entladen über ein Voltmeter und leiten Sie die
entsprechende Berechnungsformel für die Kapazität C her.
7.
-
Geräte und Baugruppen am Versuchsplatz
1 Netzgerät 0...30 V (Universal-System MS 9160)
1 Experimentierbauteil Kondensatoren (EBT 5)
1 Experimentierbauteil Widerstand (EBT 1)
10 Verbindungskabel
1 Vielfachmesser Z4313
1 Stoppuhr
Polung des Elektrolytkondensators und Entladung der Kapazitäten:
Achten Sie bei Verwendung des Elektrolytkondensators unbedingt auf den polaritätsrichtigen
Anschluss! Eine Falschpolung kann die Zerstörung des Kondensators zur Folge haben!
Beachten Sie weiterhin, dass vor der Messung von U 3 (unter P. 8.3) jeder Kondensator der
Schaltung von der Schaltung getrennt einzeln entladen werden muss!
Bild 1
Uq = 30 V
R1 = 100 kΩ
R2 = 220 kΩ
RV = 600 kΩ, 30 V-MB
C = 1000µF
Bild 2
U = 30 V
C1 = C4 = 4,7 µF
C2 = C5 = 2,2 µF
C3 = 1 µF
GET 1-3 Stand 01. September 2013
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8. Aufgabenstellung und Versuchsauswertung
8.1. Nehmen Sie in der Schaltung nach Bild 1 den Zeitverlauf der Spannung uC1  t  über
dem Kondensator C auf, wenn bei t  0  Zeitpunkt tS1  der Schalter S1 geschlossen
wird, und tragen Sie die Messwerte in das vorbereitete Diagramm von Aufgabe 6.1 ein.
Ermitteln Sie aus der Messkurve uC1  t    und 1 . Vergleichen Sie die Kurve mit der
in 6.1 ermittelten und erklären Sie eventuelle Abweichungen.
8.2. Schließen Sie den Schalter S2 nach 10 Minuten ( Zeitpunkt tS2 , Schalter S1 bleibt
geschlossen). Nehmen Sie den Verlauf der Spannung uC für weitere 7 min auf. Tragen
Sie die Messwerte in das Diagramm von Aufgabe 6.2 ein. Ermitteln Sie aus der
Messkurve uC2  t    und  2 . Vergleichen Sie die Kurve mit der in 6.2 ermittelten
und erklären Sie eventuelle Abweichungen.
8.3. Ermitteln Sie für C1 und C4 die Kapazität über die Messung der Halbwertszeit (z.B.
Absinken der Entladespannung von 20V auf 10V) mit dem Innenwiderstand
R60V  1.2 M bei Z4313 des Voltmeters als Entladewiderstand. Bilden Sie aus drei
Zeitnahmen den Mittelwert. Bestimmen Sie die Ersatzkapazität der Schaltung nach
Bild 2 mit der gleichen Methode und vergleichen Sie mit dem berechneten Wert in Ihrer
Vorbereitung.
8.4. Messen Sie mit dem Vielfachmesser Z 4313 die Spannung U 3 im Netzwerk nach Bild 2
und beschreiben Sie Ihre Beobachtungen! Begründen Sie die auftretenden Abweichungen
zum theoretisch berechneten Wert von U 3 in Ihrer Vorbereitung.
GET 1-3 Stand 01. September 2013
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