Simulieren mit TARGET 31! Seite 1 von 24 Zusammenstellung der in TARGET 31! simulierten Grundschaltungen Alle simulierten Schaltungen sind als TARGET 31!Schaltungen vorhanden und beginnen mit SIM LED Kennlinie...2 LED Kennlinie...2 LED an Gleichspannung...2 Einweggleichrichter ohne Kondensator...4 Einweggleichrichter mit Kondensator...5 Gleichrichterschaltung mit ZDiodenStabilisierung...6 Einweggleichrichter mit Spannungsregler 785...7 Zweiweggleichrichter...8 Zweiweggleichrichter mit Spannungsregler...9 Transistorschaltung : Bestimmung von B...1 KondensatorAuf und Entladung...12 RCRechteckgenerator...14 Widerstand an Wechselspannung...16 Kondensator an Wechselspannung...17 RCReihenschaltung...19 einfacher RCTiefpass...21 verbesserter Tiefpass...22 RCBandpass aus HP und TP...23 Bandpass mit Schwingkreis...24 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 2 von 24 LED Kennlinie Die Kennlinie erhält man mit einer Analyse. 1V D1 LED 5m 4m 3m I in A Analysis: 2m 1m Probe: Strom, auf den Bauteilanschluss klicken,5 1, 1,5 2, 2,5 U in V Hinweis: die DurchlassSpannung läßt sich im Modell mit der Größe IS ändern. LED an Gleichspannung A AM2 12,611mA UR 22 V VM2 2,774V 5V Uled D1 rot V VM1 2,224V InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 3 von 24 LED an Wechselspannung ohne Schutzdiode 1V Uein 1 D2 rot UR UDiode 1 U ein, U R, U Diode in V Frequenz 5Hz Die LED wirkt wie ein Gleichrichter. Am Widerstand sieht man die typische pulsierende Gleichspannung. Während den positiven Halbwellen leuchtet die LED und begrenzt die Spannung auf ca. 2,2v 1 Während den negativen Halbwellen sperrt die LED und muss die gesamte negative Spannung von 1 2 3 4 1V aufnehmen. dies kann auf Dauer zur Zerstörung der LED führen 5 Zeit in ms LED an Wechselspannung mit Schutzdiode 1V Uein D1 1N41 1Ω D2 rot UR UDiode 1 U ein, U R, U Diode in V Frequenz 5Hz Die LED leitet bei der positiven Halbwelle und begrenzt die Spannung auf 2,2V. Die Diode leitet bei der negativen Halbwelle und begrenzt die Spannung auf,7v. Dadurch schützt sie die LED vor zu großen negativen Spannungen. 1 1 2 3 4 5 Zeit in ms InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 4 von 24 Einweggleichrichter ohne Kondensator UDiode D1 1N41 1V Uein 1 Uaus Frequenz 5Hz 1 U ein, U aus in V 1 1 2 3 4 5 1 U ein, U aus, U Diode in V 1 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 5 von 24 Einweggleichrichter mit Kondensator UDiode D1 1N41 C1 1V Uein 1µF 1 Uaus Frequenz 5Hz 1 U ein, U aus in V 1 1 2 3 4 5 1 U ein, U aus, U Diode in V 2 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 6 von 24 Gleichrichterschaltung mit ZDiodenStabilisierung UDiode U D1 1V 1N41C1 Uein 1µF Uc 1 D2 ZPD5,1V R2 1 Uaus Frequenz 5Hz 1 U ein, U C, U aus in V 1 1 2 3 4 5 1 U ein, U C, U, U aus in V 1 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 7 von 24 Einweggleichrichter mit Spannungsregler 785 UDiode U785 D1 IC1 785CT IN OUT 1V 1N41C1 Uein 1µF Uc C2 1NF GND C3 1NF R2 1 Uaus Frequenz 5Hz Hinweis: Lässt man die beiden 1nFKondensatoren weg, so werden die im Diagramm sichtbaren Einschwingvorgänge deutlich stärker. Die Kondensatoren dienen der Schwingungsunterdrückung. Schwingungen können immer auftreten, wenn die Größe der Eingangsspannung oder die Belastung am Ausgang schwankt. 