Labor Mess- und Elektrotechnik

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1 Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften Fakultät Elektrotechnik Labor Mess- und Elektrotechnik Laborleiter: Prof. Dr. Prochaska Laborbetreuer: ersuch 5: Elektronenröhre EF 98 Teilnehmer: Matrikel- Nr.: Teilnehmer: Matrikel- Nr.: Teilnehmer: Matrikel- Nr.: Datum Durchführung Gruppen- Kennzeichen Durchführung Bericht Gesamtnote Der Laborbericht soll auch bzgl. formaler Mängel durchgesehen und bewertet werden: ja nein 1 Theorie In diesem Kapitel soll kurz auf den Aufbau und die Funktionsweise von Elektronenröhren am Beispiel der Elektronenröhre EF 98 eingegangen werden. 1.1 Aufbau der Elektronenröhre EF 98 In Bild 1.1 wird der Aufbau der Elektronenröhre EF 98 in schematischer Weise dargestellt. Aufbau: Die Röhre EF98 besitzt fünf Elektroden. Aus diesem Grund gehört die EF 98 zur Gruppe der Pentoden. Der Begriff Pentode leitet sich aus dem griechischen Zahlwort Penta ab, welches für die Zahl 5 steht. Die Anschlusskontakte der Röhrenheizung stellen keine Elektroden in diesem Sinne dar. Bezeichnungen für die einzelnen Elektroden: a : Anode g3 : Bremsgitter g2 : Schutzgitter g1 : Steuergitter k : Kathode f : Heizung Bild 1.1 : Symbolbild einer Pentode mit Elektrodenbezeichnungen Funktionsweise: Die Kathode (k) der EF 98 wird durch einen gesonderten und elektrisch von der Kathode isolierten Heizstromkreis (f) erhitzt. Als Kathode wird immer die Elektrode eines Systems 1

