Elektrotechnisches Praktikum II

Elektrotechnisches Praktikum II
Versuch 1: Elektronenstrahloszilloskop
1 Versuchsinhalt
2
2 Versuchsvorbereitung
2.1 Aufbau und Funktion des Elektronenstrahloszilloskops
2.1.1 Elektronenstrahlröhre . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 Eingangsverstärker . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3 Zeitablenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4 Triggerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.5 Messleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Ein- und Mehrkanalbetrieb . . . . . . . . . . .
2.2.2 XY-Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Blockschaltbild und Bedienungselemente . . . . . . . .
2.4 Kenngrößen periodischer Zeitfunktionen . . . . . . . .
2.5 Fragen zur Versuchsvorbereitung . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
. 3
. 3
. 4
. 4
. 4
. 5
. 7
. 7
. 7
. 8
. 11
. 12
3 Versuchsdurchführung
3.1 Grundeinstellungen und Vorversuche
3.2 Eigenschaften der Triggerung . . . .
3.3 Aufnahme von Diodenkennlinien . .
3.4 Zweipuls-Brückenschaltung . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
0 13.09.2005
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
14
14
14
15
16
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
1 Versuchsinhalt
Durch seine Eigenschaft, elektrische Spannungen über einen großen Bereich (von mV
bis kV) mit sehr großer Dynamik bis in den ps-Bereich sichtbar zu machen, ist das Elektronenstrahloszilloskop zu einem der wichtigsten Messinstrumente der Elektrotechnik
geworden. Unter Verwendung geeigneter Messumformer ermöglicht es die Darstellung
zeitabhängiger Signale sowie von Kennlinien, wie sie im Rahmen der Naturwissenschaft und Technik vielfach benötigt werden.
In diesem Versuch sollen die Wirkungsweise des Elektronenstrahloszilloskops erläutert
und seine Handhabung auch im Hinblick auf weitere Praktikumsversuche (Versuch 2:
Messung komplexer Widerstände; Versuch 8: Schwingkreis) erlernt werden. Dabei konzentrieren sich die ersten Versuchsschritte auf das Verständnis der Funktionsweise des
Gerätes, bevor auf die Messung realer Signale übergegangen wird.
Bild 1: In diesem Versuch eingesetztes Elektronenstrahloszilloskop
2
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
2 Versuchsvorbereitung
2.1 Aufbau und Funktion des Elektronenstrahloszilloskops
Die wesentlichen Komponenten eines Elektronenstrahloszilloskops sind die evakuierte
Elektronenstrahlröhre zur Erzeugung des Elektronenstrahls und dessen ortsrichtiger
Darstellung auf dem Bildschirm, sowie Zusatzschaltungen, die die zur Ansteuerung
der Röhre nötigen Signale bereitstellen.
2.1.1 Elektronenstrahlröhre
Hinsichtlich der Funktion kann der Aufbau der Elektronenstrahlröhre in Einrichtungen zur Erzeugung, zur Ablenkung und zur Darstellung des Strahls eingeteilt werden
(Bild 2).
Darstellung
Erzeugung
Heizdraht
Wehneltzylinder
Kathode
Ablenkung
Anode
Fokussierungssystem
Y-X
Ablenksysteme
Nachbeschleunigungselektrode
Leuchtschirm
Bild 2: Schematischer Aufbau einer Elektronenstrahlröhre
Die Kathode wird von einem Heizdraht erhitzt, so dass Elektronen emittiert werden
können. Diese Elektronen werden im Feld zwischen Anode und Kathode beschleunigt,
das von einer Beschleunigungsspannung in Höhe einiger kV aufgebaut wird. Die Intensität des Elektronenstrahls ist durch Anlegen geeigneter Spannungen am Wehneltzylinder beeinflussbar. So sorgt eine negative Ladung für die Konzentration des Elektronenstrahls auf die Mitte der Röhre, während ein hinreichend positives Potential
den Strahl, wie z.B. beim Rücklauf (Kapitel 2.1.3), ausblendet. Für das punktförmige Auftreffen auf den Leuchtschirm sorgt ein Fokussierungssystem. Nach dem Durchtritt durch ein Loch in der Anode gelangt der Elektronenstrahl in den Feldbereich
der XY-Ablenkplatten. Hier kann er im homogenen Kondensatorfeld aus seiner Mittellage ausgelenkt werden. Durch räumlich um 90◦ versetzte zweifache Ablenkung
erhält man Auslenkungen in horizontaler und vertikaler Richtung auf dem Leucht-
3
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
schirm. Die Nachbeschleunigungselektroden erhöhen die Aufprallenergie des Elektronenstrahls und verstärken so den Leuchteffekt.