1 U ein, U C, U aus in V 1 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 8 von 24 Zweiweggleichrichter ~ B Uein 1V Frequenz 5Hz ~ B8C1 1 Uaus ohne Kondensator 1 U ein, U aus in V mit Kondensator 1 1 1 2 U ein, U aus in V 3 4 5 1 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 9 von 24 Zweiweggleichrichter mit Spannungsregler ~ U785 1V Uein B ~ B8C1 C1 1µF Uc IC2 785CT IN OUT GND C2 1NF C3 1NF R3 1 Uaus Frequenz 5Hz 1 U ein, U C, U aus in V 1 1 2 3 4 5 Lastwiderstand zu klein bzw. Eingangsspannung zu klein bzw. Kondensator zu klein 1 U ein, U C, U aus in V 1 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 1 von 24 Transistorschaltung : Bestimmung von B Bei der messtechnischen Bestimmung des Gleichstromverstärkungsfaktors B werden Kollektorstrom und Basisstrom gemessen und anschließend der Quotient gebildet. Es ist jedoch zu beachten, dass der Transistor auf keinen Fall übersteuert sein darf. D.h. die Größe des Kollektorstromes muss vom Basisstrom abhängen und nicht wie bei der Übersteuerung von der Größe des Kollektorwiderstandes! Daher wird auch U CE gemessen. Ist U CE deutlich größer als U CEsat, so ist der Transistor nicht übersteuert. Bei dem Darlingtontransistor BC517 beträgt U CEsat 1V. Die Stromverstärkung ist außerdem abhängig von der Größe des Kollektorstromes. Daher werden einige Messungen bei unterschiedlichen Kollektorströmen durchgeführt. B= I C I B AM2 1V T2 B = I C / I B = 417mA / 16µA = 26. R2 1Meg 2 R2 5k 1 AM1 A,16mA A,417A VM1 V VM2 2,3V BC517 V 5,793V AM2 AM1 1V A,8mA A,266A V VM2 1,735V T2 BC517 V VM1 4,649V B = I C / I B = 266mA / 8µA = 33. InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 11 von 24 1V A AM2 R2 2Meg 2,4mA A AM1,168A V VM2 1,533V T2 BC517 V VM1 6,633V B = I C / I B = 168mA / 4µA = 42. Laut Datenblatt ergibt sich folgender Verlauf von B InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 12 von 24 KondensatorAuf und Entladung 1 Uges, Uc in V UR 8 6 1V 1K Uges 1µF C1 Uc 4 2 Impulszeit = 1ms Periodendauer = 2ms 1 1 U R in V 2 Zeit in ms Die Schaltung mit R = 1kΩ und C = 1µF besitzt eine Zeitkonstante von τ = 1ms. Im linken oberen Bild hat sich der Kondensator nach 1ms auf 6,3V aufgeladen. 1 Zeit In den unteren Bildern lädt der Kondensator sich schneller auf, weil die Kapazität kleiner ist. 1 8 6 4 Uges, Uc in V UR 1K Uges 1V 1nF C1 Uc 2 1 U R in V 1 Zeit in ms Impulszeit = 1ms Periodendauer = 2ms 1 1 Zeit in ms Zeit InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 13 von 24 Überprüfung der Formel der Aufladekurve: Im Graphenrechner eingegebene Funktion: 1*(1exp(t/1m)) wobei hier U max = 1V und τ = 1ms ist. t U =U max (1 e τ ) 1 Uges, Uc in V mit 1* (1e (t/1m) ) berechnete Aufladekurve 8 6 4 2 1 Zeit in ms Überprüfung von U ges = U R U C mit dem Graphenrechner 1 U R, Uc in V mit U R Uc berechnete Gesamtspannung 1 1 Zeit in ms InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 