Elektrotechnik Protokoll - Nichtlineare Widerstände

Ähnliche Dokumente
Elektrische Grundlagen der Informationstechnik. Laborprotokoll: Nichtlineare Widerstände

Übung 2 Einschwingvorgänge 2 Diode Linearisierung

Professur für Leistungselektronik und Messtechnik

Übungsaufgaben Elektrotechnik/Elektronik für Medieninformatik

Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik 1 (GET1) Versuch 2

Prof. Dr.-Ing. Rainer Ose Elektrotechnik für Ingenieure Grundlagen 4. Auflage, Lösung der Übungsaufgabe ÜA_1_6.4.B:

Laboratorium für Grundlagen Elektrotechnik

Physik-Übung * Jahrgangsstufe 8 * Elektrische Widerstände Blatt 1

Laborübung, Diode. U Ri U F

Wirtschaftsingenieurwesen Elektronik/Schaltungstechnik Prof. M. Hoffmann Übung 3 Halbleiterdioden

Elektrotechnik Protokoll - Wechselstromkreise. André Grüneberg Mario Apitz Versuch: 16. Mai 2001 Protokoll: 29. Mai 2001

Labor Einführung in die Elektrotechnik

Labor Einführung in die Elektrotechnik

1. Gleichstrom 1.2 Aktive und passive Zweipole, Gleichstromschaltkreise

Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik

Bundestechnologiezentrum für Elektro- und Informationstechnik e.v.

Praktikum Elektronik

Elektrolytischer Trog

3BHEL Kaiblinger, Poppenberger, Sulzer, Zoehrer Dokumentation und Auswertung. Labor

Schaltungen mit mehreren Widerständen

LABORÜBUNG Diodenkennlinie

Physikalisches Praktikum. Grundstromkreis, Widerstandsmessung

Originaldokument enthält an dieser Stelle eine Grafik! Original document contains a graphic at this position!

1.2) Bestimmen Sie die Leistung, welche in Abhängigkeit der Frequenz ω am Widerstand abfällt und stellen Sie diesen Zusammenhang graphisch dar.

Protokoll zum Versuch Nichtlineare passive Zweipole

4. Versuche zur Elektrizitätslehre

Praktikum Grundlagen Elektrotechnik, Prof. Kern

Grundlagen der Elektrotechnik Protokoll Schwingkreise. Christian Kötz, Jan Nabbefeld

Labor. Dokumentation und Auswertung. Kaiblinger, Poppenberger, Sulzer, Zöhrer H1435. Lineare Spannungsregler 1. Note: Page 1/12

Analog-Elektronik Protokoll - Gegenkopplung. André Grüneberg Janko Lötzsch Versuch: 26. November 2001 Protokoll: 3. Dezember 2001

2. Parallel- und Reihenschaltung. Resonanz

Gleichstromtechnik. Vorlesung 15: Verbindung von Zweipolen. Fakultät für Elektro- und Informationstechnik, Manfred Strohrmann

Die Reihenschaltung und Parallelschaltung

ETP1-4. Konstantspannungsquelle, gesteuerte Quelle. Übersicht

Kennlinienaufnahme elektronische Bauelemente

Elektrotechnisches Grundlagen-Labor I. Netzwerke. Versuch Nr. Anzahl Bezeichnung, Daten GL-Nr.

Komplexe Zahlen und ihre Anwendung in der Elektrotechnik

Versuch P1-70,71,81 Elektrische Messverfahren. Auswertung. Von Ingo Medebach und Jan Oertlin. 26. Januar 2010

Elektrischer Widerstand

1 Schaltungen von Hochleistungs-LEDs

Praktikum EE2 Grundlagen der Elektrotechnik. Name: Testat : Einführung

Ü b u n g s a r b e i t z. Th. S c h a l t u n g e n

Grundlagen - Labor. Praktikumsübung. Laborversuch GL-24 / Bipolar-Transistor, MOSFET, J-FET Kennlinien und Anwendungen

E-Labor im WS / SS. Versuch Nr. 2(M) Kennlinienüberlagerung aktiver/passiver Zweipol. Fakultät II Abteilung Maschinenbau. Gruppe:

Stabilisierung von Gleichspannungen mit einer Diode

Versuch P1-50,51,52 - Transistorgrundschaltungen. Vorbereitung. Von Jan Oertlin. 4. November 2009

1 Messungen mit Drehspulinstrumenten

Aufgabe 1: Emitterfolger als Spannungsquelle (leicht)