2 bezeichnet, welche dem System Elektronen zuführt. Daher muss immer der Minuspol der Gleichspannungsquelle an der Kathode angeschlossen werden. Der Pluspol der Gleichspannungsquelle wird mit der Anode verbunden. Hinweis: Die Elektronen treten aus dem Minuspol der Gleichspannungsquelle aus. Nach dem Durchqueren des äußeren erbrauchers treten die Elektronen wieder in den Pluspol der Gleichspannungsquelle ein. Diese Betrachtungsweise der Stromrichtung (Strömungsrichtung von Elektronen in Metallen) nennt man physikalische Stromrichtung. Damit Elektronen einen metallischen Leiter verlassen können müssen Sie eine gewisse Austrittsarbeit leisten. Bei einem kalten metallischen Leiter ist die Austrittsarbeit der Elektronen für das erlassen des Leiters im Allgemeinen zu hoch. Man kann den Elektronen den Austritt aus dem metallischen Leiter durch Erhitzen des Leiters erleichtern. Dadurch reduziert man die noch notwendige Austrittsarbeit der Elektronen durch Zuführung von thermischer Energie. Je höher die Kathodentemperatur ist, desto leichter können die Elektronen die Kathode verlassen. Die ausgetretenen Elektronen bilden eine Raumladungswolke um die Kathode herum. Hebt man nun die Anode in Bezug auf die Kathode auf ein positives Potential an, so bildet sich in der Röhre ein elektrisches Feld zwischen der Anode und der Kathode aus. Dieses elektrische Feld zieht die Elektronen der Raumladungswolke in Richtung der Anode, da Elektronen in einem elektrischen Feld immer zum positiveren Pol gezogen werden. 1.2 Die Elektronenröhre wird steuerbar Durch das Einbringen eines Steuergitters g 1 gemäß Bild 1.1 wird die Elektronenröhre steuerbar. Das Steuergitter erhält eine in Bezug auf die Kathode negative (!) Spannung. Damit wird nun die erteilung des elektrischen Feldes in der Röhre beeinflusst. Ist die negative Spannung U g1 am Gitter g 1 negativ genug, dann werden die Elektronen zwischen der Kathode und dem Gitter g 1 vom Feld der Anode abgeschirmt. Der Elektronenstrom kommt zum Erliegen. Wird die Spannung U g1 nun wieder weniger negativ, so werden wieder einige Elektronen zwischen der Kathode und dem Gitter g 1 vom elektrischen Feld der Anode erfasst. Es beginnt ein Elektronenstrom zu fließen. Je weniger negativ die Spannung U g1 am Gitter g 1 ist, desto größer wird der Anodenstrom I a. Eine gegenüber der Kathode positive Spannung U g1 ist nicht zulässig! Es handelt sich hierbei um eine leistungslose Steuerung, da über das Gitter g 1 fast kein Strom fließt. 1.3: Der Anodenstrom soll von einer Änderung der Anodenspannung unabhängiger werden In einem geschlossenen Stromkreis können sich die an den einzelnen Bauelementen anliegenden Spannungen ändern. So kann sich auch die zwischen der Anode und der Kathode anliegende Spannung während des Betriebs einer Röhre in einer Schaltung (z.b. erstärkerschaltung) ändern. Die Änderung der Anodenspannung U a hat ebenfalls Einfluss auf den Betriebszustand der Elektronenröhre. Eine Änderung der Anodenspannung U a beeinflusst das elektrische Feld in der Röhre und damit letztendlich auch den Elektronenstrom (Anodenstrom). Gewünscht ist aber eine Anodenstromsteuerung nur durch die negative Spannung des Gitters g 1. Um diese Beeinflussung des Betriebszustandes der Röhre zu reduzieren wird gemäß Bild 1.1 ein Gitter g 2 in die Röhre eingebracht. An das Schutzgitter g 2 wird eine gegenüber der Kathode positive Spannung U g2 angelegt. Das Gitter g 2 dominiert nun die erteilung des elektrischen Feldes zwischen Kathode und Gitter g 2. Durch die konstante Spannung U g2 an Gitter g 2 wird nun das Feld zwischen Kathode und Gitter g 2 stabilisiert. Damit wird eine Beeinflussung durch die weiter entfernte Anode reduziert. Die Elektronen zwischen der Kathode und dem Gitter g 2 werden nun hauptsächlich durch das Gitter g 2 in Richtung der Anode beschleunigt. Die Pentoden- Kennlinien auf Blatt 8 des Datenblattes [1] zeigen eine deutliche Abflachung im oberen Spannungsbereich U a. Bei einer reinen Änderung der Anodenspannung ändert sich der Anodenstrom nur geringfügig. Das Schutzgitters g 2 begrenzt im oberen Spannungsbereich von U a die Raumladung, welche zur Anode gelangen kann. ergleichen Sie den prinzipiellen Kennlinienverlauf einer Pentode mit der Kennlinie einer Triode. 2