2.1.2 Eingangsverstärker
Das in diesem Versuch verwendete Elektronenstrahloszilloskop besitzt 2 Eingangsverstärker, die eine Umschaltung für unterschiedliche Amplituden zwischen 5 mV/cm und
20 V/cm erlauben. Die Verstärker haben einen hochohmigen Eingangswiderstand von
1 MΩ, um das Messignal nicht zu belasten. Bei der Messung zeitabhängiger Größen
wird das Signal auch durch die Eingangskapazität im pF-Bereich belastet.
Das Messsignal kann entweder direkt (Gleichspannungsankopplung DC) oder über
einen Kondensator (Wechselspannungsankopplung AC) auf den Verstärker gelangen.
Zusätzlich kann der Verstärker auf Erdpotential (GD) gelegt werden, um die Nullinie
aufzufinden und abzugleichen.
2.1.3 Zeitablenkung
Zur Darstellung des Zeitverlaufs periodischer Spannungen muss der Elektronenstrahl
mit konstanter Geschwindigkeit in horizontaler Richtung über den Schirm abgelenkt
werden. Die X-Ablenkspannung muss daher zeitproportional ansteigen. Wird gleichzeitig der Elektronenstrahl in Y-Richtung in Abhängigkeit von der Messspannung u(t)
ausgelenkt, so entspricht die Leuchtspur auf dem Schirm der Funktion u(t). Wegen der
kurzen Nachleuchtdauer muss der Aufzeichungsvorgang wiederholt werden, so dass
ein normales Elektronenstrahloszilloskop nur für periodische Spannungen ein stabiles
Bild erzeugt. Deshalb wird der Elektronenstrahl nach Erreichen des rechten Bildrandes durch Anlegen einer entsprechenden Spannung am Wehneltzylinder ausgeblendet
(Kapitel 2.1.1) und die X-Ablenkspannung rasch auf den Anfangswert zurückgefahren.
Diese Spannung hat demnach einen sägezahnförmigen Verlauf (Bild 3) mit einstellbarer Anstiegsgeschwindigkeit.
2.1.4 Triggerung
Aufgabe der Triggerung ist es, das im Oszilloskop erzeugte horizontale Ablenksignal
mit dem angelegten periodischen Vertikalsignal zu synchronisieren und dadurch ein
stehendes Oszillogramm zu erzeugen. Dies ist für den Anwender des Oszilloskops von
höchster Bedeutung, da bei allen Anwendungen unterschiedliche Bedingungen bezüglich Frequenz, Amplitude und Form des Signals vorliegen.
Nach dem Rücklauf des Elektronenstrahls wird daher solange mit einem erneuten
Hinlauf gewartet, bis das Signal wieder einen Triggerpegel gleichsinnig durchläuft
(Bild 4). Triggerpegel und -flanke (ab- und ansteigend) sind am Oszilloskop einstellbar. Liegt der Triggerpegel außerhalb des vom Signal überstrichenen Bereiches, so
4
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
Rücklauf
Hinlauf
Hinlauf
u
t
Bild 3: Prinzipieller Verlauf der X-Ablenkspannung
wird kein Hinlauf ausgelöst und entsprechend kein Bild angezeigt. Um die vergrößerte Darstellung von beliebigen Periodenausschnitten zu ermöglichen, kann an einigen
Oszilloskopen (nicht beim Versuchsgerät) eine Verzögerungszeit ab Erreichen des Triggerpunktes eingestellt werden.
