Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik

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1 Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik 1 Versuch GET 1: Vielfachmesser, Kennlinien und Netzwerke Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Informationstechnik Fachgebiet Grundlagen der Elektrotechnik 2 Standort In unseren Laboren im Helmholtzbau H2546, H2547, H2548 und H Ziel und Inhalt Bestimmung von Widerstandswerten durch Strom-Spannungsmessung mit dem Vielfachmesser; Messwertkorrektur; Kennlinienaufnahme; Spannungsstellen mit dem Spannungsteiler (unbelastet und belastet); Anwendung von Knotenspannungsanalyse und Zweipoltheorie; messtechnische Überprüfung der Knotenspannungen, des Ersatzinnenwiderstandes und der Ersatzquellenspannung; Arbeitspunktbestimmung bei nichtlinearer Last 4 Vorausgesetztes Wissen Bestimmung des Messfehlers sowohl bei stromrichtiger als auch bei spannungsrichtiger Messung; Kennlinien passiver Bauelemente; Kennlinien und Kenngrößen linearer realer Quellen; Spannungsteiler- und Stromteilerregel; Kenntnis der Netzwerkberechnungsmethoden; grafische Arbeitspunktbestimmung im Grundstromkreis mit nichtlinearer Last 5 Literatur Vorlesungs- und Übungsunterlagen Allgemeine Elektrotechnik Lehrbuch Seidel/Wagner, Allgemeine Elektrotechnik, nicopy Ilmenau 2009 Versuch GET 1 ( ) Seite 1 von 5

2 6 Vorbereitung 61 Ein ohmscher Widerstand soll durch gleichzeitiges Messen von Strom und Spannung bestimmt werden Geben Sie die Messschaltungen für strom- und spannungsrichtiges Messen an und leiten Sie aus den Messschaltungen die Korrekturgleichungen für ab Der Innenwiderstand des Voltmeters sei iv und der des Amperemeters 62 Die Messung der Klemmenspannung einer linearen realen Quelle mit einem Vielfachmesser ( iv 300 k) ergab 1 7,5 V Durch Parallelschalten eines Widerstandes mit 220 k zu den Klemmen des Spannungsmessers sank die Spannungsanzeige auf 2 5,6 V Wie groß sind die Quellenspannung, der Innenwiderstand und der Kurzschlussstrom der Quelle? Lösen Sie die Aufgabe analytisch und grafisch 63 Der Strom I 4 im gegebenen Netzwerk (Bild 1) ist mit Hilfe der Zweipoltheorie zu berechnen Bilden Sie zunächst einen Ersatzzweipol qers1, ers1 aus den Elementen q1, 1, 3, 5 Geben Sie die Schaltung an und bestimmen Sie die Werte qers1, ers1 Fassen Sie danach qers1, ers1 und zu einem Ersatzzweipol, q2 2 zusammen: geben Sie die Schaltung an und bestimmen Sie die Werte Berechnen Sie im entstandenen Grundstromkreis mit 4 den Strom I 4 ia qers qers,, ers ers 64 Berechnen Sie für das gegebene Netzwerk (Bild 1) die Knotenspannungen mit Hilfe der Knotenspannungsanalyse und daraus alle Zweigströme 10 und Zeichnen Sie die Messschaltungen zu 81 bis 86 Bild 1 q1 q V 15 V Versuch GET 1 ( ) Seite 2 von 5

3 7 Geräte und Baugruppen am Versuchsplatz 1 Netzgerät 030 V, Festspannungen 5V und 15 V (niversal-system MS 9140) 2 Vielfachmesser Z Experimentierbauteil Widerstände/Dioden (EBT 1) 1 Experimentierbauteil Lineare reale Quelle (EBT 2) 1 Experimentierbauteil Potentiometer 100 Ω, 20W (EBT 3) 1 Experimentierbauteil Widerstände (EBT 4) 12 Verbindungskabel Benutzung des Vielfachmessers Z4313 waagerechte Gebrauchslage (s Symbole auf dem Anzeigefenster) Schalten Sie zu Beginn der Messungen immer auf den maximalen Messbereich Stellen Sie den Betriebsartenschalter auf Beachten Sie bei der Messbereichsauswahl, dass Strommesser immer in eihe und Spannungsmesser immer parallel zum Messobjekt zu schalten sind Benutzen Sie die schwarze Skala unterhalb des Spiegels zur Messung der Gleichgrößen Der Minuspol des Gerätes ist mit einem * gekennzeichnet Versuchen Sie, wenn nicht ausdrücklich ein bestimmter Messbereich vorgegeben ist, möglichst immer einen Zeigerausschlag im letzten Skalendrittel zu erzielen Den Messwert erhalten Sie durch Multiplikation des Ablesewertes mit dem Wert des Messbereiches dividiert durch den Skalenendwert Machen Sie sich mit den Tabellen zur Berechnung der Innenwiderstände für die einzelnen Messbereiche auf der Geräterückseite vertraut (Bild 2) Bild 2 Beispiel der Ermittlung des Innenwiderstandes: Beim Messbereich 3mA ist der Spannungsabfall im Gleichstrommodus 018V, damit ist 018 V der Innenwiderstand für diesen Messbereich A 60 3 ma Beim Messbereich 60V ist der Vollausschlagstrom im Gleichstrommodus 50µA, damit 60 V ist der Innenwiderstand für diesen Messbereich V 12 M 50 μa Versuch GET 1 ( ) Seite 3 von 5