3 Die auf das Gitter g 2 anfliegenden Elektronen werden nur in sehr geringer (unwesentlicher) Anzahl vom positiven Gitter g 2 aufgesogen. Dies liegt zum einen an der hohen Geschwindigkeit der Elektronen, wenn sie das Gitter g 2 passieren. Die meisten Elektronen schießen einfach auf Grund ihrer hohen Geschwindigkeit durch das Gitter g 2 hindurch. Zum anderen ist das Gitter g 2 so konstruiert, dass die Elektronen nur in möglichst geringer Zahl am Gitter hängen bleiben können. 1.4 Die Röhre soll auch bei kleinen Betriebsspannungen ohne erzerrungen arbeiten Das Bremsgitter wird einfach mit der Kathode verbunden. Damit übt das Bremsgitter auf das anfliegende Elektron eigentlich eine abstoßende Kraft aus. Aber: Auch hier ist die Geschwindigkeit des Elektrons so hoch, dass es das Bremsgitter g 3 fast unbeeinflusst durchfliegt und mit voller Wucht in die Anode einschlägt. Der Einschlag des Elektrons auf der Anode kann dabei so heftig sein, dass ein anderes Elektron wieder aus der Anode herausgeschlagen wird. Dieses Elektron vagabundiert aber sehr langsam von der Anode weg. Diese Elektronen werden vom Bremsgitter gestoppt, um dann wieder von der Anode angezogen und aufgesogen zu werden. Ohne Bremsgitter könnten die herausgeschlagenen Elektronen zum Schirmgitter zurückfliegen. Dies würde den Anodenstrom verringern und zu erzerrungen führen. 2 Die Aufnahme der Kennlinien I a = f(u a) mit konstantem U g1, U g2, U g3 2.1: Informieren Sie sich über den Aufbau und die Funktionsweise einer Pentode. Legen Sie Ihr Augenmerk dabei zunächst auf den Zweck der Röhrenheizung. Informieren Sie sich über die Auswirkung der Heizspannung auf den Anodenstrom. a) Welche Spannungshöhe ist laut Datenblatt [1] an die Kontakte f f der Heizung anzulegen? b) Muss die Spannungshöhe an den Heizkontakten während des ersuchs konstant gehalten werden? Begründen Sie die Antwort. c) Was würden Sie erwarten, wenn Sie den Minuspol der Gleichspannungsquelle an der Anode und den Pluspol der Gleichspannungsquelle an der Kathode anschließen? Begründen Sie die Antwort. 2.2: Recherchieren Sie nun den Aufbau und den Zweck des Steuergitters einer Pentode. Achten Sie bei Ihrer Recherche besonders auf das vorgeschriebene orzeichen der Spannung an Gitter g1 gegen Kathode. a) Wie ändert sich I a bei einer Spannungsschwankung im Bereich von U g1 = -0,4 bis U g1 = -0,8, wenn U a = 10 angenommen wird? Ziehen Sie für Ihre Ablesung das Diagramm I a = f(u a) auf Blatt 8 (mit U g2 = 3,2, U g3 = 0) des Datenblattes [1] heran. b) Was ist hinsichtlich des Gitterstromes I g1 zu beachten? c) Welches orzeichen muss die von Gitter g1 (olt- Buchse) nach Kathode k (COM- Buchse) gemessene Spannung immer besitzen? D2.1: Bauen Sie nun nach Bild 2.1 mittels des Steckbrettes (97-XX) die Schaltung auf. Lassen Sie zunächst alle Netzteile ausgeschaltet! Bauen Sie den Heizstromkreis (rote Leitungen) gemäß Bild 2.1 auf und schließen Sie ihn an das linke Buchsenpaar (DC- Output) des Netzteils (29-XX) an. Drehen Sie den Drehknopf (7) des Netzteils (29-XX) auf die Position 0. Stellen Sie den Schalter Smoothing auf off. Stellen Sie beim analogen Multimeter (11-XX) den Gleichspannungsmessbereich ein. Bauen Sie nun die Stromkreise nach Bild 2.1 auf, welche an das Netzteil (25-XX) angeschlossen sind. 3

4 ergewissern Sie sich, dass der Drehknopf (7) des Netzteils (29-XX) auf der Position 0 (Linksanschlag) steht. ergewissern Sie sich, dass die Drehknöpfe (oltage) 1, 3 und 5 des Netzteils (25-XX) auf Linksanschlag stehen. Die Drehknöpfe (Current) 2, 4 und 6 müssen auf Rechtsanschlag stehen. Sie dürfen die Schaltung erst nach Abnahme durch das Laborpersonal in Betrieb nehmen! Handzeichen des Laborpersonals: U a U g1 U g2 U f 25 - XX 29 - XX COM (2-XX) (3-XX) A (4-XX) U f = 6,3 (11-XX) (1-XX) 97- XX Bild 2.1: Messschaltung zur Aufnahme von Kennlinien 4