Das Triggersignal kann über unterschiedliche Koppelfunktionen an die Triggereinheit
geschaltet werden (Bild 7). In Stellung DC werden alle Signalanteile (Gleich- und
Wechselspannung) übertragen. Sie eignet sich z.B. für sehr langsam ablaufende Signale. Der AC-Eingang ist zur Ankopplung von Wechselspannungen geeignet, die von
einer überlagerten Gleichspannung getrennt werden sollen. Hierbei sind die gerätespezifischen unteren und oberen Übertragungsfrequenzen zu beachten. Zusätzlich kann
das Signal über einen Tiefpass (LF), einen Hochpass (HF, nicht beim Versuchsgerät)
und einen Filter für TV-Signale angekoppelt werden. Schließlich kann die Triggerquelle gewählt werden, d.h. das Signal, dass der Triggerschaltung zugeführt wird. Dabei
wird zwischen interner, externer und netzbezogener Triggerung unterschieden. Bei
interner Triggerung wird das im Vorverstärker des Vertikalablenksystems vorhandene Messsignal an die Triggerschaltung geführt. Externe Triggerung erfordert den Anschluß einer Triggerquelle an die vorgesehene Eingangsbuchse. Außerdem kann die
Netzfrequenz aus dem Netzteil des Oszilloskops hierfür eingesetzt werden.
2.1.5 Messleitungen
Um das Messsignal abzugreifen und zum Oszilloskop zu leiten, sind Messleitungen
erforderlich, die möglichst keine Signalverfälschung verursachen dürfen. Bei Signalen
mit Frequenzen unter 10 kHz aus niederohmigen Quellen (< 10 kΩ) werden üblicherweise Koaxialkabel ohne Verwendung weiterer Bauteile, bei hochohmigen Quellen und
höheren Frequenzen zusätzlich Tastköpfe eingesetzt (Bild 5).
5
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
fallende Flanke
steigende Flanke
Rücklauf
Hinlauf
Rücklauf
Wartezeit
Hinlauf
Wartezeit
uY
Triggerpegel
t
uX
Bild 4: Pegel- und Flankentriggerung
Das sind ohmsch-kapazitive Spannungsteiler, deren ohmscher Teil für eine deutlich
geringere Belastung der (Gleichspannungs-)Signalquelle sorgt, indem der Eingangswiderstand bei üblicher 10:1 Teilung verzehnfacht wird. Durch entsprechende Einstellung des Trimmkondensators, der mit der Eingangskapazität des Oszilloskops einen
kapazitiven Spannungsteiler bildet, lässt sich die gesamte Eingangskapazität auf ein
Zehntel verringern. Dies erlaubt die Messung auch hochfrequenter Signale mit geringer Verfälschung. Der Abgleich des Trimmkondensators mit der Eingangskapazität
des Oszilloskops des Tastkopfes erfolgt üblicherweise mit einer Rechteckspannung, die
aufgrund ihrer steilen Schaltflanken auch Sinusschwingungen sehr hoher Frequenz
enthält. Ein fehlerhafter Abgleich macht sich durch Signalverformung bemerkbar, da
Tastkopf
Koaxialkabel
Eingang
Oszilloskop
Messpunkt
1:1
10:1
Bild 5: Prinzip eines Tastkopfes mit Teilung 1:1/10:1
6
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
nicht alle Frequenzen im gleichen Verhältnis (10:1) vom Tastteiler reduziert werden.
Der Tastkopf kann auch mit einer aktiven Schaltung (Impedanzwandler) ausgerüstet
sein.
Zur Messung extrem hochfrequenter Signale muss die Messleitung am Oszilloskop mit
ihrem Wellenwiderstand (ca. 50Ω) reflexionsfrei abgeschlossen werden.
2.2 Betriebsarten
2.2.1 Ein- und Mehrkanalbetrieb
Bei Einkanalbetrieb wird das Messsignal einem der beiden Eingangsverstärker zugeführt. Die Taster für alternierenden Betrieb und für Differenzbetrieb dürfen nicht gedrückt sein. Das Triggersignal wird dem jeweils aktiven Kanal entnommen (vgl. Versuch 8: Ermittlung der Resonanzfrequenz in Kapitel 3.2.1 und der Dämpfung in Kapitel
3.2.2).
Häufig sollen gleichzeitig zwei Zeitfunktionen dargestellt werden (vgl. Versuch 2: Kapitel 3.2.1). Dieser Zweikanalbetrieb wird durch einen elektronischen Umschalter realisiert, der die beiden Eingangsverstärker abwechselnd mit den vertikalen Ablenkplatten verbindet. Bei niedrigen Signalfrequenzen wählt man die Einstellung “chopped”,
bei der sehr oft innerhalb einer Periode umgeschaltet wird, so dass gleichzeitig zwei
quasikontinuierliche Linienzüge aufgezeichnet werden. In der Einstellung ”alternierend” für hohe Frequenzen zeichnet der Elektronenstrahl sukzessive jeweils den kompletten Hinlauf eines Kanals auf. Damit Amplitude und Ankopplung beider Signal unabhängig voneinander einstellbar sind, ist der Kanalumschalter hinter den Eingangsverstärkern angeordnet.
