Grundschaltungen der Elektronik

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1 FAKLTÄT ELEKTROTECHNIK Hochschule für Technik und Wirtschft Dresden niversity of Applied Sciences Prktikum Elektronik für Wirtschftsingenieure Versuch 2 Grundschltungen der Elektronik 1 Allgemeine Hinweise Die Aufgben zur Versuchsvorbereitung sind vor dem Versuchstermin von jedem Prktikumsteilnehmer ls Husufgben schriftlich uszuführen. Sie sind Bestndteil des Protokolls und werden in die Bewertung des Versuches einbezogen. Ebenso zur Vorbereitung des Prktikums gehört, sich über lle Versuchsufgben zu informieren und diese soweit ds möglich ist theoretisch vorzubereiten (Formeln, Digrmme, Tbellen, Literturstudium). Die Zhlenwerte für Ströme, Spnnungen, Widerstände usw. in dieser Versuchsnleitung sind Richtwerte. Durch Erstzbestückung oder notwendige Änderungen können sich etws bweichende Werte ergeben. In jedem Flle sind die Werte in der m Versuchspltz usliegenden Anleitung mßgebend. Jede Prktikumsgruppe fertigt ein Protokoll n, welches innerhlb von 2 Wochen bzugeben ist. Die im Versuch erforderlichen Digrmme sind uf Millimeterppier zu zeichnen. Schirmbilder oszillogrfischer Messungen können uch ls Foto eingefügt werden. Bei der Versuchsdurchführung sind die Messschltungen mit Hilfe der m Versuchspltz vorliegenden Experimentierpltinen ufzubuen. Dzu werden die Buelemente durch Verbindungskbel bzw. -brücken mit dem Experimentierpltinen verbunden und die Stromversorgung sowie Messgeräte ngeschlossen. Bechten Sie: Auf- und Abbu der Messschltungen und lle Veränderungen n der Messschltung dürfen nur im spnnungslosen Zustnd vorgenommen werden (Netzschlter). Die Polrität der unsymmetrischen (einseitig geerdeten) elektronischen Messgeräte ist zu bechten. Für die bequeme Übernhme der Schirmbilder bei oszillogrfischen Messungen wird die Verwendung einer Kmer (Hndykmers nur bedingt geeignet) empfohlen. 2 Vorbereitungsufgben (1) Lösen Sie für die Versuche 3.1 bis 3.3 die dort ngegeben Vorbereitungsufgben. Die Aufgben sind uf einem Extrbltt nzufertigen und vor Versuchsbeginn vorzulegen. (2) Informieren Sie sich vorher über die Verwendung und Funktionsweise von Funktionsgenertoren und Oszilloskopen. Version 14/09/2016 1

2 3 Versuchsufgben 3.1 Einweggleichrichter Schltung: e ˆ sint R i i(t) C R u t Bild 2.1: Einweggleichrichterschltung mit Siebkondenstor und Lstwiderstnd Vorbereitungsufgben: 1. Zeichnen Sie die Kennlinie einer Hlbleiterdiode. Mrkieren Sie dbei die unterschiedlichen Betriebsbereiche. 2. Zeichnen Sie für die Einweggleichrichterschltung schemtisch den Verluf der Ausgngsspnnung u t bei sinusförmiger Eingngsspnnung u e t sowohl mit ls uch ohne Ldekondenstor C. Welche Funktion ht der Ldekondenstor C? 3. Zeichnen Sie die Schltung einer Brückengleichrichterschltung ohne Ldekondenstor. Stellen Sie schemtisch den Verluf der Ausgngsspnnung u t bei sinusförmiger Eingngsspnnung u e t dr. Welche Vor- und Nchteile hben beide Gleichrichterschltungen? Messufgben: Buen Sie die Einweggleichrichterschltung nch Bild 2.1 uf. Benutzen Sie dzu ls Eingngsspnnungsquelle den Funktionsgenertor. Dieser Genertor ht einen Innenwiderstnd R i 50. Für den Lstwiderstnd R sind die Widerstndsdekden zu nutzen. Stellen Sie m Genertor eine sinusförmige Spnnung mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Amplitude von ˆ e 6 V ein. Stellen Sie die Zeitblenkung so ein, dss zwei Perioden drgestellt werden. Stellen Sie oszillogrfisch die Ein- und Ausgngsspnnungen für folgende Fälle dr: 1. Lstwiderstnd R in den Stufen ohne Ldekondenstor. 2. Lstwiderstnd R in den Stufen mit Ldekondenstor C 47 F. 400, k 400, k 3. Lstwiderstnd R in den Stufen 400, k mit Ldekondenstor C 100 F. 1 und Leerluf R, 1 und Leerluf R 1 und Leerluf R Version 14/09/2016 2

3 Ohne Kondenstor, R 400 Ohne Kondenstor, 1k R Notieren Sie zu jedem Oszillogrmm unbedingt die Ablenkfktoren der x- und y-achse! Ohne Kondenstor, R Version 14/09/2016 3

4 C 47 F, R 400 C 47 F, 1k R Notieren Sie zu jedem Oszillogrmm unbedingt die Ablenkfktoren der x- und y-achse! C 47 F, R Version 14/09/2016 4

5 C 100 F, R 400 C 100 F, 1k R Notieren Sie zu jedem Oszillogrmm unbedingt die Ablenkfktoren der x- und y-achse! C 100 F, R Version 14/09/2016 5

