Bauelemente und Grundschaltungen Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann

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1 Fachbereich Ingenieurwissenschaften Institut für Informatik, Automatisierung und Elektronik Praktikum: Bauelemente und Grundschaltungen Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann Versuch: BEG 1 Thema: Halbleiterdiode, Leuchtdiode Betreuung: Dr.-Ing. Birgit Lustermann, Dipl.-Ing. Peter Tabatt Raum: H 20 / Labor Schaltungs- und Prozessortechnik 1. Versuchsziel und Ausrüstung Anhand von Grundschaltungen mit Leuchtdioden, Z-Diode und Gleichrichter werden die elektrischen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Dioden untersucht. Hinzu kommt die Vertiefung der Fertigkeiten im Umgang mit Messtechnik. Arbeitsmodul Z-Diode / Leuchtdioden Mit dem Arbeitsmodul Z-Diode / Leuchtdioden, siehe Anhang 1, werden die Schaltungen mit Z-Diode und Leuchtdioden (LED) aufgebaut. Dazu sind die entsprechenden Brücken zu stecken und die Messgeräte anzuschließen. Arbeitsmodul Gleichrichtung Das Arbeitsmodul Gleichrichtung, siehe Anhang 2, enthält Schaltungen zur Einwegund Zweiweggleichrichtung. Es lassen sich verschiedene Widerstände und Kondensatoren zuschalten. Gespeist werden die Gleichrichterschaltungen mit einer Wechselspannung aus dem Funktionsgenerator. 2. Vorbereitung - Grundlage des Versuches sind die Darlegungen über Dioden in der Vorlesung Bauelemente und Grundschaltungen. ( Schaltsymbole, Anschlussbezeichnungen, Kennlinien, Verhalten im elektr. Stromkreis) - Bereiten Sie auf Millimeterpapier das Diagramm für die Z-Dioden-Kennlinie IZ = f(uz) vor! Gehen Sie dabei von einem Bereich UZ = (9 bis 11)V und einem Bereich IZ = (0 bis 15)mA aus. - Bereiten Sie für die der Gleichrichterschaltungen zwei leere Oszilloskopbilder (8 cm x 8 cm) auf Millimeterpapier mit Freiraum für Kommentare vor! 1 von 5

2 Bereiten Sie sich bitte auf Fragestellungen zu folgenden Sachverhalten vor: - Diodenkennlinie und Diodengleichung; - Schaltungen und Größenverläufe der Einweg- und Zweiweggleichrichtung; - Schaltungsvarianten mit Leuchtdioden; - Dimensionierung von Schaltungen mit Leuchtdioden. 3. Geräteliste Arbeitsmodul Z-Diode / Leuchtdioden Arbeitsmodul Gleichrichtung Funktionsgenerator Oszilloskop Labornetzteil Widerstandsdekade Leitungen Digitalmultimeter Wichtiger Sicherheitshinweis: Unter 5.3 und 5.4 (Gleichrichtung) wird für die Erzeugung der Wechselspannung ein Funktionsgenerator verwendet. Es erfolgt keine Einspeisung von Netzspannung! Die Versuchsschaltungen sind vor der Inbetriebnahme vom Laborbetreuer abzunehmen. 4. Literatur Vorlesungsmitschriften Bauelemente und Grundschaltungen Siehe Literaturempfehlungen im Lektorenverzeichnis 5. Versuchsdurchführung und 5.1 Leuchtdioden Der Versuchsaufbau besitzt die folgenden 3 Teilschaltungen: 1. Leuchtdiode Typ L53 als Standard-Leuchtdiode (Dauerbetrieb) 2. Leuchtdiode Typ L56 als selbstblinkende Leuchtdiode 3. Leuchtdiode Typ L59 als Zweifarben-Leuchtdiode (Bi-Color) Beschalten Sie den Versuchsaufbau mit der Betriebsspannung UB = 30 V. Versehen Sie anschließend die Teilschaltungen entsprechend der Aufgabenstellung mit Brücken (Br) oder mit den notwendigen Messgeräten. Folgende Aufgaben sind zu bearbeiten: - Messen Sie den Flussstrom und die Flussspannung der Standard-Leuchtdiode (L53)! - Ermitteln Sie die Blinkfrequenz der selbstblinkenden Leuchtdiode (L56)! - Messen Sie die Minimal- und Maximalwerte der Flussströme und der Flussspannungen der beiden Teilzweige der Zweifarben-Leuchtdiode (L59)! Notieren Sie die Messergebnisse! Bewerten Sie bei der Zweifarben-Leuchtdiode das einstellbare Farbspektrum! 2 von 5

