PTC-Widerstand - Christiani Schule trifft Technik

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.
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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.
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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.
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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
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