5 NACH ABNAHME DER SCHALTUNG DURCH DAS LABORPERSONAL: 1. Schalten Sie nun das Netzteil (29-XX) mittels des Schalters Power auf on. 2. Drehen Sie langsam am Drehknopf (7) des Netzteils (29-XX) bis das Multimeter (11-XX) die Gleichspannung 6,3 anzeigt. Regeln Sie die Spannung den ganzen ersuch über nach! 3. Stellen Sie die restlichen digitalen Multimeter in den richtigen Messbereich. Die digitalen Multimeter (1-XX) bis (3-XX) stellen Sie den Gleichspannungsmessbereich ein. Das digitale Multimeter (4-XX) wird auf den Messbereich ma (DC) eingestellt. 4. Schalten Sie nun das Netzteil (25-XX) mittels der roten Power Taste ein und betätigen Sie die Taste Output. Damit ergibt sich folgende Zuordnung der Spannungen und Ströme zu den Messgeräten: U f 11-XX U a 1- XX I a 4- XX U g1 2- XX U g2 3- XX Aufnahme von Messpunkten zur Kennlinienaufnahme 1. Drehen Sie nun vorsichtig am Drehknopf (3) des Netzteils (25-XX) bis das Multimeter (2-XX) den Spannungswert 0,2 anzeigt. Achten Sie darauf, dass dabei die Stromanzeige (AMP.) der mittleren Spannungsquelle auf null bleibt! 2. Drehen Sie nun vorsichtig am Drehknopf (5) des Netzteils (25-XX) bis das Multimeter (3-XX) den Spannungswert + 3,2 anzeigt. Achten Sie darauf, dass dabei die Stromanzeige (AMP.) der rechten Spannungsquelle nicht über 0,01A steigt. 3. Durch vorsichtiges Drehen am Drehknopf (1) ändern Sie nun die Anodenspannung U a. Die eingestellte Anodenspannung zeigt das Multimeter (1-XX) an. Den sich dabei einstellenden Anodenstrom I a lesen Sie am Multimeter (4-XX) ab. Achten Sie darauf, dass dabei die Stromanzeige (AMP.) der linken Spannungsquelle nicht über 0,04A steigt. Füllen Sie nun die folgende Tabelle aus: Tabelle 2.1: I a = f(u a) mit U g1 = - 0,2, U g2 = + 3,2 und U g3 = 0 U a/ 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 7,00 12,00 I a/ma Stellen Sie nun über den Drehknopf (3) U g1= - 0,4 ein. Stellen Sie jeweils U a ein. Füllen Sie nun die folgende Tabelle aus: Tabelle 2.2: I a = f(u a) mit U g1 = - 0,4, U g2 = + 3,2 und U g3 = 0 U a/ 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 7,00 12,00 I a/ma 5

6 Stellen Sie nun über den Drehknopf (3) U g1= - 0,6 ein. Stellen Sie jeweils U a ein. Füllen Sie nun die folgende Tabelle aus: Tabelle 2.3: I a = f(u a) mit U g1 = - 0,6, U g2 = + 3,2 und U g3 = 0 U a/ 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 7,00 12,00 I a/ma Stellen Sie nun über den Drehknopf (3) U g1= - 0,8 ein. Stellen Sie jeweils U a ein. Füllen Sie nun die folgende Tabelle aus: Tabelle 2.4: I a = f(u a) mit U g1 = - 0,8, U g2 = + 3,2 und U g3 = 0 U a/ 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 7,00 12,00 I a/ma Stellen Sie nun über den Drehknopf (3) U g1= - 1,0 ein. Stellen Sie jeweils U a ein. Füllen Sie nun die folgende Tabelle aus: Tabelle 2.5: I a = f(u a) mit U g1 = - 1,0, U g2 = + 3,2 und U g3 = 0 U a/ 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 7,00 12,00 I a/ma 6

7 A2.1: Zeichnen Sie mittels Ihrer Werte aus den Tabellen 2.1 bis 2.5 das Bild 2.2. Bild 2.2: Pentoden- Kennlinie I a = f(u a) der EF 98 mit U g2 =, U g3 = Auf den Unterschied von Gleichstrom- und Wechselstromwiderstand muss man bei jeder gekrümmten Kennlinie achten. So hat zum Beispiel auch ein Gleichrichter (ersuch 2) sowohl einen Gleichstromwiderstand als auch einen davon abweichenden Wechselstromwiderstand. Diesen Wechselstromwiderstand nennt man meistens den differentiellen oder dynamischen Widerstand. Bild 2.3 zeigt die Zusammenhänge. Dabei gilt: Wechselstromwiderstand tan= = (2.1) Gleichstromwiderstand tan= = (2.2) 7

