Vervollständigen Sie das Schema mit Stromversorgung und Widerstandsmessgerät!

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1 Übungen Elektronik Versuch 1 Elektronische Bauelemente In diesem Versuch werden die Eigenschaften und das Verhalten nichtlinearer Bauelemente analysiert. Dazu werden die Kennlinien aufgenommen. Für die unterrichtliche Praxis werden wichtige Fertigkeiten im Umgang mit Mess- und Prüfgeräten erworben. Die Auswertung der Messreihen erfolgt mit EXCEL. 1.1 Thermistoren Für diesen Versuch steht ein vorgefertigter Aufbau zur Verfügung: In einen Kunststoffblock sind ein Thermometer, ein Heizwiderstand R (18 Ohm) und ein temperaturabhängiger Widerstand R T (Thermistor) eingegossen. Der Heizwiderstand wird über ein Stromversorgungsteil mit Gleichspannung versorgt und wärmt den Block auf. Die Temperatur wird mit einem Digitalthermometer, der Widerstandswert des Thermistors mit einem Multimeter gemessen. Durch Spannungserhöhung am Heizwiderstand steigt die Heizleistung und damit die Temperatur. Erhöhen Sie die Spannung schrittweise langsam. Die Temperaturverteilung im Kunststoffblock erfolgt dann gleichmäßig und Messungenauigkeiten werden minimiert. Vervollständigen Sie das Schema mit Stromversorgung und Widerstandsmessgerät! ϑ in C R H R T Aufnahme der Messwerte und Auswertung: Der Widerstandswert R T des Thermistors soll in Abhängigkeit von der Temperatur ϑ in Schritten von 5 C aufgenommen werden. Die Werte werden in eine EXCEL- Tabelle eingetragen und als Funktion R T = f(ϑ) graphisch dargestellt. Beginnen Sie mit der niedrigst möglichen Temperatur. ϑ in C R T in Ohm ϑ in C R T in Ohm Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 1

2 1.2 Fotowiderstand In einer schwarze Holzbox ist auf einer Seite eine Glühlampe und gegenüberliegend ein Fotowiderstand angebracht. Die Glühlampe dient der Lichterzeugung. Der Fotowiderstand ist das nicht lineare Bauelement. An die Glühlampe wird ein Stromversorgungsteil angeschlossen, das die regelbare Gleichspannung U (maximal 5 Volt) für diese Lichtquelle liefert. Im Verlauf des Versuchs soll die Beleuchtungsstärke E in einem Bereich von 10 bis 300 lx variiert werden. Die Beleuchtungsstärke wird über ein Luxmeter gemessen, das in die Black-Box eingebaut wird. Vervollständigen Sie das Schema mit Stromversorgung und Widerstandsmessgerät! Ix U B 0 bis 5 V_ R F Aufnahme und Auswertung der Messreihe: Die aufgenommenen Werte werden in eine entsprechende EXCEL- Tabelle übertragen und graphisch als Kennlinie R F = f (E) dargestellt. E in lx R F in kω E in lx R F in kω E in lx R F in kω Transistor Es soll die Abhängigkeit des Kollektor-Emitter-Widerstands und die des Basis-Emitter Widerstandes vom Basisstrom I B ermittelt werden. Die Kollektor-Emitter-Spannung U CE wird auf 2 Volt eingestellt und muss konstant gehalten werden (Parameter). Am Stromversorgungsteil ist für den Basisstrom I B eine Strombegrenzung von 0,1 A und für den Kollektorstrom I C von 2,5 A einzustellen. Vervollständigen Sie das Schema mit zwei Stromversorgungen und den noch fehlenden Messgeräten! Ι C A Ι B A R V U BE V U CE = 2V_ const. Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 2

3 Aufnahme und Auswertung der Messreihe: Die Messreihe soll für Basisströme von 2 bis 24 ma aufgenommen werden. I B in ma U BE in V R e in Ω I C in A U CE in V R a in Ω Stellen Sie die Graphen R e = f(i B ) und R a = f(i B ) in jeweils einem Diagramm dar. Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 3

4 Versuch 2 - Berechnung eines Emitterverstärkers mit stromgesteuerter Spannungsgegenkopplung In diesem Versuch wird ein Emitterverstärker berechnet, aufgebaut und getestet. Dazu müssen die Betriebsparameter des Verstärkers aus dem Kennlinienfeld ermittelt, und die Bauelemente berechnet werden. U.U. muss die Schaltung im Versuchsaufbau korrigiert werden. Berechnung: Transistortyp: BC 338 Vom Versuchsleiter vorgegebene Parameter: Betriebsspannung U B = Max. Kollektorstrom I C = Legen Sie im beiliegenden Kennlinienfeld die Widerstandsgerade fest und ermitteln Sie die Parameter des Arbeitspunktes. Zeichnen Sie die Schaltung eines Wechselspannungsverstärkers: (Koppelkondensatoren 100nF; Emitterkondensator 500 µf) Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 4