Die Signale beider Eingänge können auch addiert oder durch Vorzeichenumkehr am
Eingang 2 (Einstellung: Invertierung) subtrahiert dargestellt werden. Letzteres ist zur
Messung auf hohem Potential liegender Spannungen unverzichtbar (vgl. Versuch 2:
Oszilloskop als Nullmessinstrument bei Brückenschaltungen). Die Kanäle können nur
Spannungen gegenüber Erde verarbeiten, da der Erdleiter des Oszilloskops aus Personenschutzgründen mit dem Netzschutzleiter verbunden ist. Die Messung auf hohem
Potential liegender Spannungen mit nur einem Eingang und dann zwangsläufig aufgehobener Verbindung von Erd- und Netzschutzleiter kann lebensgefährlich sein, da in
diesem Fall das Gehäuse des Oszilloskops auf dem hohen Potential der Messspannung
liegt.
2.2.2 XY-Betrieb
Im XY-Betrieb wird das am Eingang 1 anliegende Signal auf die horizontalen Ablenkplatten des Oszilloskops gegeben. Parameterdarstellungen zweier Zeitfunktionen (vgl.
Versuch 2: Kapitel 3.4.2) oder Kennlinien von Bauelementen (vgl. Versuch 2: Kapitel 3.3) lassen sich in dieser Betriebsart ermitteln. Ströme als Messgröße müssen in
7
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
proportionale Spannungen umgewandelt werden, z.B. mit Hilfe eines niederohmigen
Shunt-Widerstandes. Bild 6 zeigt dies am Beispiel der Aufnahme einer Diodenkennnlinie. Dabei sind im Schaltbild zur besseren Übersichtlichkeit die Spannung (CH I)
vertikal und der Strom (CH II) horizontal eingezeichnet.
Vorsicht: Bei fehlender Signalspannung kann der ruhende Elektronenstrahl die Leuchtschicht zerstören.
ID
1 kΩ
UD
CH I
CH II
~
Durchbruchspannung
UZ
CH II
ID
100 Ω
UD
Durchlassspannung
UF
CH I
Bild 6: Aufnahme einer Diodenkennlinie mit dem Oszilloskop
2.3 Blockschaltbild und Bedienungselemente
Triggerquellen
Triggerkopplung
DC
AC
Netz 50Hz
Extern
Triggerpegel,
-flanke
autom.
normal
LF
TV
Kanal 1
Kanalwahl
Zeitablenkgeschwindigkeit
Invert.
Kanal 2
+
Zeitbasis
Eingangsverstärker
AC/DC-Ankopplung
XY
Bild 7: Blockschaltbild des im Versuch eingesetzten Oszilloskops
8
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
Bild 8: Bedienungselemente des Versuchsoszilloskops (1)
9
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
Bild 9: Bedienungselemente des Versuchsoszilloskops (2)
10
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
2.4 Kenngrößen periodischer Zeitfunktionen
Periodische Zeitfunktionen lassen sich durch allgemeingültige Kenngrößen beschreiben. Im folgenden werden einige wichtige Kenngrößen, die auch im Rahmen dieses
Versuchs ermittelt werden, am Beispiel einer Spannung u(t) mit der Periodendauer T
erläutert.
Als Gleichwert einer beliebigen periodischen Funktion wird der arithmetische Mittelwert der Funktion im Periodenintervall T bezeichnet:
ū =
1
T
RT
· u(t) dt
0
Der Gleichwert kann mit dem Oszilloskop durch DC-Ankopplung des Messsignals direkt bestimmt werden (Kapitel 2.1.2).
Unter dem Maximalwert einer periodischen Funktion versteht man den größten Betrag
des Augenblickswertes:
û = |u|max
Bei Wechselgrößen, d.h. Funktionen, deren Gleichwert 0 ist, wird der Maximalwert
auch als Scheitelwert, bei sinusförmigen Wechselgrößen auch als Amplitude bezeichnet.
