PTC-Widerstand - Christiani Schule trifft Technik
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PTC-Widerstand Material 1Universalsteckbox 1EIN-AUS-Schalter 1 Widerstand 500 Ω 1PTC-Widerstand 1Amperemeter 1Voltmeter Verbindungsleitungen Stromversorgung Zündhölzer Thema Der Widerstand von Halbleitern kann von der Temperatur abhängen. Aufbau Versorgungsspannung: 6 V= Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet, das Amperemeter mit dem Messbereich 10 mA=. Der 500-Ω-Widerstand dient als Vorwiderstand. Das Voltmeter misst die Spannung am PTC-Widerstand. Experiment • Die Stromversorgung wird eingeschaltet und der Schalter geschlossen. • Stromstärke und Spannung werden bei Raumtemperatur gemessen. •Der PTC-Widerstand wird ganz kurz mit einem Zündholz (nicht in die Flamme halten!) erwärmt. • Stromstärke und Spannung werden wieder gemessen. Ergebnis Bei höherer Temperatur wird der Widerstand eines PTC-Widerstandes größer, bei niedrigerer Temperatur wird der Widerstand kleiner. Messergebnisse Spannung U am Widerstand (V) Stromstärke I (mA) Stromstärke I (A) Widerstand R (Ω) R = U/I Raumtemperatur 1,2 10,3 0,0088 136 PTC erwärmt 6,2 0,01 0,0002 31 000 3 LDR – Lichtabhängiger Widerstand Material 1Universalsteckbox 1EIN-AUS-Schalter 1 Widerstand 1 kΩ 1LDR-Widerstand 1Amperemeter 1Voltmeter Verbindungsleitungen Stromversorgung Lichtquelle Thema Der Widerstand von Halbleitern kann von der Beleuchtung abhängen. Wie? Aufbau Versorgungsspannung: 6 V= Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet, das Amperemeter mit dem Messbereich 10 mA=. Der 1-kΩ-Widerstand dient als Vorwiderstand. Das Voltmeter misst die Spannung am LDR (light dependent resistor). Experiment • Die Stromversorgung wird eingeschaltet und der Schalter geschlossen. • Stromstärke und Spannung werden bei Raumbeleuchtung gemessen. •Die Öffnung des LDR wird mit dem Finger abgedeckt. Stromstärke und Spannung werden bei abgedunkeltem LDR gemessen. •Der LDR wird beleuchtet (z.B. mit einer Taschenlampe). Stromstärke und Spannung werden bei beleuchtetem LDR gemessen. Ergebnis Der Widerstand eines LDR sinkt mit zunehmender Beleuchtungsstärke. 7 Messergebnisse Spannung U am LDR (V) Stromstärke I (mA) Stromstärke I (A) Widerstand R (Ω) R = U/I Raumbeleuchtung 8,8 3,9 0,0039 2256 LDR abgedunkelt 5,5 1,7 0,0017 3235 LDR beleuchtet 2,5 4 0,004 625 8 Spannungsstabilisierung Material 1Universalsteckbox 1EIN-AUS-Schalter 1 Lampenfassung E10 1 Glühlampe 6 V/0,05 A 1 Widerstand 1 kΩ 1Z-Diode 1Verbindungsstecker 1Voltmeter Verbindungsleitungen Stromversorgung Thema Eine Zener-Diode kann eingesetzt werden, um eine Spannung konstant zu halten. Aufbau Die Versorgungsspannung beträgt 6 V=. Das Voltmeter wird mit dem Messbereich 10 V= verwendet und misst die Spannung am 1-kΩWiderstand. Die Zener-Diode befindet sich zunächst nicht im Schaltkreis. 26 Experiment • Die Stromversorgung wird eingeschaltet und der Schalter geschlossen. •Die Gleichspannung wird langsam von 0 auf 6 V erhöht. Dabei werden die Glühlampe und die Spannung am Widerstand beobachtet. •Die Spannung wird wieder auf 0 V gestellt und die Zener-Diode parallel zum 1-kΩ-Widerstand in den Stromkreis gesteckt. Das Voltmeter wird nun mit dem Messbereich 1V= verwendet. •Wieder wird die Spannung langsam erhöht und auf die Glühlampe und den Spannungswert am Widerstand geachtet. Ergebnis Ohne Zener-Diode leuchtet die Glühlampe nicht. Die Spannung am Widerstand steigt auf beinahe 6 V. Der Rest der Spannung fällt am Lämpchen ab, reicht jedoch nicht aus, um es zum Leuchten zu bringen. Mit der Zener-Diode steigt die Spannung am Widerstand nur bis 0,84 V, der Rest der Spannung liegt an der Glühlampe, die deshalb leuchtet. Erkenntnis Schaltungen zur Spannungsstabilisierung mit Zener-Dioden beruhen auf der Durchbruchsspannung der Zener-Diode. 27 Der Transistor als Stromverstärker Material 1Transistorbox 1 Lampenfassung E10 1 Glühlampe 6 V/0,05 A 1 Widerstand 10 kΩ 1 Widerstand 47 kΩ 1 Transistor NPN, Basis links 2Amperemeter 1Verbindungsstecker Verbindungsleitungen Stromversorgung Thema Kleine Änderungen des Basisstroms bewirken große Änderungen des Kollektorstroms. Diese Verstärkerwirkung eines Transistors soll untersucht werden. Aufbau Die Versorgungsspannung beträgt 6 V=. Der Messbereich für den Basisstrom ist 1 mA=, der Messbereich für den Kollektorstrom ist 100 mA=. Der Basiswiderstand beträgt zunächst 10 kΩ. Experiment •Der Basis- und der Kollektorstrom werden gemessen. Die Glühlampe wird beobachtet. • Die Messung wird mit dem 47-kΩ-Widerstand wiederholt. Ergebnis Der Strom wird um den Faktor I = 50 verstärkt. Die Glühlampe leuchtet nicht bei Einsatz der 47-kΩ-Widerstandes. Messergebnisse Basiswiderstand (kΩ) Basisstrom IB (mA) Kollektorstrom IC (mA) 10 0,5 50 47 0,1 30 0,4 20 Änderung ∆I Stromverstärkung I = ∆IC/∆IB = 20 mA / 0,4 mA = 50 33