5 Berechnung der Widerstände: Widerstand Formel Eingesetzte Werte Ergebnis R A R E R 1 R 2 Aufbau der Schaltung: Wählen Sie aus dem Sortiment die Widerstände aus, die ihren errechneten Werten am nächsten liegen. Bauen Sie die Schaltung ohne Kondensatoren auf und messen Sie die Kollektor Emitterspannung. U CE = Bei Abweichungen korrigieren Sie den Basisspannungsteiler so, dass der Verstärker betriebsbereit wird, d.h. U ce =1/2 UB. Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 5

6 Betrieb als Wechselspannungsverstärker: Ermittlung der Spannungsverstärkung: Ergänzen Sie die Schaltung durch die Kondensatoren. Stellen Sie die Signale mit dem Oszilloskop dar. Geben Sie auf den Eingang ein Testsignal mit der Spannung von Spitze zu Spitze U ss = 100 mv und f = 1kHz. U SS Steuern Sie den Verstärker bis zur Begrenzung aus. Messen Sie die Ein- und Ausgangsspannung und berechnen Sie die Spannungsverstärkung. U e = U a = Verstärkung: Formel: v u = Ergebnis: Frequenzgang des Verstärkers: Ermitteln Sie die untere Grenzfrequenz: Definition der unteren Grenzfrequenz: f gu = Legen Sie bei der Frequenz f = 10 khz einen Vergleichsmaßstab für die Ausgangsspannung von Spitze zu Spitze (U ss ) auf dem Oszilloskop fest. Verkleinern Sie nun die Frequenz bei konstantem Eingangssignal bis der Grenzwert f gu erreicht ist. Ergebnis: f gu = Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 6

7 Versuch 3 Funktion, Struktur und Verhalten von Schmitt-Trigger und Astabilem Multivibrator In diesem Versuch werden ein Schmitt-Trigger und ein Multivibrator teilweise berechnet und analysiert. 3.1 Schmitt-Trigger Versuchsaufbau: Bauen Sie einen Schmitt-Trigger mit folgenden Bauelementen auf. Transistortyp: BC 337 beide Arbeitswiderstände: 1kΩ Emitterwiderstand: 56Ω Betriebsspannung: 10 V Vervollständigen Sie die Schaltung: + R A1 R A2 U A U B =10 V U E R E _ Ermitteln Sie das Schaltverhalten! Einschaltspannung U ee = Ausschaltspannung U ea = Ausgangsspannung L U al = Ausgangsspannung H U ah = Hysteresisspannung U H = U a U ah Tragen Sie die Messwerte in die Transferkennlinie ein. Kennzeichnen Sie in der Transferkennlinie die Schaltvorgänge mit Pfeilen! U al U- U- U e Erhöhen Sie den Emitterwiderstand auf 100Ω und ermitteln Sie das Verhalten erneut. Einschaltspannung U ee = Ausschaltspannung U ea = Ausgangsspannung L U al = Ausgangsspannung H U ah = Hysteresisspannung U H = U a U ah U al U- U- U e Tragen Sie die Messwerte in die Transferkennlinie ein. Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 7

8 Erweitern Sie den Versuchsaufbau zu einem Signalgeber! 50 kω R A1 R A2 R 3 =100kΩ UB = 10 V LDR R E 3.2 Astabiler Multivibrator Bauen Sie einen Astabilen Multivibrator mit folgenden Bauelementen auf: Transistortyp: BC 547 beide Arbeitswiderstände: 1kΩ Betriebsspannung: UB = 10V Vervollständigen Sie die Schaltung: + R A1 R A2 U A U B =10 V _ Berechnen Sie die Bauelemente: Die umrahmten Parameter werden vom Versuchsleiter vorgegeben. Frequenz f = Basiswiderstand R b = Koppelkondensator C k = Formel: Berechnung: Testen Sie die Schaltung: Testen Sie die Funktion der Schaltung mit dem Oszilloskop. Messen Sie f mit dem Frequenzmesser: f gemessen = Verändern Sie die Schaltung als Blinkgeber für den Schulgebrauch: Die Frequenz soll 1 Hz betragen. Berechnen Sie die Bauelemente: Basiswiderstand R b = Koppelkondensator C k = 1µF Formel: Berechnung: Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 8

9 Ersetzen Sie beide Arbeitswiderstände R A = 1KΩ gegen LED s mit Vorwiderstand. Berechnen Sie die Vorwiderstände für folgende LED s: U F = 2 V I F = 20 ma Formel: Berechnung: Tragen Sie alle Rechenwerte in die Skizze ein. Skizzieren Sie die neue Schaltung: Verändern und Testen Sie ihre Schaltung aus dem vorangegangenen Versuch. Literatur: Pütz / Einführung in die Elektronik (Bd 74/22 b) Europa Fachbuchreihe / Fachkunde Informationselektronik (Be b) Horowitz / Hill: Die hohe Schule der Elektronik 1 Institut für Technik und ihre Didaktik Übungen Elektronik SS 2006 Hein/Linder 9