8 Dass Gleichstrom- und Wechselstromwiderstand im Allgemeinen verschieden groß sind, zeigt die gekrümmte Kennlinie in Bild 2.3 und die für die beiden Widerstände maßgeblichen Dreiecke 0AB und ACD. I a h α C I a A β U a D g I a_ 0 U a_ B U a Bild 2.3: Bestimmung von Gleich- und Wechselstromwiderstand für den Punkt A Definition des Röhrenkennwertes Innenwiderstand = (2.3) A2.2: Beantworten Sie die folgenden Fragen a) Für welche Funktionsvorschrift I a = f(u a) sind Gleich- und Wechselstromwiderstand in allen Punkten der Kurve identisch? b) Berechnen Sie jeweils den Gleich- und Wechselstromwiderstand für einen bestimmten Punkt einer Kurve Ihrer Wahl aus dem Bild 2.2 auf Seite 7. c) Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Neigungswinkel der Widerstandsgeraden g mit der Abszisse und dem durch die Widerstandsgerade repräsentierten Widerstandswert? 8

9 3 Eine Röhrenverstärkerschaltung vom Typ Eintakt Betriebsart A Die Elektronenröhre EF 98 kann vereinfacht als ein stufenlos steuerbarer Widerstand dargestellt werden. Dabei wird hier zunächst angenommen, dass U a konstant gehalten wird. Die Steuerung des Widerstandes erfolgt dann über die an das Gitter g1 angelegte Spannung U g1. Je negativer die Spannung am Gitter g1 gegenüber der Kathode ist, desto höher ist der Gleichstromwiderstand der Röhre. a I a U g1 < 0 k U a = 6,3 mit U g2 = 3,2, U g3 = 0 Bild 3.1: Stark vereinfachte Darstellung einer Röhre als steuerbarer Widerstand 3.1: Berechnen Sie mittels des Diagramms in Bild 3.2 den Gleichstromwiderstand (!) der Röhre für den Fall, dass U g1 = - 0,6 und U a = 6,3 betrage. Zeichnen Sie die Widerstandsgerade des Gleichstromwiderstandes für diesen Punkt ein. Nennen Sie eine weitere Kombination aus U g1 und U a, welche gemäß den Kennlinien denselben Gleichstromwiderstand der Röhre zur Folge hat. Bild 3.2: Anodenstrom in Abhängigkeit der Anodenspannung Können Sie den auf Seite 2 des Datenblattes [1] angegebenen Wert für R i = 100 kω mittels der Kennlinien (halbwegs) bestätigen? 9

10 Im nächsten Schritt wird nun ein rein ohmscher Widerstand R a in Reihe geschaltet. Dadurch ergibt sich die in Bild 3.3 dargestellte Anordnung. I a R a U Ra a U B U a U g1 < 0 k Bild 3.3: Stark vereinfachte Röhre mit Arbeitswiderstand R a Es entsteht ein einfacher Spannungsteiler. Dabei ist zu beachten, dass sich der Widerstand der Röhre durch eine ariation der angelegten Spannung U g1 ändert. Dies hat Einfluss auf die Aufteilung der Batteriespannung auf die beiden Bauelemente. Steigt zum Beispiel die Spannung an der Röhre sinkt die Spannung am Widerstand R a. Es gilt zu jedem Zeitpunkt Gleichung 3.1. Folgende Illustration soll die Zusammenhänge verdeutlichen. U u Ra u a u B u g1 u Ra U g1 t t Bild 3.4: Wirkungsweise der Schaltung in Bild

