Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen Neue - ate.uni

Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
Neue Versuchsdurchführung
Versuchsablauf ...
Vor jeder Messung sind die Messgeräte auf den höchsten Messbereich einzustellen.
1.3.1 Bestimmen Sie die Quellenkennlinie U = f ( I ) für eine gegebene Quelle.
(a) Im Bereich I = 10 mA bis I = 30 mA sind dazu in Schritten von 4mA die entsprechenden
Lastspannungen U(I) mit Hilfe der Schaltung in Bild 1.16 aufzunehmen. Tragen Sie
die Messergebnisse in Tabelle 1.1 ein.
Ri
I
URi
330 Ω
U0
U
Ra
1 kΩ
Quelle (Source)
Bild 1.16 : Messung der Funktion U = f ( I ) der angegebenen Quelle
(b) Ermitteln Sie aus der nach (1.3.1 a) gemessenen Quellenkennlinie die Leerlaufspannung
Ul , die Kurzschlussstromstärke Ik und den Innenwiderstand Ri der Quelle gemäß
Bild 1.3.
Ul =
; Ik =
; Ri =
(c ) Bestimmen Sie den Innenwiderstand Ri nach Gl. (1.23), d.h. Mit Hilfe der Stromstärke
I´ bei der halben Leerlaufspannung Ul / 2 :
R=
U ' Ul
=
=
I ' 2I '
Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
U
V
I
mA
 Ra =
U

I

Tabelle 1.1
Bild 1.17 Quellenkennlinie der Spannungsquelle
 P a =U I 
mW
U R =U 0−U 
 P i=U R I 
V
mW
i
i
Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
(d ) Bestimmen Sie aus den unter (1a) und (1b) ermittelten Werten den Verlauf der
Leistung am Last- und Innenwiderstand als Funktion des Lastwiderstandes und
ermitteln Sie den Wert von Ra aus dem Schnittpunkt beider Kurven (Bild 1.18).
Bild 1.18 Verlauf der Leistung am Lastwiderstand Pa = f(Ra) und am Innenwiderstand Pi = f(Ra) als
Funktion des Lastwiderstandes
Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
(e ) Bestimmen Sie aus den Werten unter (1b) die Elemente der Ersatzspannungs- bzw.
Ersatzstromquelle dieser realen Spannungsquelle (Bild 1.19).
Ri =
I0 =
1
1
U0 =
Gi =
1'
a)
1'
b)
Bild 1.19 Ersatzspannungs- bzw. Ersatzstromquelle
1.3.2 Nehmen Sie die Kennlinie A(R2 / R) eines belasteten Spannungsteiler auf.
(a ) Ermitteln Sie den tatsächlichen Wert (Ist-Wert) des Widerstandes R (nomineller Wert:
R = 1 kΩ ) aus einer Stromstärke- und einer Spannungsmessung am unbelasteten
Spannungsteiler (R3 → ∞). Führen Sie eine zweite Bestimmung von R mit Hilfe einer
Widerstandsmessung des digitalen Multimeter von ELVIS durch.
I2 =
RELVIS =
; U3 =
;R=
( Widerstandsmessung mit ELVIS)
(b ) Bestimmen Sie das Spannungsverhältnis A = U3 / U der in Bild 1.20 gezeichneten
Schaltung für den Wert des Lastwiderstandes R3 = 100Ω als Funktion von x = R2 / R .
Nutzen
Sie zur weiteren Rechnung den mittels der Stromstärke- und Spannungsmessung
ermittelten Widerstand R.
(c ) Tragen Sie die Ergebnisse unter (1.3.2a) und (1.3.2b) in das Bild 1.21 ein.
Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
U = 10V
U3
I2
Bild 1.20 Messschaltung zur Ermittlung des Spannungsverhältnisses A = U3 / U
U3
V
0
1
2
3
4
5
6.25
7.5
8.75
10
I2
mA
A2 =
U3
U
U3
I2

R2=
x=
R2
R
Tabelle 1.2 Zur Messschaltung nach Bild 1.20 mit R3 = 100Ω (belastete Spannungsteilerschaltung).
Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
A=
U3
U
1.0
0.5
0
0.5
1.0
Bild 1.21 Unbelastete und belastete Spannungsteilerschaltung
x=
R2
R
Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen
1.3.3 Bestimmen Sie den Widerstandswert R mit Hilfe der Schaltungen nach
Bild 1.12 und 1.13 durch je eine Spannungs- und Stromstärkemessung.
Der tatsächliche Widerstandswert von R beträgt 500Ω.
Bei allen Schaltungen wird das Strommessgerät von ELVIS verwendet (DMM).
Die Spannung soll im Fall A mit einem Vielfachmessgerät Multizet (RmV = 500Ω) und im
Fall B mit Hilfe der LabVIEW Anwendung „DC_Voltmeter.vi“ über den Kanal ACH0
(RmV > 500kΩ) gemessen werden.
(a ) Bestimmen Sie den Wert des Widerstandes R durch die Spannungs- und Stromstärkemessung mit Hilfe der Schaltung in Bild 1.12.
Fall A: (RmV = 500Ω)
UR
V
I
mA
Rgem

Fall B: (RmV > 500kΩ)
UR
V
I
mA
Rgem

(b ) Bestimmen Sie den Wert des Widerstandes R nun durch die Spannungs- und
Stromstärkemessung mit Hilfe der Schaltung in Bild 1.13.
Fall A: (RmV = 500Ω)
UR
V
I
mA
Rgem

Fall B: (RmV > 500kΩ)
UR
V
I
mA
Rgem

(c ) Interpretieren und vergleichen Sie die Ergebnisse der Punkte (1.3.3a) und (1.3.3b).
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1.3.4 Messbereichserweiterung
(a ) Der Messbereich eines Strommessgerätes ist von 0.3A auf 1.5A zu erweitern.
Welcher Wert des Parallelwiderstandes ist hierzu erforderlich?
I = 1.5A
n=
Im = 0.3A
I
=
Im
Rn =
RmA =
RmA
=
n−1
Zeichnen Sie das Schaltbild.
(b ) Der Messbereich des ELVIS Voltmeters ist von 20V auf 200V
zu erweitern. Welcher Wert des Vorwiderstand (Rv) ist hierzu erforderlich?
(Der Innenwiderstand des digitalen Multimeter von ELVIS bei Spannungsmessungen
beträgt 500 kΩ.)
U = 200V
n=
U
=
Um
Um = 20V
RmV =
Rv =n−1 RmV =
Zeichnen Sie das Schaltbild.
Schaltbild zu 1.3.4a:
Schaltbild zu 1.3.4b:
Literatur:
Wolff, I. Grundlagen der Elektrotechnik 2, Verlagsbuchhandlung Nellissen-Wolff, Aachen
Moeller, R. Grundlagen der Elektrotechnik, B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1971
Ameling, W. Grundlagen der Elektrotechnik I, Bertelsmann Universitätsverlag, Düsseldorf, 1974