Peter Lawall. Thomas Blenk. Praktikum Messtechnik 1. Hochschule Augsburg. Versuch 4: Oszilloskop. Fachbereich: Elektrotechnik.

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1 Hochschule Augsburg Fachbereich: Elektrotechnik Arbeitsgruppe: 8 Praktikum Messtechnik 1 Versuch 4: Oszilloskop Arbeitstag : Einliefertag: Peter Lawall Thomas Blenk (Unterschrift) (Unterschrift)

2 Inhalt 1. Lissajous-Figuren Versuchsaufbau Versuchsdurchfürung Lissajous-Figuren Frequenzverhältnis f 1 = f Frequenzverhältnis f 1 = 3*f Frequenzverhältnis f 1 = 1,5*f Bedeutung von Lissajous-Figuren Bestimmung einer Silizium-Diodenkennlinie Versuchsaufbau Verschsdurchführung Auswertung Gleichrichter als Zeitfunktion Versuchsaufbau Versuchsdurchführung Versuchsauswertung Spitzenwertgleichrichter Spitzenwertgleichrichter mit einer Silizium Diode Versuchsaufbau Versuchsdurchfürung Versuchsauswertung Spitzenwertgleichrichter mit Brückengleichrichter Versuchsaufbau Versuchsdurchführung Auswertung Hysterese Versuchsaufbau Versuchsdurchführung Versuchsauswertung Gerätetoleranzen

3 1. Lissajous-Figuren 1.1. Versuchsaufbau An den y-eingang (vertikal) wurde die Netzfrequenz f 1 = 50Hz über einen Trafo angelegt. An den x-eingang (horizontal) wurde die Frequenz f 2 von einem RC-Generator angelegt Versuchsdurchfürung Es wurden folgende Frequenzverhältnisse bei zwei Phasenlagen (0 ; 90 ) aufgezeichnet. f 1 = f 2 f 1 = 3*f 2 f 1 = 1,5*f 2 2

4 1.3. Lissajous-Figuren Frequenzverhältnis f1 = f2 (Bild 1.1 Phasenverschiebung 0 ) Aufgrund der verzerrten Netzfrequenz bildet die Gerade keine Winkelhalbierende in den Quadranten II und IV. (Bild 1.2 Phasenverschiebung 90 ) Aufgrund der verzerrten Netzfrequenz entsteht kein perfekter Kreis. 3

5 Frequenzverhältnis f1 = 3*f2 (Bild 1.3 Phasenverschiebung 0 ) (Bild 1.4 Phasenverschiebung 90 ) 4

6 Frequenzverhältnis f1 = 1,5*f2 (Bild 1.5 Phasenverschiebung 0 ) (Bild 1.6 Phasenverschiebung 90 ) 5

7 1.4. Bedeutung von Lissajous-Figuren Mit Hilfe der Lissajous-Figuren ist es möglich die Phasenlage und Frequenz eines Signales zu bestimmen, im Verhältnis zu einer bekannten Frequenz. Frequenzverhältnis: f f 1 2 = Anzahl_ y Extrema Anzahl_ x Extrema Phasenlage: b sin ϕ = a (Bild 1.7 Bestimmung der Phasenlage) 6

8 2. Bestimmung einer Silizium-Diodenkennlinie 2.1. Versuchsaufbau (Bild 2.1 Versuchsanordnung) 2.2. Verschsdurchführung An dem x-kanal des Oszilloskops wurde die Spannung an der Diode Gemessen. An dem invertierten y-kanal wurde indirekt der Strom durch die Diode mit Hilfe eines 10Ω Widerstandes gemessen. I Diode = U R R 7

9 2.3. Auswertung (Bild2.2 Diodenkennlinie) Kanalauflösung: x-kanal: 0.1V/Div y-kanal: 0.5A/Div Gemessene Spannung mit Voltcraft VC100 True RMS: U eff = 26V Gemessener Strom mit Fluke 73III: I eff = 1,05A Aus Kennlinie (Bild2.2) folgt der Differentielle Widerstand R d U 0,15V = = = 0, 05Ω I 3A 8