TRA - Grundlagen des Transistors

Brückenschaltung (BRÜ)

Institut für Informatik. Aufgaben zum Seminar Technische Informatik. Aufgabe Reihenschaltung von Halbleiterdioden

V1 - Verifikation des Ohm schen Gesetzes

Labor für Grundlagen der Elektrotechnik. EE1- ETP1 Labor 2. Weitere Übungsteilnehmer: Messungen an linearen und nichtlinearen Widerständen

Laborübung, NPN-Transistor Kennlinien

Der elektrische Widerstand R. Auswirkung im Stromkreis Definition Ohmsches Gesetz

Diplomvorprüfung SS 2009 Grundlagen der Elektrotechnik Dauer: 90 Minuten

Aufgabe 1 - Knotenspannungsanalyse

Bestimmung des elektrischen Widerstands durch Strom- und Spannungsmessung. oder: Ach ihr da Ohm, macht Watt ihr Volt!

Versuch B2/1: Spannungs- und Stromquellen, Messung von Spannungen und Stromstärken

2 Elektrischer Stromkreis

Messtechnische Ermittlung der Größen komplexer Bauelemente

Aufg. P max 1 12 Klausur "Elektrotechnik" am

Vordiplomprüfung Grundlagen der Elektrotechnik III

Musterloesung. Name:... Vorname:... Matr.-Nr.:...

Prof. Dr.-Ing. Rainer Ose Elektrotechnik für Ingenieure Grundlagen 4. Auflage, Probe zur Lösung der Berechnungsbeispiele BB_6.

Verbundstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor) Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik

1. Welche Zeitkonstante hat eine Drosselspule von 8,5 H, die einen Widerstand von 300 W besitzt?

- Versuch 5 - Spannungsteiler

2.5.3 Innenwiderstand der Stromquelle

Ohmscher Spannungsteiler

1. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2003

Aufnahme der Kennlinie einer Diode

Die Parallelschaltung elektrischer Widerstände

Aufnahme von Kennlinien eines liniaren Bauelementes

Gleichstrom/Wechselstrom

Lo sung zu UÜ bung 1. I Schaltung Ersatzquellenberechnung. 1.1 Berechnung von R i

Probeklausur Grundlagen der Elektrotechnik I Winter-Semester 2012/2013

Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg, Department F + F

Institut für Informatik. Aufgaben zum Seminar Technische Informatik. Aufgabe Parallelschaltung von Halbleiterdioden

Praktikum 2: Diode, Logische Schaltungen mit Dioden und Feldeffekttransistoren

Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg, Department F + F

Schelztor-Gymnasium Esslingen Physik-Praktikum Klasse 10 Versuch Nr. E 4 Seite - 1 -

Übungsaufgaben GET. Zeichnen Sie qualitativ den Verlauf des Gesamtwiderstandes R ges zwischen den Klemmen A und B als Funktion des Drehwinkels α

Studentenmitteilung 1. Semester - WS 2000/2001

Technische Universität Chemnitz Professur für Hochfrequenztechnik und Theoretische Elektrotechnik Prof. Dr. rer. nat. M. Chandra

Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik

Schriftliche Prüfung aus Nichtlineare elektrische Systeme Teil: Dourdoumas am

Dieses Buch darf ohne Genehmigung des Autors in keiner Form, auch nicht teilweise, vervielfältig werden.

Versuch P1-70, 71, 81 Elektrische Messverfahren Auswertung

Umdruck zum Versuch. Basis 1 Eigenschaften einfacher Bauelemente und. Anwendung von Messgeräten

Aufgabensammlung zur Elektrotechnik und Elektronik

Klausur "Elektrotechnik" am

Labor Elektrotechnik. Versuch: Temperatur - Effekte

Grundlagen der Elektrotechnik 3. Übungsaufgaben

4. Nichtlineare Bauelemente, Schaltungen und Systeme

Versuchsprotokoll von Thomas Bauer und Patrick Fritzsch. Münster, den

Praktikum Elektrotechnik

Spannungs- und Stromquellen

E-Labor im WS / SS. Gruppe: BITTE ANKREUZEN. Messprotokoll Versuchsbericht. Datum der Durchführung:

Transkript:

Elektrotechnik Protokoll - Nichtlineare Widerstände André Grüneberg Andreas Steffens Versuch: 17. Januar 1 Protokoll: 8. Januar 1

