Copyright by EPV. 6. Messen von Mischspannungen Kondensatoren Brummspannungen

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1 Elektronische Schaltungen benötigen als Versorgungsspannung meistens eine Gleichspannung. Diese wird häufig über eine Gleichrichterschaltungen aus dem 50Hz-Wechselstromnetz gewonnen. Wie bereits in Kapitel 5 gezeigt wurde, kann mit einer Brückengleichrichter-Schaltung aus einer sinusförmigen Eingangsspannung eine pulsierende Gleichsspannung erzeugt werden. Diese ist als Versorgungsspannung von elektronischen Schaltkreisen jedoch noch ungeeignet. Zur Glättung der pulsierenden Gleichspannung wird daher ein Ladekondensator parallel zur Gleichrichterschaltung geschaltet (Bild 6.1). + D3 D1 U 1~ C 1 u 2 D4 D2 - Bild 6.1 I Last R Last 6.1. Kondensatoren Kondensatoren sind Ladungsspeicher. Sie bestehen grundsätzlich aus zwei Leiterplatten, zwischen denen sich ein Isolierstoff (Dielektrikum) befindet (Bild 6.2). Wird an einen Kondensator eine Gleichspannung gelegt, so lädt sich die eine Platte positiv und die andere Platte negativ auf. Die Ladung auf den Kondensatorplatten bleibt auch nach Entfernen der Versorgungsspannung erhalten. Wird der Kondensator jedoch mit einem Widerstand kurzgeschlossen, kann über diesen ein Ladungsausgleich erfolgen und der Kondensator entlädt sich. Ladestrom U positiv geladene Metallplatte Isolierstoffplatte negativ geladene Metallplatte Bild 6.2 Die Speicherkapazität eines Kondensators hängt vom Plattenabstand, der Plattengröße und dem verwendeten Isolierstoff ab. Für die Kapazität wird das Formelzeichen C und die Einheit "Farad" (F) verwendet. Als Untereinheiten werden häufig µf (10-6 F), nf (10-9 F) und pf (10-12 F) benutzt. Als Ladekondensatoren werden meistens Elektrolytkondensatoren eingesetzt, weil diese eine große Speicherkapazität bei kleiner Baugröße haben. Elektrolytkondensatoren gehören zu den gepolten Kondensatoren. Daher muß beim Einbau unbedingt auf die Polarität der Anschlüsse geachtet werden (siehe Abschnitt 2.2.3) Brummspannungen Wird einer Gleichrichterschaltung mit Ladekondensator kein Laststrom entnommen, so lädt sich der Kondensator auf den Spitzenwert u S der gleichgerichteten Wechselspannung auf. Wird jedoch ein Lastwiderstand angeschlossen, so wird der Ladekondensator fortlaufend wieder entladen und es tritt als Ausgangsspannung eine Mischspannung (Bild 6.3) auf. Diese Mischspannung besteht aus einem Gleichspannungsanteil U 2- und einem überlagerten Wechselspannungsanteil u Br. Der Wechselspannungsanteil wird auch als Brummspannung u Br u U 2 2- Br SS Bild 6.3 t u 49

2 bezeichnet, weil beim Betrieb eines Lautsprechers an dieser Spannung ein 50Hz- bzw. 100Hz-Ton als tiefes Brummen gut hörbar ist. Die Größe des Gleichspannungsanteils U 2- und des Wechselspannungsanteils u Br hängt bei vorgegebener Eingangswechselspannung sowohl von der Größe der Kapazität C des Ladekondensators als auch von der Größe des Laststromes I Last ab. Hierbei gilt: Je größer die Kapazität des Ladekondensators, desto größer U 2- und desto kleiner u Br sowie Je größer der Laststrom, desto kleiner U 2- und desto größer u Br Messung von Mischspannungen an einer B2-Schaltung mit Ladekondensator Mischspannungen bei unterschiedlichen Lastströmen VORBEREITUNG für Messung 6.1 Elektrolytkondensatoren C1 (1000 µf) und C2 (220 µf) an den auf der Platine angebenen Stellen einlöten (Bild 6.4). Brücke Br. 6/11 herstellen. 50 E1 E2 U e F 500mA 12V/50Hz MESSUNG D1 1N4001 D2 1N4001 D N4001 Brücke Br. 17/19 herstellen A D N C1 + C µF 220 µf Bild 6.4 Baustufe 4 18 L1 12V/250mA Kanal A des Oszilloskops zwischen die Ausgangsbuchsen A1 und A2 anschließen. (Y A an A1, Masseleitung an A2) 19 Br. R Last 1k A1 A2