10 3. Gleichrichter als Zeitfunktion 3.1. Versuchsaufbau (Bild 3.1 Versuchsanordung) 3.2. Versuchsdurchführung Am Ch.1 wurde der Spannungsverlauf der Netzspannung gemessen und am Ch.2 der Spannungsverlauf an einem Lastwiederstand. Angelegte Spannung: U 1eff = 10V C 1 = 4µF R 1 = 1kΩ 3.3. Versuchsauswertung (Bild 3.2 Zeit-Spannungs-Verlauf mit Invertiertem Netzspannugsverlauf) 9

11 In Bild 3.2 ist deutlich zu sehen, dass sich der Kondensator auf den Spitzenwert auflädt und sich mit der Zeitkonstanten τ entlädt. τ = R C = 1 kω 4µF = 4ms 4. Spitzenwertgleichrichter 4.1. Spitzenwertgleichrichter mit einer Silizium Diode Versuchsaufbau (Bild4.1 Versuchsanordung) Versuchsdurchfürung Am Ch.1 wurde der Spannungsverlauf der Netzspannung gemessen und am Ch.2 der Spannungsverlauf an einem Lastwiederstand. Angelegte Spannung: U 1eff = 10V 10

12 Versuchsauswertung (Bild4.2 Zeit-Spannungs-Verlauf mit Invertiertem Netzspannugsverlauf) Wenn Zeitkonstante τ die Bedingung τ >> T erfüllt, spricht man von einem Spitzenwertgleichrichter. Die Periodendauer T der Netzspannung beträgt 20ms. Folgende Bauteile erfüllen die Bedinung: C 1 = 4µF R 1 = 20kΩ => τ = 80ms 4.2. Spitzenwertgleichrichter mit Brückengleichrichter Versuchsaufbau Der Aufbau entspricht dem Bild 4.1, Die Diode wurde durch einen Brückengleichrichter ersetzt Versuchsdurchführung Die Angelegte Spannung U 1eff = 10V. Es ist bei diesem Versuchsaufbau nicht möglich die Netzspannung und die gleichgerichtete Spannung gleichzeitig zu messen, da es keine gemeinsame Masse gibt. 11

13 Auswertung (Bild 4.3 Verlauf der Netzspannung) (Bild 4.4 Gleichgerichtete Spannung ohne Kondensator) (Bild 4.5 Gleichgerichtete Spannung mit Kondensator) 12

14 Kanalauflösung: 5V/Div 5ms/Div Wie auf Bild 4.4 zu erkennen ist, wird die untere halbwelle der Netzspannung nach oben geklappt. Dadurch entsteht eine gleichgereichte Spannung mit nur positiven Halbwellen. Die Frequenz der Halbwellen beträgt 2*f netz. Durch Hinzufügen eines parallel geschalteten Kondensators ist es, wie Bild 4.5 zeigt, möglich den Spannungsverlauf zu glätten. 5. Hysterese 5.1. Versuchsaufbau (Bild 5.1 Versuchsanordnung) 5.2. Versuchsdurchführung Berechnung der zu messenden Spannung: U eff 2 = 4, 44 f A N2 B max f = 50Hz, A = 6,1cm², N 2 = 300, B max = 1T U 2eff = 40,3V An dem y-kanal des Oszilloskops wurde die Spannung an dem Kondensator Gemessen. An dem invertierten x-kanal wurde indirekt der Strom durch den Trafo mit Hilfe eines 10Ω Widerstandes gemessen. 13

15 5.3. Versuchsauswertung (Bild 5.2 Hysteresekurve des Prüflings) Kanalauflösung: x-kanal: 20mA/Div y-kanal: 0.25T/Div 6. Gerätetoleranzen Voltcraft VC100 True RMS Gleichstrom: µa ±0,5% +1digit ma ±0,5% +1digit A ±1% +5digits Wechselstrom /-spannung: 40mA ±0,01mA 400mA ±0,1mA 4A ±1mA 40V ±0,5% +3digits 400V ±0,5% +3digits Fluke 73 III Wechselspannung: ±2% +2digits 14