Versuchsdurchführung.1 Vorbereitung außerhalb der Versuchszeit.1.1 Eine Diode im Durchlaßbereich I/U Kennlinie,1,,3,4,6,8 1,,15,5 1,15, 4, 7, 1 Zeichnen Sie die Kennlinie in ein Diagramm und bestimmen Sie den Gleichstromwiderstand R und den differentiellen Widerstand r in Abhängigkeit von der Spannung! 1 11 1 9 8 7 6 5 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Abbildung 1: Diodenkennlinie Es gilt: R = U I R in Ω r in Ω,1,15 666,7 666,7,,5 4, 85,7,3 1,15 6,9 153,9,4,, 117,7,6 4, 14,9 9,9,8 7, 114,3 71,4 1, 1, 1, 66,7 und r = U I 1

.1. Stellen Sie R = f(u) und r = f(u) in einem gemeinsamen Diagramm grafisch dar! 7 R r 6 5 R/r in Ohm 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Abbildung : R = f(u) und r = f(u) der Diode.1.3 Zeichnen Sie die Kennlinie der Diode von Punkt.1.1 in ein Diagramm ein und tragen Sie in das gleiche Diagramm die Widerstandsgeraden für R r = 3Ω und R p = 16Ω ein! Ermitteln Sie die resultierende Kennlinie fr eine a) Reihenschaltung D und R r (Bild 5) b) Parallelschaltung D und R p (Bild 6) c) Reihenschaltung von R r mit der Parallelschaltung von D und R p (Bild 7) Es gilt: Deshalb gilt: U R = I R r und I P = U D R p a) Reihenschaltung - Es addieren sich die Spannungen I = I D und U AB = U D + R r I b) Parallelschaltung - Es addieren sich die Ströme U AB = U D und I = I D + U AB R p

c) Reihen- und Parallelschaltung - Es addieren sich Ströme und Spannungen I = I D + U D R p und U AB = U D + I R r Diode R r R p D + R r D R p R r + (D R p ) U AB / V I / ma U AB / V I / ma U AB / V I / ma U AB / V I / ma U AB / V I / ma,,,,,,,,,,,1,15,,63,1,15,1,78,1,78,,5, 1,5,,5, 1,75,5 1,75,3 1,15,3 1,88,33 1,15,3 3,3,39 3,3,4,,6,5,46,,4 4,5,54 4,5,6 4,,13 3,75,73 4,,6 7,95,84 7,95,8 7,,1 5, 1,1 7,,8 1, 1,16 1, 1, 1,,3 6,5 1,3 1, 1, 16,5 1,49 16,5 1 11 1 D Rr Rp D + Rr D Rp Rr + (D Rp) 9 8 7 6 5 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Abbildung 3: Kennlinie der Diode, R p, R r und Kombinationen.1.4 Bestimmen Sie grafisch die Werte des Arbeitspunktes I A und U ABA fr Bild 5 mit den Werten R i = 16Ω; U Q = 1, 5V ; R r = 3Ω sowie der gegebenen Diodenkennlinie nach Aufgabe.1.1! 3

1 11 1 D Rr D + Rr Ri 9 8 7 6 5 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 1.1 1. 1.3 1.4 1.5 Abbildung 4: Arbeitspunkt der Diode Im Diagramm kann man den Arbeitspunkt der Schaltung als Schnittpunkt der Kennlinien- Kurve der Reihenschaltung von R r = 3Ω und der Diode (D + R r ) mit der Widerstandsgeraden von R i = 16Ω bei einer Quellenspannung U Q = 1, 5V erkennen. Nach Ablesen aus dem Diagramm ergeben sich ca. folgende Werte: U ABA =, 7V sowie I A = 4, 6mA.1.5 Wie müssen die Kennwerte aus Aufgabe.1.4 verändert werden, damit sich im Arbeitspunkt ein Strom von I = 3mA einstellt? Hinweis: Betrachten Sie nur die beiden Möglichkeiten, die sich ergeben aus a) U Q = 1, 5V = konst und R i verändern b) R i = 16Ω = konst und U Q verändern Benutzen Sie aus Gründen der Übersichtlichkeit für diese Aufgabe ein gesondertes Diagramm! Aus Diagramm 4 kann man bei I = 3mA eine Spannung U AB =, 59V ablesen. Es ergeben sich folgende Möglichkeiten, diesen Punkt als Arbeitspunkt zu erreichen: a) Veränderung von R i R i = U Q U D I 1, 5V, 59V = 3mA = 33, 33Ω 4