14 von 24 RCRechteckgenerator UR 1K IC1a Spannungsversorgung des SchmittTriggers Uc C1 1µF 74HC14_DIN Urecht IC1p 5V Die Schaltschwellen des SchmittTriggers lassen sich am TARGET 31!Oszilloskop ablesen, wenn man bei Bearbeiten den Cursor an den Graphen hängt. (Werte x, y am unteren Bildrand) obere Schaltschwelle: 2,5V untere Schaltschwelle: 1,6V 5 Urecht, UC in V 4 3 2 1 1 5 Zeit in ms Mit C = 3µF lädt sich der Kondensator langsamer auf, daher werden die Schaltschwellen des SchmittTriggers später erreicht und die Frequenz sinkt 5 Urecht, Uc in V 4 3 2 1 1 5 Zeit in ms InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 15 von 24 zusätzlich wird die Spannung über dem Widerstand gemessen: 5 Urecht, Uc, UR in V 5 1 5 Zeit in ms Mit dem Graphenrechner durchgeführte Addition von Uc und UR ergibt Urecht > Beweis: die Summe der Spannungen Uc und UR ergibt zu jedem Zeitpunkt Urecht 5 Urecht = Uc UR 5 1 5 Zeit in ms InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 16 von 24 Widerstand an Wechselspannung 1V 1.5Ω 1 U R in V, I R in A, P R in W 1 1 2 3 4 5 1 U R in V, U eff berechneter Effektivwert I R in A, I eff berechneter Effektivwert P R in W, berechnet: U eff * I eff 1 1 2 3 4 5 InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 17 von 24 Kondensator an Wechselspannung Eine Quelle liefert eine sinusförmige Wechselspannung mit U = 1V bei f = 1kHz. mit U(t) und I(t) mittransientenanalyse Phasenverschiebung 1 Uc in V, Ic in A 1V f=1khz Uc Ic C1 1µF Im Oszillogramm ablesbar: Der Strom eilt der Spannung um 9 voraus. Änderung des Kondensators auf z.b. 2 µf: Der Strom steigt. C I Xc weil Xc = U / I Xc ~ 1/C 1,5 1 1,5 Zeit in ms Änderung der Frequenz auf f = 5 Hz 1 Uc in V, Ic in A Im Oszillogramm ablesbar: Der Strom eilt der Spannung um 9 voraus. Der Strom sinkt. f I Xc weil Xc = U / I Xc ~ 1/f Xc ~ 1/C*f 1 Hinweis: Der Kondensator ist so bemessen, dass der Strom im Bereich,5 1 1,5 Zeit in ms zwischen,5 und 1 A liegt, da das Oszilloskop in TARGET 31! nur eine Skale aufweist und Ströme kleiner als,5a nicht mehr sinnvoll dargestellt werden. InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 18 von 24 ACAnalyse Mit der ACAnalyse kann man die Abhängigkeit des Strom und der Spannung von der Frequenz sehen: Achtung: auf der XAchse steht jetzt die Frequenz f f I Xc weil Xc = U / I 1 Uc in V, Ic in A 1 19 28 37 46 55 1 Frequenz in Hz Berechnung von Xc mit dem Graphenrechner: Im Graphenrechner Neu (analog) Button EffektivwertButton bei Graph: Spannung wählen im Eingabefeld ans Ende der Klammer gehen / für geteilt durch EffektivwertButton Graph Strom wählen OK Abhängigkeit des Blindwiderstandes Xc von der Frequenz 14 Xc = Ueff / Ieff berechnet mit dem Graphenrechner 1 19 28 37 46 55 1 Frequenz in Hz InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 19 von 24 RCReihenschaltung Reihenschaltung aus R = 1,5Ω und C = 1µF wird an Wechselspannung U= 1V, f= 1kHz angeschlossen UR 1,5Ω Aus dem Oszillogramm lässt sich ablesen: Einschwingvorgang bis ca.,3 ms I U R und I sind phasengleich U R und U C sind 