11 Wenn nun zum Beispiel u g1 = 0,2 und u Ra = 2 ist, dann ergibt sich eine erstärkung mit Faktor v = 10. Aus Bild 3.3 ergibt sich mittels des Maschensatzes: +! =! " (3.1) Gleichung 3.1 umgestellt nach I a : = $! + % $ (3.2) Gleichung 3.2 stellt eine Geradengleichung mit negativer Steigung dar. Sie schneidet die Ordinate im positiven Bereich. Sie stellt die möglichen U a / I a Kombinationen dar, welche mit dem verwendeten Widerstand R a und der Spannungsquelle U B möglich sind. Die Gleichung 3.2 nennt man Arbeitsgerade. Zur Konstruktion der Arbeitsgeraden ist es hilfreich zwei theoretische Betrachtungen durchzuführen: 1. Röhre ist vollkommen leitend (unmöglich!)! =0 ', = % $ ) (0, % $ ) 2. Röhre sperrt vollkommen (unrealistisch!)! =! ", =0 +, ) - (! ", 0) Jede Kurve des Datenblattes in Bild 3.2 stellt für sich eine Funktion im Sinne der Mathematik dar. Die Arbeitsgerade wird durch die Funktionsgleichung 3.2 dargestellt. Die Funktion der Arbeitsgeraden und die Funktion einer Kurve stellen somit ein Gleichungssystem mit zwei Gleichungen und einer Unbekannten (U a) dar. Mathematisch kann man solche Gleichungssysteme lösen, indem man die Gleichungen gleichsetzt. Es handelt sich um eine Reihenschaltung. Der Strom I a in der Röhre (Gitterströme werden vernachlässigt) und der Strom durch den Widerstand R a ist identisch. Die graphische Lösung besteht in der Suche nach dem Schnittpunkt der beiden Funktionsgraphen. Der Schnittpunkt der Arbeitsgeraden mit einer Kurve des Datenblattes gibt somit die sich einstellende Spannung an der Röhre U a und den sich einstellenden Strom I a an. 11

12 3.2: Zeichnen Sie nun die Arbeitsgerade in Bild 3.5 für den Fall ein, dass R a = 5,6 kω und U B = 12 sei. Welche Spannung U a und welche Spannung U Ra stellen sich ein, wenn U g1 = -0,6 angenommen wird? Wie groß ist I a dabei? Wo kann man die einzelnen Größen im Diagramm ablesen? Sie dürfen auch ein großes Diagramm aus dem Datenblatt[1] verwenden. Bild 3.5: Diagramm mit Arbeitsgeraden a) Welchen Wert nehmen jeweils U a, U Ra und I a an, wenn U g1 = -0,4 beträgt? Welchen Wert nehmen jeweils U a, U Ra und I a an, wenn U g1 = -0,8 beträgt? b) Wie groß ist das erhältnis von Änderung U Ra zu Änderung U g1, wenn sich die Spannung U g1 von -0,6 auf -0,8 ändert? c) Welchen Gleichstromwiderstand besitzt die Röhre jeweils in den drei Punkten? Zeichnen Sie die drei Widerstandsgeraden in Bild 3.5 ein. 12

13 D3.1: Fügen Sie nun in den Anodenstromkreis mittels der Widerstandslastdekade (30-XX) einen Arbeitswiderstand R a = 5,6 kω ein. Messen Sie diesen Widerstand aus. erfahren Sie wie in Bild 3.6 gezeigt. Schließen Sie an R a ein Handoszilloskop an. Achten Sie dabei auf die richtige Polarität. Sie können auch alternativ bei der Laboraufsicht nach einem weiteren Messgerät fragen. U B U g1 U g2 U f 25 - XX 29 - XX COM (2-XX) (3-XX) (30-XX) A (4-XX) R a U f = 6,3 (11-XX) (1-XX) 97- XX Bild 3.6: Schaltungsaufbau mit Arbeitswiderstand Stellen Sie nun U B = 12 und U g2 = 3,2 ein. Kontrollieren Sie die Heizspannung. ariieren Sie U g1 gemäß den Angaben in der Tabelle 3.1. Füllen Sie die folgende Tabelle aus: Tabelle 3.1: Röhre mit Arbeitswiderstand U g1 / U Ra / I a / ma -0,4-0,6-0,8 13

14 A3.1: ergleichen Sie die gemessenen Werte mit den mittels Bild 3.5 theoretisch gewonnen Werten für U Ra und I a. Zeichen Sie auch in Bild 2.2 auf Seite 7 die Arbeitsgerade ein. Beurteilen Sie auch hier für jeden in der Tabelle 3.1 aufgeführten Spannungswert U g1 die Übereinstimmung der einzelnen Werte für U Ra und I a. D3.2: Bauen Sie nun die Schaltung gemäß Bild 3.7 auf. Schließen Sie am Widerstand R a ein Handoszilloskop an. Achten Sie dabei auf die richtige Polarität. U B U g2 U f 25 - XX 29 - XX (3-XX) A R a (30-XX) U f = 6,3 (4-XX) (11-XX) (1-XX) 97- XX COM U g1 (2-XX) Amplitude Gleichanteil Signalquelle Bild 3.7: Schaltung mit Arbeitswiderstand und Signalquelle 14