3 Digitales Multimeter als Strommesser zwischen den Steckerstiften 15 und 17 anschließen und auf den größten Gleichstrombereich schalten. FRAGE 6.1: Welche Stromart ist am Oszilloskop einzustellen, wenn der Gleichspannungsanteil der Ausgangsspannung ermittelt werden soll? Die Stromart ist einzustellen. (AC / DC ) FRAGE 6.2: Welche Last ist bei der Messung 6.1 angeschlossen? Lastwiderstand R Last = 1kΩ Lämpchen L1 Stromart am Oszilloskop zur Messung des Gleichspannungsanteils einstellen. = 12 V / 50 Hz an die Buchsen E1/ E2 anschließen. Die Spannung U A mit dem Oszilloskop messen und Verlauf in das nebenstehende Raster einzeichnen. 0 Den Gleichspannunganteil U - aus dem Raster ermitteln und in die mittlere Zeile der Tabelle 6.1 eintragen Den Stromwert I Last ermitteln und in die mittlere Zeile der Tabelle 6.1 eintragen. TABELLE 6.1 Messung Last I Last / ma U - / V u Br SS / V Messung 6.1 Messung 6.2 FRAGE 6.3: R Last = 1kΩ L1 Kann aus dem Raster die Brummspannung sehr genau ermittelt werden? ja nein 51

4 FRAGE 6.4: Handelt es sich bei der Brummspannung um eine Gleich- oder Wechselspannung? Die Brummspannung ist eine. (Gleichspannung/Wechselspannung) FRAGE 6.5: Welche Stromart ist am Oszilloskop einzustellen, wenn die Brummspannung ermittelt werden soll? Die Stromart ist einzustellen. (AC / DC ) Stromart am Oszilloskop zur Messung der Brummspannung einstellen. Die Brummspannung u Br mit dem Oszilloskop messen und Verlauf in das nebenstehende Raster einzeichnen. Aus dem Raster Brummspannung u Br SS ermitteln und in die mittlere Zeile der Tabelle 6.1 eintragen. = 12 V / 50 Hz abschalten. VORBEREITUNG für Messung 6.2 Brücke Br.17/19 entfernen. Brücke Br. 17/18 herstellen Stromart am Oszilloskop zur Messung des Gleichspannungsanteils einstellen. MESSUNG 6.2 FRAGE 6.6: Welche Last ist bei der Messung 6.2 angeschlossen? Lastwiderstand R Last = 1kΩ Lämpchen L1 = 12 V / 50 Hz an die Buchsen E1/ E2 anschließen. 52

5 Die Spannung U A mit dem Oszilloskop messen und Verlauf in das nebenstehende Raster einzeichnen. 0 Den Gleichspannunganteil U - aus dem Raster ermitteln und in die untere Zeile der Tabelle 6.1 eintragen Den Stromwert I Last ermitteln und in die untere Zeile der Tabelle 6.1 eintragen. Stromart am Oszilloskop zur Messung der Brummspannung einstellen. Die Brummspannung u Br mit dem Oszilloskop messen und Verlauf in das nebenstehende Raster einzeichnen. Aus dem Raster die Brummspannung u Br SS ermitteln und in die untere Zeile der Tabelle 6.1 eintragen. = 12 V / 50 Hz abschalten. FRAGE 6.7: Welcher Zusammenhang läßt sich aus den Meßwerten in Tabelle 6.1 zwischen der Größe des Laststromes I Last und der Größe der Brummspannung u Br SS ableiten? Je größer der Laststom, desto die Brummspannung. (kleiner / größer) 53

6 FRAGE 6.8: Ändert sich auch der Gleichspannungsanteil U - infolge unterschiedlicher Lastströme bei den Messungen 6.1 und 6.2? Zwischen Messung 6.1 und 6.2 ist kein Unterschied festzustellen Es tritt eine geringe Änderung (< 0,5 V) auf Es tritt eine erhebliche Änderung (> 0,5 V) auf Mischspannungen bei unterschiedlichen Ladekondensatoren VORBEREITUNG für Messung 6.3 Brücke Br. 6/11 entfernen. Brücke Br. 6/7 herstellen. Stromart am Oszilloskop zur Messung des Gleichspannungsanteils einstellen. MESSUNG 6.3 FRAGE 6.9: Welcher Ladekondensator ist bei der Messung 6.3 angeschlossen? = 12 V / 50 Hz an die Buchsen E1/ E2 anschließen. Die Spannung U A mit dem Oszilloskop messen und Verlauf in das nebenstehende Raster einzeichnen. 0 C1 =1000µF C2 = 220µF Den Gleichspannunganteil U - aus dem Raster ermitteln und in die mittlere Zeile der Tabelle 6.2 eintragen Den Stromwert I Last ermitteln und die mittlere Zeile der Tabelle 6.2 eintragen. TABELLE 6.2 Messung Ladekondensator I Last / ma U _ / V u Br SS / V Messung C1 =1000µF Messung 6.4 C2 = 220µF Stromart am Oszilloskop zur Messung der Brummspannung einstellen.