Elektrische Nachrichtentechnik Grundlagen der Elektrotechnik Versuch M-2 im Fachbereich Technik an der HS Emden-Leer

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1 1. Versuchsanleitung Ziel des Versuchs M-2 ist die Vertiefung und praktische Anwendung der Kenntnisse Äber Spannungs- und Stromaufteilung in Widerstandsnetzwerken, die in der Vorlesung vermittelt wurden. Der Versuch geht auf die praktische Umsetzung von theoretisch bekannten ZusammenhÉngen und die messtechnische Kontrolle ein. Dabei soll der Einfluss von Messfehlern ermittelt werden und das AbschÉtzen ihrer GrÑÖenordnung soll geäbt werden. Eine spezielle Anwendung ist der zum Einstellen eines Pegels. Voraussetzungen Als theoretische Grundlage fär die DurchfÄhrung dieses Versuchs ist die zugehñrige Vorlesung, Kapitel 2, aus dem zweiten Studiensemester und die Vorlesung Hardware-Grundlagen aus dem ersten Studiensemester notwendig und hinreichend. WeiterfÄhrende Literatur ist z.b. - R. Pregla, Grundlagen der Elektrotechnik, Teil 1 - R. Paul, Elektrotechnik und Elektronik fär Informatiker, Band 1 - BÑhmer/Ehrhardt/Oberschelp, Elemente der angewandten Elektronik Kenntnisse aus anderen FÉchern der ersten beiden Studiensemester, speziell Mathematik 1 und 2, werden ebenfalls vorausgesetzt. Seite 1 von 8

2 2. Aufgaben zur Vorbereitung Die folgenden Aufgaben sind vor dem Labortermin zu bearbeiten. Die Ergebnisse sollen zum Labortermin mitgebracht werden. 2.1 Unbelasteter R P : Gesamtwiderstand des Potentiometers R x : variabler unterer Teilwiderstand des Potentiometers Geben Sie eine Funktion fär das SpannungsverhÉltnis U T /U 0 in AnhÉngigkeit von dem WiderstandsverhÉltnis R x /R P an: (U T /U 0 ) = f(r x /R P ) Stellen Sie die Funktion graphisch dar. Welche Art von Kurve liegt vor? 2.2 Belasteter R P : Gesamtwiderstand des Potentiometers R x : variabler unterer Teilwiderstand des Potentiometers R L : Lastwiderstand Geben Sie eine Funktion fär das SpannungsverhÉltnis U T /U 0 in AnhÉngigkeit von dem WiderstandsverhÉltnis R x /R P an: (U T /U 0 ) = f(r x /R P ) Stellen Sie die Funktion fär R L =R P graphisch dar. Welche Art von Kurve liegt vor? Beschreiben Sie den Verlauf. Seite 2 von 8

3 3. Arbeitsblatt fär die praktischen Versuchsanteile im Labor Dieses Arbeitsblatt dient als Aufgabenstellung und als Messprotokoll, in dem alle Messergebnisse festgehalten werden. Es muss der Ausarbeitung beigefägt werden. Die Messergebnisse parallel elektronisch festzuhalten, ist erlaubt, genägt aber nicht in OriginalgrÄÅe ausdrucken und ins Labor mitnehmen Spannungsaufteilung und Stromaufteilung Zu benutzen ist eine Zusammenschaltung von zwei unbekannten WiderstÉnden, die mit Hilfe von Anschlussklemmen verbunden werden, siehe Bild 3.1: Bild 3.1 Experimentierschaltung Spannungsaufteilung in der Serienschaltung von WiderstÅnden SchlieÖen Sie die Experimentierschaltung an eine Spannungsquelle (Labornetzteil mit fester Spannung 12 V) an: Messen Sie mit einem digitalen Multimeter : die Gesamtspannung U ges = U ac, die Teilspannungen U ab und U bc, den Gesamtwiderstand R ges = R ac, die TeilwiderstÉnde R ab und R bc U ges U ab U bc R ges R ab R bc Seite 3 von 8

4 Berechnen Sie aus den Messwerten die SpannungsverhÉltnisse und die WiderstandsverhÉltnisse in folgender Tabelle: U ab / U ges U bc / U ges U ab / U bc R ab / R ges R bc / R ges R ab / R bc Fragen: Welche Spannungs- und WiderstandsverhÉltnisse entsprechen sich und mässten gleich sein? Welche relativen Abweichungen (in %) treten zwischen VerhÉltnissen auf, die eigentlich gleich sein mässten? Welche Ursachen kñnnen die Abweichungen haben? Stromaufteilung in der Parallelschaltung Messen Sie mit einem digitalen Multimeter : den Gesamtstrom I ges, die TeilstrÑme I a und I c. I ges I a I c Die WiderstÉnde R1 und R2 sind die selben wie in Berechnen Sie aus den Messwerten die StromverhÉltnisse und die LeitwertverhÉltnisse in folgender Tabelle: I a / I ges I c / I ges I a / I c G ab / G ges G bc / G ges G ab / G bc Fragen: Welche Strom- und LeitwertverhÉltnisse entsprechen sich und mässten gleich sein? Seite 4 von 8