3 5.2 Z-Diode Die betreffende Teilschaltung ist mit der Z-Diode BZX85C10 mit einer Z-Spannung UZ = 10 V bestückt. Beschalten Sie den Versuchsaufbau mit einer einstellbaren Spannungsquelle am Anschluss UB! Verändern Sie die Betriebsspannung UB im Bereich (0 bis 30)V und messen Sie den Z-Strom IZ und die Z-Spannung UZ! Stellen Sie die Funktion IZ = f(uz) in einem Diagramm dar. Beurteilen Sie die stabilisierende Wirkung bezüglich Uz. Hinweis: Darstellung der Bereiche UZ = (9 bis 11)V und IZ = (0 bis 15)mA. 5.3 Einweggleichrichtung Schaltung S1 D1 MP1 B1 B2 B3 B4 C1 100µF C2 47µF R1 150 R2 1,5k S2 MP2 Abbildung 1: Einweggleichrichtung Legen Sie eine sinusförmige Wechselspannung mit 50 Hz vom Funktionsgenerator an das Arbeitsmodul an. Stellen Sie die Ausgangsspannung des Transformators (Sekundärseite) auf USS = 12 V ein. Stellen Sie für die in Tabelle 1 aufgeführten Zustände die Ausgangsspannung mit einem Oszilloskop (DC-Messbereich!) dar und skizzieren Sie alle Fälle unter Angabe der eingestellten Ablenkkoeffizienten Ax (Zeit/cm) und Ay (Spannung/cm) in Ihr erstes vorbereitetes Bild auf Millimeterpapier. Anmerkung: Beibehaltung der Ablenkkoeffizienten. Tabelle 1: Einweggleichrichtung Zustand R [Ω] C [µf] Welchen Einfluss haben R und C auf die Kurvenform der Ausgangsspannung? 3 von 5

4 5.4 Zweiweggleichrichtung (Brückengleichrichtung) Schaltung S3 MP3 D5 2 D2 B5 B6 B7 B8 4 1 D3 3 D4 C3 100µF C4 47µF R3 150 R4 1,5k S4 MP4 Abbildung 2: Zweiweggleichrichtung Legen Sie eine sinusförmige Wechselspannung mit 50 Hz vom Funktionsgenerator an das Arbeitsmodul an. Stellen Sie die Ausgangsspannung des Transformators (Sekundärseite) auf USS = 12 V ein. Stellen Sie für die in Tabelle 2 aufgeführten Zustände die Ausgangsspannung mit einem Oszilloskop (DC-Messbereich!) dar und skizzieren Sie alle Fälle unter Angabe der eingestellten Ablenkkoeffizienten Ax (Zeit/cm) und Ay (Spannung/cm) in Ihr 2. vorbereitetes Bild auf Millimeterpapier. Anmerkung: Beibehaltung der Ablenkkoeffizienten. Tabelle 2: Zweiweggleichrichtung Zustand R [Ω] C [µf] Welchen Einfluss haben R und C auf die Kurvenform der Ausgangsspannung? Vergleichen Sie die Kurvenformen mit denen der Einweggleichrichtung. Für welche Fälle ist der Einsatz einer Einweggleichrichtung sinnvoll, wann ist eine Brückengleichrichtung sinnvoll? 4 von 5

5 Anhang 1 Arbeitsmodul Z-Diode / Leuchtdioden Anhang 2 Arbeitsmodul Gleichrichtung 5 von 5