Praktikum Elektrotechnik

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1 Fachhochschule Konstanz Verfahrens- und mwelttechnik - - Praktikum Elektrotechnik Versuch 4 Spannungsteiler und Brückenschaltung (Schaltungstechik und Messtechnik) Christian Mayr, VB

2 - - Einführung In einer eihenschaltung wird die Gesamtspannung in Teilspannungen aufgeteilt, der Strom, mit dem die Einzelwiderstände durchflossen werden ist jedoch immer derselbe. Damit lassen sich mit *I die Teilspannungen in Abhängigkeit des Widerstandes berechnen. Ein Potentiometer ist die technische ealisierung eines Spannungsteiler, dessen Teilerverhältnis durch einen drehbaren Schleifenkontakt in Abhängigleit vom Drehwinkel kontinuierlich verstellt werden kann. Der Schaltungsaufbau eines Potentiometers ist in Abb. dargestellt. Eine Brückenschaltung (s. Abb. ) besteht aus zwei parallel geschalteten Spannungsteilern, zwischen denen die Brückenquerspannung M abgegriffen wird. Ist die Brücke mit M0 abgeglichen, gilt für die Widerstandsverhältnisse die Abgleichbedingung (). Die Herleitung dieser Tatsache ist in ()-(7) erläutert. Abb. : Brückenschaltung () a B + β b B () + M (3) a b

3 - - B B M 0 + β + + β + + β + V (5) (6) (4) β (7) Messaufgaben Für die nachfolgenden Messaufgaben wurde das Potentiometer Nr. verwendet. Die Messung des Widerstands erfolgt mit dem Multimeter Nr. 0, welches auf Widerstandsmessung eingestellt wird.. Kennlinie Der Gesamtwiderstand des Potentiometers zwischen den Anschlüssen rot und schwarz beträgt 5,8 kω. Die gemessenen Teilwiderstände zwischen dem Anschluss grün und schwarz wurden für Drehwinkeln zwischen 0 und 70 gemessen. Aufgetragen stellt sich das Ergebniss in Diagramm dar. Die ansteigende Kurve stellt dabei den Teilwiderstand dar, die Abfallende den Teilwiderstand β, welcher sich aus β ges berechnet. Die Kennlinie beginnt nicht im rsprung, da das reale Bauteil immer einen gewissen Widerstand aufweist. Widerstand [kω] 7,5 5,5 0 7,5 5,5 0 7,5 5, β Drehwinkel Diagramm : Kennlinie des Potentiometers

4 Einstellsicherheit m eine Aussage über die Genaugikeit eines eingestellten Winkels zu erhalten wurde ein Winkel mehrfach verstellt und dann wieder zurück in die Ausgangsposition zurückgedreht. 0 neue Einstellungen für einen Drehwinkel von 75 ergaben in Tab. aufgeführten Ergebnisse (in kω). 7,49 7,83 7,83 8,04 7,8 7,56 7,79 7,90 8,3 7,86 7,7 7,75 7,80 7,77 7,84 7,74 7,88 7,94 7,75 7,90 Tab. : Messungen Einstellsicherheit [kω] Der Mittelwert aus diesen Messungen berechnet sich nach der Formel (8) mit 7,8kΩ. 0 (8) 0 k k Die mittlere Abweichung der 0 -Werte vom Mittelwert beträgt 0, kω; sie berechnet sich nach Formel (9). 0 0 k k (9) Womit sich nach (0) eine relative Abweichung von % ergiebt. 00 % (0)

5 Belastetes Potentiometer In einer Schaltung gemäß Abb. ist die Spannung L für zwei verschiedene Lastwiderstände L00kΩ und L5kΩ jeweils in Abhängigkeit von ihrem Drehwinkel aufzunehmen. Die beiden Spannungsverläufe L und L sind in Abhängigkeit von dem der Potentiometerkennlinie entnommenen in Diagramm aufgetragen. Das langsamere Ansteigen von L gegenüber L ist damit zu begründen, dass L in einer eihenschaltung gemessen wird und L in einer Parallelschaltung. Abb. : Schaltungsaufbau Belastetes Potentiometer Spannung [V] ,5 5 7,5 0,5 5 7,5 0,5 5 7, [kω] Diagramm : Belastetes Potentiometer (L) (L) In Diagramm 3 sind die Leistungen P l / und P L L / L in Abhängigkeit von aufgetragen. Der unterschiedliche Verlauf der beiden Kurven ergab sich durch dir unterschiedlichen Widerstände und L, darüber hinaus war L über den Drehwiderstand konstant und nicht.

6 - 5 - Leistung [mw] 37,5 35 3,5 30 7,5 5,5 0 7,5 5,5 0 7,5 5, Diagramm 3: Leistungen P PL [kω].4 Brückenschaltung Die Brückenquerspannung wurde in Abhängigkeit vom Drehwinkel aufgenommen und den jew. Drehwinkeln wurde der entsprechende Widerstandswert zugeordnet. M ist in Abhängigkkeit von für beide (Messung : kω, Messung : 0kΩ) in Diagramm 4 aufgetragen. 0,00 Brückenquerspannung [V] 7,50 5,00,50 0,00 -,50-5,00-7,50-0,00 Messung Messung -, Widerstand [kω] Diagramm 4: Brückenspannung Für die Messung berechnet sich der Widerstandswert, bei dem die Brückenspannung M 0V ist, nach () mit 4,6kΩ M B ges B ()

7 - 6 - An dieser Stelle beträgt das Verhältnis / β 5, ebenso wie das Verhältnis der beiden Widerstände und. Damit bestätigt sich das Ergebniss aus der Versuchsvorbereitung, wonach bei einer Brückenquerspannung von 0V das Verhältnis der beiden Widerstände gleich ist.