4 Benutzung des Netzgerätes am niversalsystem MS 9140: Die variable Gleichspannungsquelle befindet sich an der Frontseite rechts unten ( 0~30V ) Drücken Sie zur Inbetriebnahme zu Versuchsbeginn die POWE-Taste und lassen Sie das Gerät während des ganzen Versuchs immer eingeschaltet Die rote Buchse ist der Pluspol und die schwarze Buchse der Minuspol Das mittlere und das obere Buchsenpaar sind die Festspannungsquellen Messung der Ersatzinnenwiderstände von Teilschaltungen Beachten Sie bei der Messung der Ersatzinnenwiderstände von Teilschaltungen, dass Sie die Spannungsquellen nicht kurzschließen, sondern jeweils durch einen Kurzschluss ersetzen! Das heißt, Sie müssen erst die Quelle von der Schaltung abklemmen und dann die entsprechenden Buchsen der Schaltung mit einem Verbindungskabel überbrücken 8 Aufgabenstellung und Versuchsauswertung 81 Bestimmen Sie den Widerstand 1 mit Hilfe der gleichzeitigen Messung von Strom und Spannung Benutzen Sie die spannungsrichtige Schaltung Stellen Sie für die Messung eine Spannung von 8 V an der variablen Gleichspannungsquelle ein Führen Sie eine Messung in den Messbereichen 15V und 120A und eine zweite Messung in den Messbereichen 60V und 120A Bestimmen Sie für jede Messung den Widerstand 1 direkt aus den Messwerten Vergleichen Sie die Widerstandswerte und korrigieren Sie diese für beide Messungen Ermitteln Sie dazu anhand der Geräteangaben die Innenwiderstände der Messbereiche Diskutieren Sie die Fehlereinflüsse von falsch gewähltem Messbereich und der Messschaltung (siehe 61) 82 Nehmen Sie die -I-Kennlinie des ohmschen Widerstandes k für 0 10 V auf (stromrichtige oder spannungsrichtige Schaltung?) Verwenden Sie die Festspannungsquelle 15V und das Potentiometer zum Einstellen der Spannung Welcher Maximalstrom durch das Potentiometer ist zulässig? Beachten Sie die Angaben zum Potentiometer (siehe 7) 83 Messen Sie am Bauteil "Lineare reale Quelle" (angelegte Spannung 10V von der variablen Spannungsquelle) mit Hilfe der Vielfachmesser Klemmenspannung (15V-Messbereich!) und Klemmenstrom Belasten Sie anschließend die Quelle zusätzlich parallel zum Voltmeter mit einem Widerstand k und messen Sie erneut Ermitteln Sie aus den beiden Messpunkten die lineare -I-Kennlinie der Quelle Ermitteln Sie analytisch und graphisch die Leerlaufspannung, den Innenwiderstand und den Kurzschlussstrom der Quelle nter welcher Bedingung könnte die Quellenspannung direkt gemessen werden? Versuch GET 1 ( ) Seite 4 von 5

5 84 Bauen Sie mit den Spannungsquellen (15 V; 10 V mit regelbarer Quelle einstellen) des niversalsystems und Widerständen (EBT 4) schrittweise das Netzwerk nach Bild 1 auf Messen Sie dabei die unter 63 berechneten Ersatzquellen und Ersatzinnenwiderstände nach Messen Sie die Knotenspannungen 10 und 20 Messen Sie alle Zweigströme Vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den berechneten 85 Nehmen Sie die Kennlinie der eihenschaltung von V 150 und Diode in Durchlassrichtung für 0 I 3 ma auf Welche Messschaltung ist zu verwenden: stromoder spannungsrichtige? Stellen Sie an der variablen Spannungsquelle 2V ein und verwenden Sie sie als Eingangsspannung Verbinden Sie die Katode der Diode über den Widerstand V 150 mit dem Minuspol der Quelle Verwenden Sie das Potentiometer zur egelung der 2V-Eingangsspannung Beginnen Sie die Kennlinienaufnahme bei I 3 ma und verringern Sie den Strom in geeigneten Messschritten bis auf Null max Ermitteln Sie aus der gemessenen Summenkennlinie grafisch durch Kennliniensubtraktion die Diodenkennlinie Diskutieren Sie die Ergebnisse I f Z der Parallelschaltung von Lastwiderstand L 150 und Z-Diode (EBT 1) in Sperrrichtung auf und stellen Sie diese grafisch im dritten Quadranten dar Schalten Sie hierzu einen Vorwiderstand V 100 (Gesamtwiderstand des Potentiometers!) in eihe zur Last und verwenden Sie die regelbare Spannungsquelle Messen Sie nun beginnend beim höchsten zulässigen Maximalstrom Imax 200 ma abwärts! Dazu den Vielfachmesser Z 4313 im 300mA-Meßbereich zur Strommessung bzw im 7,5V-Meßbereich zur Spannungsmessung nutzen 861 Nehmen Sie die Kennlinie 862 Messen Sie in der in 861 verwendeten Schaltung den Arbeitspunkt für q 15 V und vergleichen Sie diesen mit der zu erstellenden graphischen Lösung Versuch GET 1 ( ) Seite 5 von 5