Der Effektivwert einer periodischen Zeitfunktion ist wie folgt definiert:
s
1
T
U=
RT
· u2 (t) dt
0
Nur für Wechselgrößen sind definiert:
- der Scheitelfaktor als Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert:
S = Uû
- der Gleichrichtwert als arithmetischer Mittelwert des Betragsverlaufes:
|ū| =
1
T
RT
· |u(t)| dt
0
- der Formfaktor als Verhältnis von Effektivwert zu Gleichrichtwert:
Fg =
11
U
|ū|
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
2.5 Fragen zur Versuchsvorbereitung
Die folgenden Fragen sind als Vorbereitung auf den Versuch schriftlich zu bearbeiten:
1. Weshalb ist es vorteilhaft, mit einer hohen Eingangsimpedanz zu messen? Erläutern Sie dies anhand eines einfachen Schaltbildes.
2. Leiten Sie anhand von Bild 10 eine Formel ab, aus der die Proportionalität zwischen Auslenkung d und Spannung U an den Ablenkplatten hervorgeht.
d
U
e,Ve
c
b
l
Bild 10: Ablenkung des Elektronenstrahls im Plattenkondensator
3. Wählen Sie einen geeigneten Triggerpegel für ein stehendes Bild des in Bild 11
gegebenen Spannungsverlaufes und tragen Sie in das untere Diagramm den zeitlichen Verlauf der Ablenkspannung ein.
Ablenkzeit
Rücklaufzeit
uY
t
ux
t
Bild 11: Triggerung für stehendes Bild
12
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
4. Wie sind Spannungen zwischen zwei beliebigen Punkten zu messen, die beide
auf hohem Potential liegen ? Skizzieren Sie den Anschluss der Messleitungen an
das Oszilloskop und beschreiben Sie die erforderlichen Einstellungen.
5. Bestimmen Sie für die periodischen Zeitverläufe in Bild 12 die in Kapitel 2.4 angegebenen Kenngrößen.
a)
a)
u
û
1
∆t
0
T
t
T
t
T
t
−1
b)
u
û
1
0
c)
T /2
u
û
1
0
Bild 12: Periodische Zeitverläufe
6. Welchen prinzipiellen Verlauf muss die Quellenspannung UQ der Schaltung in
Bild 6 zur Messung der Diodenkennlinie aufweisen?
13
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
3 Versuchsdurchführung
3.1 Grundeinstellungen und Vorversuche
Zur Versuchsvorbereitung sind am Oszilloskop Grundeinstellungen vorzunehmen:
1. Scharfstellen des Strahles;
2. Wahl der Standardeinstellung, d.h. sämtliche Taster sollten in Aus-Stellung sein;
3. Abgleich des Tastkopfes.
Nach Kapitel 2.1.5 ist der Trimmkondensator des Tastkopfes auf die Eingangskapazität des Oszilloskops abzustimmen. Hierfür kann am Ausgang des Rechteckkalibrators
eine Rechteckspannung abgegriffen werden (Bild 9). Stellen Sie zunächst das Rechtecksignal auf dem Bildschirm dar und gleichen Sie dann die Kapazität (mittels Stellschraube am Tastkopf) für das Tastverhältnis 10:1 ab. Beachten Sie bei den folgenden
Messungen das eingestellte Tastverhältnis des Tastkopfes.
Stellen Sie beide Kanäle ohne anliegendes Signal im Chopperbetrieb dar (mit verschobenen Nulllinien zur Unterscheidung) und versuchen Sie, mit der Zeitbasis auf die
Chopperfrequenz zu synchronisieren.
3.2 Eigenschaften der Triggerung
Bei automatischer Triggerung und anliegendem Messsignal stellt sich der Einstellbereich für den Triggerpegel automatisch auf den durch das Signal überstrichenen Bereich ein. Eine bestimmte Triggerschwelle darf jedoch das Triggersignal, das in diesem
Fall mit dem Messignal identisch sein soll, für eine stabile Darstellung nicht unterschreiten. Diese Schwelle lässt sich durch Variation der Amplitude einer Sinusspannung (empfohlen: 1 kHz) ermitteln, die an einem Funktionsgenerator abgegriffen werden kann. Bei einsetzender stabiler Triggerung leuchtet die TR-LED dauerhaft.
Dieser Effekt soll untersucht werden, indem bei gleichbleibendem Einstellbereich die
Amplitude des Eingangssignals fortlaufend verkleinert wird. Welche Triggerschwelle
(Anzahl Bildschirmraster) muss das Triggersignal mindestens überschreiten ?