5 Welche relativen Abweichungen (in %) treten zwischen VerhÉltnissen auf, die eigentlich gleich sein mässten? Welche Ursachen kñnnen die Abweichungen haben? 3.2 mit Potentiometer Unbelasteter Unbelasteter bedeutet, dass an den keine Last (d.h. gar kein Verbraucher oder praktisch ein Verbraucher mit sehr groöem Widerstand) angeschlossen ist. Somit wird kein (nennenswerter) Strom Äber einen Lastwiderstand abgezweigt. Der Messaufbau sieht damit wie folgt aus: R P : Gesamtwiderstand des Potentiometers R x : variabler unterer Teilwiderstand des Potentiometers U 0 : Labor-NetzgerÉt, 5V In dieser Aufgabe soll gemessen werden, wie sich die Teilspannung U T in AnhÉngigkeit von dem TeilerverhÉltnis R x /R P veréndert. Dazu soll R x auf eine Reihe von mindestens 7 Werten eingestellt werden, nicht mitgezéhlt R x = 0 und R x = R x,max = R P. Zum Aufbau des Potentiometers: R x und die ErgÉnzung (R P -R x ) sollen mit zwei schaltbaren sog. Widerstandsdekaden realisiert werden. Die Summe der eingestellten WiderstÉnde muss immer gleich R P = 1000 sein! Halten Sie die Messergebnisse in einer Tabelle fest! Direkte Auswertung: (Eine Tabellenkalkulation erleichtert die Auswertung.) Bilden Sie das TeilerverhÉltnis T = R x /R P und das SpannungsverhÉltnis V U = U T /U 0 ; Werte in Tabelle eintragen. Stellen Sie V U als Funktion von T graphisch dar! Welche Art von Kurve ergibt sich? Vergleichen Sie die gemessene Kurve mit der Vorbereitung in 2.1. Sind Messfehler zu erkennen? Wenn ja, wie groö sind sie? Welche Ursachen kñnnen Messfehler haben und wie groö kñnnen sie sein? Seite 5 von 8

6 3.2.2 Belasteter R L : Lastwiderstand FÄr alle anderen Bauteile gelten dieselben Angaben wie in festgelegt sei: R L = R P = 1000 Auch in dieser Aufgabe soll gemessen werden, wie sich die Teilspannung U T in AnhÉngigkeit von dem TeilerverhÉltnis R x /R P veréndert. Dazu soll R x wieder auf eine Reihe von mindestens 7 Werten eingestellt werden, nicht mitgezéhlt R x = 0 und R x = R x,max = R P. Zum Aufbau des Potentiometers: R x und die ErgÉnzung (R P -R x ) sollen mit zwei schaltbaren sog. Widerstandsdekaden realisiert werden. Die Summe der eingestellten WiderstÉnde muss immer gleich R P = 1000 sein! Halten Sie die Messergebnisse in einer Tabelle fest! Direkte Auswertung: (Eine Tabellenkalkulation erleichtert die Auswertung.) Bilden Sie das TeilerverhÉltnis T = R x /R P und das SpannungsverhÉltnis V U = U T /U 0 ; Werte in Tabelle eintragen. Stellen Sie V U als Funktion von T graphisch dar! Welche Art von Kurve ergibt sich? Vergleichen Sie die gemessene Kurve mit der Vorbereitung in 2.2. Sind Messfehler zu erkennen? Wenn ja, wie groö sind sie? Seite 6 von 8

7 4. Ausarbeitung AbschlieÖend soll eine Ausarbeitung des Versuchs in Reinschrift erstellt werden. Dabei sind zusétzliche Fragen zu beantworten. Die Ausarbeitung ist mit einer Textverarbeitung zu schreiben, fär Berechnungen und graphische Darstellungen bitte eine Tabellenkalkulation benutzen. Die Ausarbeitung soll zusammen mit dem Messprotokoll (Kap. 3) und dem Deckblatt zum Versuch abgegeben werden. ZusÉtzliche Fragen zu 3.2. Mit welcher Tendenz wird sich die Kurve veréndern, wenn man den Lastwiderstand R L weiter vermindert? Wie veréndert sich die Form, werden die Werte fär V U tiefer oder hñher liegen? Erstellen Sie ein Diagramm mit vier Kurven (U T /U 0 ) = f(r x /R P ) fär R L =, R L = R P, R L = 0,5áR P, R L = 0,2áR P Wie mässte T bzw. R x grundsétzlich schrittweise eingestellt werden, damit sich die Teilerspannung U T in gleich groöen Stufen erhñht? Ermitteln Sie R x fär den Fall R L = R P zu den Teilerspannungen in der folgenden Tabelle: U 0 = 5V U T /V R x / Die Werte fär R x kñnnen aus der Kurve zu entnommen oder aus der Umkehrfunktion zu (U T /U 0 ) = f(r x /R P ) berechnet werden. Seite 7 von 8

8 Hochschule Emden-Leer FACHBEREICH TECHNIK Elektrotechnik und Informatik PRAKTIKUM VERSUCH M-2 Versuchsanleitung / Aufgabenstellung Gruppe: Teilnehmer: Name Matr.-Nr Testat 1 (VersuchsdurchfÄhrung): Datum: Testat 2 (Bericht): Seite 8 von 8