b) Veränderung von U Q U Q = U D + I R i =, 59V + 3mA 16Ω = 1, 7V 1 11 D + Rr Uq veraendert Ri veraendert 1 9 8 7 6 5 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 1.1 1. 1.3 1.4 1.5. Versuchsmessungen..1 Bestimmen Sie die Durchlaßkennlinie Abbildung 5: Arbeitspunkt der Diode bei I = 3mA der am Arbeitsplatz ausliegenden Diode, im Bereich von bis max., 8V. Begrenzen Sie den Ausgangsstrom Ihres Stromversorgungsgerätes auf 5mA. (Diese Begrenzung wird auch während der folgenden Messungen eingehalten!) Tragen Sie die ermittelten Messwerte in ein Diagramm ein. Wählen Sie einen Kennlinienbereich, der sich geeignet grafisch weiterverarbeiten lässt.,1,,3,35,4,45,5,55,6,65,7,75,8,,,,,1,7,15,46 1,4,5 6,55 13,5 4,43 38,6 5

6 Messwerte 5 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Abbildung 6: Kennlinie der Diode am Arbeitsplatz.. Tragen Sie in das selbe Diagramm die Widerstandsgeraden für R r = 3Ω und R p = 4Ω ein! Ermitteln Sie die resultierenden Kennlinien auf grafischem Wege, für eine a) Reihenschaltung D und R r (Bild 5) b) Parallelschaltung D und R p (Bild 6) c) Reihenschaltung von R r mit der Parallelschaltung von D und R p (Bild 7) 6

6 5 D Rr Rp D + Rr D Rp Rr + (D Rp) 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Abbildung 7: Grafische Analyze der Schaltungen..3 Überprüfen Sie Ihre Lösungen indem Sie für die o.g. Schaltungen die Kennlinien messtechnisch ermitteln und in das vorliegende Diagramm eintragen. 7

Diode D + R r D R p R r + (D R p ) U AB in V,,,,,,5,, 1,19 1,1,1,,,35,6,15,, 3,57 3,35,,, 4,7 4,46,5,, 5,95 5,57,3,, 7,14 6,68,35,1, 8,34 7,7,4,7,6 9,55 8,91,45,15,16 1,8 1,5,5,46,4 1,15 11,5,55 1,4 1,3 13,73 1,48,6,5,55 15,78 14,,65 6,55 5,3 19,3 15,88,7 13,5 9,35 4,86 18,63,75 4,43 14,7 33,78,44,8 38,6 1,8 46, 7,5,85 8,6 61, 33,8,9 36,3 78,5 4,3,95 44,3 97,8 47,9 1, 5,5 117 55,6 6 5 D + Rr D Rp Rr + (D Rp) Rr + D (gemessen) Rp D (gemessen) Rr + (Rp D) (gemessen) 4 3 1.1..3.4.5.6.7.8.9 1 Abbildung 8: Vergleich graphisch gemessen..4 Ermitteln Sie grafisch den Arbeitspunkt der Schaltung Bild 7 mit den Werten R i = 1Ω; R r = 3Ω; R p = 4Ω; U Q = 1, 5V ; und der gemessenen Diodenkennlinie. 8

Wie müssen die Schaltelemente des aktiven Zweipols zwischen A und B (U Q oder R i) dimensioniert werden, damit der Strom auf den halben Wert absinkt? Wie groß ist dann U AB? Überprüfen Sie Ihre Lösung durch Messung. Tragen Sie die ermittelten Messwerte in ein Diagramm ein! Hinweis: Verwenden Sie zur Lösung der Aufgabe..4 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ein gesondertes Diagramm! Aus Diagramm 9 lässt sich der Arbeitspunkt der Schaltung unter den gegebenen Bedingungen ablesen. Es ergibt sich: I = 55mA und U AB =, 95V I 1 = 7, 5mA halbierter Strom U 1 =, 76V ergibt sich bei bzw. U Q = 1, 5V = konst. = R i = U R i I 1 = U Q U 1 I 1 = 6, 91Ω = 1, 5V, 76V 7, 5mA R i = 1Ω = konst. = U Q = U 1 R i Durch Messung der Schaltung ergab sich hingegen: = U 1 + I 1 R i =, 76V + 7, 5mA 1Ω = 1, 4V I = 5, 4mA und U AB =, 97V I 1 = 6, ma U 1 =, 786V U Q = 1, 5V = konst. = R i = 7Ω R i = 1Ω = konst. = U Q = 1, 5V 9