15 Befolgen Sie die folgenden Schritte bitte in exakt dieser Reihenfolge. 1. Schalten Sie das Digitalmessgerät (2-XX) in den Wechselspannungsmessbereich. 2. Drehen Sie die Drehknöpfe der Signalquelle ungefähr in die mittlere Position. 3. Schalten Sie nun über den Kippschalter die Signalquelle ein. Die rote LED leuchtet jetzt. Hinweis: Die Signalquelle liefert ein Rechtecksignal mit variabler Amplitude und variablem Gleichanteil. 4. Stellen Sie nun über den Drehknopf Amplitude den Wert 0,2 ein. 5. Schalten Sie nun das Messgerät in den Gleichspannungsmessbereich um. 6. Stellen Sie nun über den Drehknopf Gleichanteil den Wert -0,6 ein. Hinweis: Bei der Signalquelle muss schaltungsbedingt immer zuerst die Amplitude eingestellt werden. Erst danach kann der Gleichanteil eingestellt werden, da die Amplitude den Gleichanteil beeinflusst. Bei einer eränderung der Amplitude muss auch der Gleichanteil neu eingestellt werden. Stellen Sie U B = 12 und U g2 = 3,2 ein. Kontrollieren Sie die Heizspannung. Zeichnen Sie den für die Spannung U Ra angezeigten Kurvenverlauf in Abhängigkeit der Zeit in das Diagramm des Bildes 3.8 ein. Kennzeichnen Sie dabei die Nulllinie des Signals. Geben Sie auch die Einstellungen / Div und Time/ Div an. Haben Sie für das Signal AC oder DC- Ankopplung gewählt? Warum? Bild 3.8: Spannungsverlauf über R a 15

16 Schließen Sie nun das Oszilloskop (35-XX) an die Signalquelle an. Zeichnen Sie den für die Spannung U g1 angezeigten Kurvenverlauf in Abhängigkeit der Zeit in das Diagramm des Bildes 3.9 ein. Kennzeichnen Sie dabei die Nulllinie des Signals. Geben Sie auch die Einstellungen / Div und Time/ Div an. Haben Sie für das Signal AC oder DC- Ankopplung gewählt? Warum? Bild 3.9: Spannungsverlauf der Signalquelle A3.2: Beantworten Sie die folgenden Fragen. a) Welchen Wert hat der Gleichanteil der Spannung U Ra in Bild 3.8? Welchen Wert hat der Wechselanteil der Spannung U Ra in Bild 3.8? Begründen Sie, ob die einzelnen Werte plausibel sind. b) Wie groß ist die Leistung P Ra des Wechselanteils der Spannung U Ra am Widerstand R a? c) Welchen Wert hat der Gleichanteil der Spannung U g1 in Bild 3.9? Welchen Wert hat der Wechselanteil der Spannung U g1 in Bild 3.9? Begründen Sie, ob die einzelnen Werte plausibel sind. d) Welcher erstärkungsfaktor v ergibt sich? Stimmt der festgestellte erstärkungsfaktor v mit dem theoretischen Wert für v überein? e) Wurde das Signal bei der erstärkung verzerrt? 4 Literatur [1] Philips Electronic Tube Handbook Hörstel- Riesenbeck: AK Modul- Bus Computer GmbH URL Datum des Abrufs: [2] Dr. -Ing. SCHRÖDER, HEINRICH: Elektrische Nachrichtentechnik, II. Band Berlin: erlag für Radio- Foto- Kinotechnik GmbH, 1963 [3] Dr. BARKHAUSEN, H. :Lehrbuch der Elektronen- Röhren und ihrer technischen Anwendungen, 2. Band, Leipzig: erlag S. Hirzel,