9 phasenverschoben 1V C1 Die Summe aus U R und U C ergibt U ges f=1khz Uc 1µF Uges 1 Uges, Uc, U R in V, I in A 1,5 1,5 U ges = U C U R berechnet mit dem Graphenrechner: 1 Zeit in ms 1 Uc, U R in V, Uges = UcU R berechnet mit Graphenrechner 1,5 1 1,5 Zeit in ms InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 2 von 24 Frequenzabhängigkeit von U und I Uges, Uc, U R in V, I in A 1,,9,8,7,6,5,4,3,2,1 1 1 1K 1K Frequenz V(ges,C) V(C,GND) V(ges,GND) I(r1,1) logarithmische Frequenzachse! leider sind die Linien nicht logarithmisch eingeteilt man erkennt das typische TiefpassVerhalten von U C und das HochpassVerhalten von U R InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 21 von 24 einfacher RCTiefpass 1V Uein 1kΩ C1 1nF Uaus Grenzfrequenz mit dem Cursor im OszilloskopFenster ablesen! 1, U aus / U ein,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Frequenz 1 1K 1K 1K InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 22 von 24 verbesserter Tiefpass R2 Schaltet man 2 Tiefpässe, die scheinbar die gleiche Grenzfrequenz besitzen, hintereinander, so wird erhält man einen steilen Abfall der Kurve, also einen besseren Tiefpass. Die Grenzfrequenz ändert sich 1k jedoch von ca. 1,5kHz auf 96 1k Hz. Beide Werte kann man im C1 C2 OszilloskopFenster ablesen, Ueinwenn man bei Bearbeiten U2den Cursor nacheinander Uaus an beide 1nF 1nF Graphen hängt. Warum das so ist, kann man nach einer ReihenParallelUmwandlung des 2. Filters verstehen. 1V 1, U aus / U ein, U 2 / U ein,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Frequenz 1 1 1K 1K 1K V(Uc) V(Uc2) InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 23 von 24 RCBandpass aus HP und TP Die Reihenschaltung aus RCHochpass und RCTiefpass bildet einen Bandpass. Nur wenn das Filter am Ausgang hochohmig gewählt ist gegenüber dem 4,7k Filter am Eingang C3 1 lassen sich die Grenzfrequenzen näherungsweise getrennt berechnen mit f g = 1nF fgtp=3,4khz 2 π R C Zum Vergleich der Frequenzgänge von Hochpass, Tiefpass und TP Bandpass zum Vergleich ist oben noch ein Tiefpass an die gleiche Spannungsquelle geschaltet. Für die ACAnalyse (Frequenzgang) sind die Größe der Spannung und der Frequenz bei der Quelle ist beliebig. Alle Spannungen werden automatisch 1µFauf die Eingangsspannung 4,7k bezogen, z.b. U aus_hp / U ein. Der Frequenzbereich wird Ueinim ACAnalyseFenster Uaus_HP angegeben. C2 Mit Cursor im OszilloskopFenster ausgemessen: U HP = U TP bei 1,7 khz U HP =,77 bei f = 33 Hz U TP =,77 bei f = 3,36kHz 1V C1 fghp=3hz 53 R3 R2 fgtp=3,4khz Bandpass aus HP und TP 1nF Uaus_TP Uaus_BP 1, U aus_tp / U ein, U aus_hp / U ein, U aus_bp / U ein,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Frequenz 1 1 1K 1K 1K V(UHP) V(UTP) V(UBP) InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 31! Seite 24 von 24 Bandpass mit Schwingkreis R2 1V Uein 2 L1 1m 1k C1 253nF Uaus f_res = 1kHz Bandbreite ca. 31Hz fgrenz bei ca 3Hz und 3,4 KHz 1, Uaus / Uein,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Frequenz 1 1 1K 1K 1K V(Ua) InTargetsimulierteSchaltungenmitOszillogrammen.doc