Stellen Sie zunächst eine 1-kHz-Sinusspannung mit 10 V Amplitude aus dem Funktionsgenerator bei geeigneter Wahl von Triggerpegel und -flanke dar (2 Perioden).
Bei Spannungen mit nieder- und hochfrequenten Komponenten ähnlicher Größe ist
die Triggerung eines Signals schwierig. Dem eingestellten Messsignal soll zur Beobachtung dieses Effektes eine 50-Hz-Störspannung überlagert werden, indem die Bezugsleitung zwischen Oszilloskop und Funktionsgenerator, d.h. die Erdleitung, von
einem der Geräte getrennt wird. Aufgrund im Raum vorhandener elektrischer und
magnetischer Felder der Versorgungsleitungen kommt es dann zur Einkopplung von
14
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
50-Hz-Komponenten. Stellen Sie mit geeigneter Triggereinstellung ein bis zwei 50-HzPerioden mit überlagerter hochfrequenter Spannung dar.
Mit welcher Maßnahme erreichen Sie die Darstellung eines stabilen Bildes?
Welche alternativen Maßnahmen gibt es?
Welcher Effekt tritt auf, wenn die Frequenz des Eingangssignals um 5 Hz erhöht wird,
und wie lässt er sich erklären?
3.3 Aufnahme von Diodenkennlinien
Die Kennlinien zweier Halbleiterdioden sollen nach Bild 6 mit dem Oszilloskop aufgenommen und daraus deren Durchlassspannungen UF bestimmt werden:
1. Germanium-Diode AA118 (Imax = 50mA ; UZ = 90V )
2. Silizium-Diode 1N4007 (Imax = 1A; UZ = 100V )
Die Amplitude der geeignet zu wählenden Speisespannung der Schaltung UQ darf von
0,5Vss ausgehend nur in kleinen Stufen von 0,5V erhöht werden, um die maximale
Dauerstrombelastbarkeit Imax der Dioden nicht zu überschreiten.
Diode Durchlassspannung
AA118
V
1N4007
V
15
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
3.4 Zweipuls-Brückenschaltung
Zweipuls-Brückenschaltungen nach Bild 13 dienen der Zweiweg-Gleichrichtung von
Wechselspannungen und -strömen.
UD1
UQ
D1
D2
1kΩ
~
5V
50Hz
D3
UR
D4
Bild 13: Zweipuls-Brückenschaltung
An einer derartigen Schaltung sollen die Zeitverläufe von:
1. Eingangsspannung UQ ,
2. Verbraucherspannung UR ,
3. Diodenspannung UD1 ,
aufgenommen werden.
In den bisherigen Versuchsschritten war eine Kontrolle der Amplitude des Ausgangssignals des Funktionsgenerators nicht erforderlich, da entweder das Signal unbelastet
blieb oder der absolute Wert der Amplitude für die Aufgabenstellung unerheblich war.
Bei diesem Versuch ist zu beachten, dass der Funktionsgenerator keine ideale Spannungsquelle darstellt und somit bei Belastung der am Display angezeigte Einstellwert
nicht mit der Klemmenspannung des Funktionsgenerators übereinstimmt. Deswegen
ist mit dem Oszilloskop eine Einstellung der Eingangsspannung UQ auf den in Bild 13
angegebenen Effektivwert von 5 V vorzunehmen.
Darüber hinaus ist bei der Messung von UD1 zu berücksichtigen, dass aufgrund der
Durchlassspannung der Diode beide Messpunkte nicht auf Erdpotential liegen.
16
Elektronenstrahloszilloskop
ETII V1
Aus den Messgrössen sind - soweit definiert - folgende Signalkenngrössen zu berechnen:
Messtelle
Gleichwert
Maximalwert
Gleichrichtwert
Effektivwert
Scheitelfaktor
Formfaktor
UQ
UR
V
V
V
V
UD1
V
V
V
V
V
V
V
V
Kann aus den Messgrössen auch die Durchlassspannung der benutzten Dioden ermittelt werden ?
Literatur
[1]
Internetpräsenz von HAMEG Instruments: www.hameg.de
[2]
Felderhoff, R.
Elektrische und elektronische Messtechnik
Hanser Verlag, München, 1993
[3]
Benda, D.
Wie misst man mit dem Oszilloskop?
Franzis Verlag, Feldkirchen, 1996
17