Wirkungsweise eines Siebkondensators bei der Einweg

Praktikum Physik
Von der Wechselspannung zur Gleichspannung.....
die Einweg-Gleichrichtung.
Material: Silizium Diode
Widerstände 100 Ω, 200 Ω und 500 Ω
Kondensatoren 10 µF, 50 µF und 100 µF
Oszilloskop, Netzgerät
Führe folgende Versuche zunächst mit Crocodile Physics aus, baue die Versuche
danach mit Bauteilen als richtiges Experiment auf.
1) Grundfunktion der Einweggleichrichtung.
a) Crocdile Physics: (Einweggleichrichtung.cyp)
Beobachte zunächst den Verlauf der Wechselspannung (rot) und der Spannung
nach der Gleichrichtung und Siebung.
(Beachte den Verlauf der roten und blauen „Fähnchen“ neben den
Schaltsymbolen)
¾ Wann leitet die Diode?
¾ Erkläre den Verlauf der blauen Kurve.
b) Baue den Versuch als Experiment auf.
Die 50 Hz Quelle ist der Ausgang des Wechselspannungsnetzgeräts, das
Oszilloskop wird an den Widerstand (Gerät) angeschlossen.
¾ Stelle die Wechselspannungsquelle so ein, dass die sichtbare Halbwelle
maximal 10 Volt nach oben auslenkt.
c) Erkläre den Verlauf der roten und der blauen Kurve.
Was „macht“ also eine Diode?
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2) Einbau eines Siebkondensators.
Der Kondensator ist so eine Art „Ladungsfass“ – ein Zwischenspeicher für
elektrische Ladung und elektrische Energie.
Information:
Die Kenngröße eines Kondensators ist seine Kapazität. Sie ist ein Maß dafür
wieviel Ladung ein Kondensator bei gegebener Spannung speichern kann.
Je größer die Kapazität, desto mehr Ladung kann der Kondensator speichern.
Das Schaltzeichen eines Kondensators ist :
a) Simuliere zunächst wieder mit Crocodile Physics:
¾ Belasse den Wert des Widerstands auf 1000 Ω
Baue parallel zum Widerstand einen Kondensator von 10 µF ein.
Deine Schaltung sollte dann so aussehen:
¾ Was hat sich am Verlauf der blauen Kurve gegenüber vorher verändert?
¾ Erhöhe den Wert den Kondensators auf 20µF, 50 µF und 100 µF.
Was kann man an der blauen Kurve beobachten?
¾ Erkläre deine Beobachtung.
b) Baue die Schaltung als Experiment nach.
Achte beim Kondensator unbedingt auf die Polung!!
Der –Pol ist bezeichnet, auf der Seite des + Pols hat der Kondensator eine
Rille eingekerbt.
¾ Beobachte das Oszillogrammbild.
¾ Zeichne den Verlauf der Spannung auf dem Oszilloskop.
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3) Die Siebschaltung bei unterschiedlicher Belastung.
Simuliere die Schaltung zunächst wieder mit Crocodile Physics.
a) Belasse nun die Kapazität des Kondensators auf 100 µF.
Verringere den Wert des Lastwiderstandes auf 500 Ohm, 200 Ohm, 100 Ohm.
¾ Was kann man beobachten?
¾ Versuche die Beobachtung zu erklären. Denke daran, dass der Kondensator
ein Ladungs- und Energiespeicher ist.
Der Lastwiderstand entspricht dem angeschlossenen Gerät.
Dieses möge nun einen Widerstand von 100 Ohm haben.
¾ Wie weit fällt die Spannung ab, wenn der Kondensator eine Kapazität von 100
µF hat?
¾ Wie groß muß die Kapazität des Kondensators mindestens sein, damit die
Spannung nicht unter 7,5 V fällt?
b) Baue die Schaltung wieder im Experiment auf.
Verwende als Siebkondensator 100 µF und als Lastwiderstand 500 Ohm,
200 Ohm und 100 Ohm
4) Netzteile am Computer entworfen.
Das folgende Experiment können wir nur simulieren, nicht real durchführen.
In sogenannten Schaltnetzteilen in Computern, Monitoren und Fernsehern werden
die Teilspannungen mit Wechselspannungen anderer Frequenz erzeugt.
¾ Wird die Glättung der Gleichspannung bei gleichen Verhältnissen (100 Ohm ,
100 µF besser oder schlechter, wenn die Frequenz der Quelle größer ist?
(Wähle dazu 100 Hz, 200 Hz)
¾ Versuche deine Beobachtung zu erklären.
¾ Wie weit fällt die Spannung jeweils ab?
5) Wir fassen zusammen:
a)
Eine Diode ist wie ein __________ für den Stromfluss, es lässt den Strom nur in
_________ Richtung passieren. Eine Halbwelle der Wechselspannung geht so
für den angeschlossenen Widerstand verloren.
b)
Möchte man dennoch eine halbwegs brauchbare Gleichspannung erzeugen, so
muss man einen _________________ zum Lastwiderstand (Gerät) ___________
schalten.
c)
Der Kondensator ist dabei so etwas wie ein _____________ für elektrische
________________. Er liefert dem Gerät immer dann elektrische Energie, wenn
die Diode ___________.
d)
Die Gleichspannung ist um so besser (um so „glatter“) je:
______________ die Kapazität des Siebkondensators ist,
______________ der Widerstand des angeschlossenen Geräts ist,
______________ die Frequenz der Wechselspannung ist.