15 135 Rr + (D Rp) Ri = 1 Ohm Uq konst Ri = konst 1 15 9 75 6 45 3 15.1..3.4.5.6.7.8.9 1 1.1 1. 1.3 1.4 1.5 3 Versuchsauswertung Abbildung 9: Ermittlung des Arbeitspunktes bei I und I 1 3.1 Bestimmen Sie R = f(u) und r = f(u) aus der Diodenkennlinie (Messwerte) grafisch ermittelten Kennlinie der Schaltung nach Bild 5 grafisch ermittelten Kennlinie der Schaltung nach Bild 6 grafisch ermittelten Kennlinie der Schaltung nach Bild 7 Zur Berechnung der Werte dienen die Formeln aus.1.1 und.1.3 sowie die Durchlasskennlinie aus..1. 1

Diode D + R r D R p (D R p ) + R r R in Ω r in Ω R in Ω r in Ω R in Ω r in Ω R in Ω r in Ω.1 4. 4. 43. 43.. 4. 4. 43. 43..3 4. 4. 43. 43..35 35. 5. 353. 53. 39.95 39.68 4.95 4.68.4 5714.9 833.33 5717.9 836.33 39.7 38.17 4.7 41.17.45 3. 65. 33. 68. 39.47 37.59 4.47 4.59.5 186.96 161.9 189.96 164.9 38.58 3.5 41.58 35.5.55 443.55 64.1 446.55 67.1 36.69 4.63 39.69 7.63.6 4. 39.68 43. 4.68 34.9 19.9 37.9.9.65 99.4 1.35 1.4 15.35 8.51 9.43 31.51 1.43.7 51.85 7.19 54.85 1.19.58 6.1 5.58 9.1.75 3.7 4.57 33.7 7.57 17.37 4.11.37 7.11.8.73 3.53 3.73 6.53 13.65 3.4 16.65 6.4 3. Stellen Sie die ermittelten Werte in einem Diagramm dar Betrachten Sie den Einfluss von Schaltungsart und Widerstandswert auf den Gesamtwiderstand und Grad der Linearisierung der Gesamtkennlinie! Hinweis: Überlegen Sie, ob und wie die gesuchten Kurven aus dem Widerstandsverlauf der Diode und der Einzelwiderstände R r und R p grafisch ermitteln können! 1 9 8 7 R Diode R Diode + Rr R Diode Rp R (Diode Rp) + Rr r Diode r Diode + Rr r Diode Rp r (Diode Rp) + Rr 6 R/r in Ohm 5 4 3 1.3.4.5.6.7.8 Abbildung 1: Kennlinien der Schaltungen Die U-R-Kennlinie ist stark von der Schaltungsart abhängig. Bei Reihenschaltung von Diode und Widerstand kennzeichnet der Reihenwiderstand den Minimalwert des Gesamtwiderstandes, da mit steigender Spannung, der Widerstand der Diode sinkt 11

und somit immer weniger zum Gesamtwiderstand beiträgt. Oberhalb der Durchlassspannung der Diode wird der Kurvenverlauf somit nahezu linear. Bei Parallelschaltung von Diode und Widerstand stellt der Parallelwiderstand dagegen den Maximalwert des Gesamtwiderstandes dar. Durch schnelles Absinken des Diodenwiderstandes ab der Durchlassspannung gewinnt die Diode an Relevanz für den Gesamtwiderstand, der somit abfällt. Auch hier stellt sich ein nahezu linearer Verlauf vor und nach Erreichen der Durchlassspannung ein. Bei der Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung treten die Eigenschaften der beiden Einzelschaltungen zu Tage. Der Parallelwiderstand bestimmt den Maximalwert und der Reihenwiderstand den Minimalwert des Gesamtwiderstandes. Somit ist die Kurve auch hier vor und nach Erreichen des Durchlasspunktes nahezu linear. Die Werte der Reihen- bzw. Parallelwiderstände beeinflussen den Kurvenverlauf des Gesamtwiderstandes entsprechend der o.g. Regeln. So bewirkt die Veränderung des Reihenwiderstandes eine Änderung des Öffnungspunktes und die Veränderung des Parallelwiderstandes verändert das Verhalten vor Erreichen der Durchlassspannung der Diode. 1