6 2.2 Stbilisierungsschltung mit Z-Diode Schltung: I I R V e e I Z R Bild 2.2: Stbilisierungsschltung mit Z-Diode Vorbereitungsufgben: In diesem Versuch wird eine Z-Diode mit z 4. 7 V (Nennspnnung) und einer mximlen Verlustleistung von 5W verwendet. m thermische Probleme zu umgehen und den Kühlufwnd zu minimieren, drf die Z-Diode im Versuch nur mit einer mximlen Verlustleistung Pmx 720 mw betrieben werden! 1. Zeichnen Sie die Kennlinie einer Z-Diode. Mrkieren Sie dbei die unterschiedlichen Betriebsbereiche und trgen Sie wichtige Prmeter ein. In welchem Bereich wird die Z-Diode bei Stbilisierungsschltungen betrieben? 2. Zeichnen Sie unter Verwendung der Erstzschltung einer Z-Diode ds zu der Schltung in Bild 2.2 zugehörige Groß- und Kleinsignlerstzschltbild. 3. Berechnen Sie für die gegebene Z-Diode ( z 4. 7 V, Pmx 720 mw ) bzw. die gegebene Schltung folgende Werte: - den mximlen Strom I z mx, näherungsweise unter Vernchlässigung von r z. - den minimlen Strom I z min, wenn Iz min 0. 2 Iz mx gilt. - den Vorwiderstnd R V, wenn e 16 V 4 V ist. - den kleinstmöglichen Lstwiderstnd, so dss gerde noch I z min fließt (unter Vernchlässigung von r z ). 4. Leiten Sie us dem Kleinsignlmodell die Gleichung zur Berechnung der Änderung von bei gegebener Änderung der Eingngsspnnung her. Messufgben: Buen Sie die Stbilisierungsschltung nch Bild 2.2 uf. Benutzen Sie dzu ls Eingngsspnnungsquelle ds Lbornetzteil. Für den Lstwiderstnd R sind die Widerstndsdekden zu nutzen. 1. Ermitteln Sie messtechnisch die Kennlinie der Z-Diode im Sperr- und Durchbruchsbereich (ohne Lstwiderstnd) : Messen Sie dzu im Durchbruchsbereich zwei Arbeitspunkte bei I z mx und I z min sowie drei Arbeitspunkte im Sperrbereich (2V, 3V, 4V). Hinweis: Die Ströme im Sperrbereich sind gegenüber den Strömen im Durchbruchsbereich sehr klein! Bestimmen Sie us den Messwerten im Durchbruch den differentiellen Widerstnd r z und die Z-Spnnung z0. e Version 14/09/2016 6

7 z Differentieller Widerstnd: r z Z-Spnnung: z0 Kennlinie einer Z-Diode im Sperr- und Durchbruchsbereich I z 2. Ermitteln Sie messtechnisch die Abhängigkeit der Ausgngsspnnung bei Leerluf, wenn sich die Eingngsspnnung zwischen 12 V und 20 V ändert. Vergleichen Sie die Messwerte mit berechneten Werten. Nutzen Sie dzu ds Großsignlmodell und die ermittelten Werte für r z und z0. Zeichnen Sie die gemessenen und die berechneten Werte ein. Sklieren Sie für diese Aufgbe die Achse für geeignet! Abhängigkeit der Ausgngsspnnung von der Eingngsspnnung bei Leerluf Version 14/09/ e

8 3. Ermitteln Sie messtechnisch die Abhängigkeit der Ausgngsspnnung vom Lstwiderstnd R bei einer Eingngsspnnung von 16 V. Vriieren Sie dzu R zwischen 100 und 1 k in Stufen von 100, sowie bei Leerluf, d.h. R. Sklieren Sie dzu die Achse für geeignet! R : R Abhängigkeit der Ausgngsspnnung vom Lstwiderstnd bei e 16 V 4. Ermitteln Sie messtechnisch die Abhängigkeit der Ausgngsspnnung von der Eingngsspnnung bei einem Lstwiderstnd von R 100. Vriieren Sie dzu die Eingngsspnnung im Bereich von 0 V bis 20 V in Stufen von 2 V. Sklieren Sie dzu die Achse für geeignet! Approximieren Sie die Messkurve durch zwei Gerden und zeichnen Sie diese ein. Interpretieren Sie ds Ergebnis. e Abhängigkeit der Ausgngsspnnung von der Eingngsspnnung bei R 100 Version 14/09/2016 8

9 2.3 Nichtlineres Buelement (Glühlmpe) Schltung: I R i q Bild 2.3: Grundstromkreis mit nichtlinerem Buelement (Glühlmpe) Vorbereitungsufgben: 1. Gegeben ist ein ktiver Zweipol mit einer Leerlufspnnung von L 20 V und einem Innenwiderstnd 100. Zeichnen Sie die Kennlinie dieses Zweipols. R i 2. Gegeben ist die Kennlinie eines nichtlineren Buelementes, beispielsweise einer Glühlmpe. Diese wird mit dem ktiven Zweipol verbunden. Wie ermittelt mn den sich einstellenden Arbeitspunkt? Vernschulichen Sie ds Vorgehen grfisch. Messufgben: 1. Buen Sie us dem Netzteil und einem Widerstnd einen ktiven Zweipol entsprechend Vorbereitungsufgbe 1. uf. Messen Sie dessen Kennlinie (Zwei Messpunkte). 2. Ermitteln Sie messtechnisch die Kennlinie der Glühlmpe (Nennspnnung 18V, Nennstrom 0.1 A). Benutzen Sie dzu ls Spnnungsquelle ds Lbornetzteil. Achten Sie druf, dss die Nennspnnung nicht überschritten wird! 3. Schlten Sie den ktiven Zweipol und die Glühlmpe zusmmen. Ermitteln Sie grfisch den sich einstellenden Arbeitspunkt, I. Prüfen Sie durch Messung diese ermittelten Werte nch. I Grfisch ermittelt: I Meßwerte: I Kennlinien der Glühlmpe, des ktiven Zweipoles und Arbeitspunkt bei Zusmmenschltung Version 14/09/2016 9