Labor Elektrotechnik: Versuchsauswertung der Laborversuche


Projektarbeit, 2015
62 Seiten, Note: bestanden ohne Nacharbeit

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Messungen mit dem Oszilloskop im Grundstromkreis
1.1 Messungen mit dem Tastkopf
1.2 Darstellung sinusförmiger Signale
1.3 Messung verschiedener Spannungen einer Gleichrichterschaltung

2.. Kennlinie einer Diode und eines Transistors
2.1 Aufnahme der Strom-Spannungskennlinie einer Diode
2.2 Aufnahme der Ausgangskennlinien eines NPN-Transistors

3 Grundschaltungen des Operationsverstärkers (OPV)
3.1 Übertragungskennlinie eines OPV in nicht invertierender Schaltung
3.2 Übertragungskennlinie eines OPV in invertierender Schaltung
3.3 Frequenzgang und Grenzfrequenz eines OPV in invertierender

Schaltung

Anlagen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Prinzipschaltung eines Tastkopfes

Abbildung 2: Kompensationen

Abbildung 3: Sinuskurve bei 50Hz; 5ms/div; 5V/div

Abbildung 4: Veränderter Startbereich nach veränderter Triggerspannung

Abbildung 5: Erloschener Anzeigebereich bei Triggerspannung >10V

Abbildung 6: Schematischer Versuchsaufbau

Abbildung 7: realer Versuchsaufbau

Abbildung 8: OZ-Bild zur Messung der Ausgangsspannung an RL

Abbildung 9: Messergebnis bei Spannungsabnahme an Rm

Abbildung 10: Messaufbau zur Messung der Diodenspannung

Abbildung 11: Messaufbau zur Spannungsmessung an Diode

Abbildung 12: Messbild zur Messung von Ud

Abbildung 13: Diodenspannung bei geänderter OZ-Einstellung

Abbildung 14: Erdungsfreie Spannungsquelle

Abbildung 15: Versuchsaufbau zur Kennlinienaufnahme einer Diode

Abbildung 16: Aufbau zur Kennlinienaufnahme einer Diode

Abbildung 17: Kennlinie einer Diode

Abbildung 18: Vergrößerung zur Ermittlung von AU

Abbildung 19: Schematischer Versuchsaufbau

Abbildung 20: Versuchsaufbau

Abbildung21: Ausgangskennlinie bei Κ:25μΑ

Abbildung 22: Ausgangskennlinie bei Κ:50μΑ

Abbildung 23: Ausgangskennlinie bei Iв:75μA

Abbildung24: Ausgangskennlinie bei Iв:100μA

Abbildung 25: Ausgangskennlinie von Ib= 50μA bei X-Achse=0,5V/div Y-Achse=0,5V/div

Abbildung 26: Prinzipschaltbild eines nicht invertierenden Verstärkers

Abbildung 27: Kennlinie nicht invertierter OPV

Abbildung 28: Prinzipschaltbild eines invertierenden Verstärkers

Abbildung 29: Kennlinie invertierter OPV

Abbildung30: OZ-Schaubild bei 19kHz

Abbildung 31: OZ-Schaubild bei 37kHz

Abbildung 32: Bode-Diagramm

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Messergebnisse einer Gleichrichterschaltung

Tabelle 2: Ermittelte Werte bei einem Diodenstrom von i=10mA

Tabelle 3: Berechnung der Stromverstärkung В (mit R2=99,7D)

Tabelle 4: Wertebereiche für die Stromverstärkung В und den differenziellen Widerstand

Tabelle 5: Messung der Verstärkung in Abhängigkeit der Spannung Ue

Tabelle 6: Differenzverstärkungsmaß

1. Messungen mit dem Oszilloskop im Grundstromkreis

1.1 Messungen mit dem Tastkopf

Messergebnisse können durch Eingangsimpendanzen verfälscht werden. Genau so können Messungen über längere Koaxialleitungen, durch deren Kapazität ver­fälscht werden. Ebenso können größere Spannungsamplituden gemessen werden, als das Oszilloskop noch darstellen kann. Um solchen Fehlern vorzubeugen ist ein Frequenzkompensierter Spannungsteiler - ein Tastkopf - erforderlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Prinzipschaltung eines Tastkopfes (Quelle: Studienbrief 9 Elektrotechnik / Elektro­nik)

Um ein für alle Frequenzen gleiches Teilungsverhältnis zu erhalten muss gelten: R-C 1 = R -C 2

Um dieses Verhältnis zu realisieren muss Kondensator C1 mit veränderbaren Ka­pazitäten ausgeführt sein. Der Tastkopf wird vor der eigentlichen Messung an­hand eines bekannten Eingangssignals, dass alle Frequenzen enthält abgeglichen, dem Rechtecksprung. Wenn das Oszilloskop einen Rechtecksprung mit ausrei­chender Flankensteilheit darstellt, ist der Tastkopf richtig kompensiert.

Abweichungen davon ergeben einen unter- oder überkompensierten Tastkopf (Abbildung 2). Der Abgleich kann nur bis zur maximalen Grenzfrequenz erfolgen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Kompensationen (Quelle: Studienbrief 9 Elektrotechnik / Elektronik)

1.2 Darstellung sinusförmiger Signale

Bei Folgenden Einstellungen des Oszilloskops: 50Hz; 5ms/div; 5V/div, ergibt sich die unten dargestellte sinusförmige Spannung (Abb. 3). Die Zeitablenkung wurde so gewählt, dass eine Periode der zu messenden Spannung dargestellt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Sinuskurve bei 50Hz; 5ms/div; 5V/div (Quelle: Der Verfasser)

Aus Abbildung 3 lassen sich mit den oben genannten Einstellungen des Oszilloskops die Periodendauer von 20ms und ein Scheitelwert der Spannung von 10V ablesen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Veränderter Startbereich nach veränderter Triggerspannung (Quelle: Der Verfasser)

Bei einer Veränderung der Triggerspannung (UTr) ist am Oszilloskop eine Verschiebung des Startpunktes der Messung der Sinuskurve zu erkennen (Abb. 4).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Erloschener Anzeigebreich bei Triggerspannung >10V (Quelle: Der Verfasser)

Wenn die Triggerspannung größer gewählt wird als die maximale Amplitudenspannung erlischt die Messwertanzeige, wie in Abb. 5 zu sehen ist. Der sichtbare Bereich des Oszilloskops wird verlassen. Der Startbereich der Messung der Sinuskurve liegt im vorliegenden Fall dann über 10V und ist nicht mehr im Anzeigebereich.

Durch die „SLOPE“-Funktion des Oszilloskops kann zwischen der Darstellung der Sinuskurve bei aufsteigender bzw. fallender Kurve umgestellt werden.

1.3 Messung verschiedener Spannungen einer Gleichrichterschaltung

Für die Ermittlung der Ströme und Spannungen der Gleichrichterschaltung, wurde ein Versuch nach Folgender schematischer Schaltung aufgebaut.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Schematischer Versuchsaufbau (Quelle: Studienbrief 9 Elektrotechnik/Elektronik) Der reale Aufbau wird nachstehend gezeigt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: realer Versuchsaufbau (Quelle: Der Verfasser)

Ein Oszilloskop ist nur in der Lage Spannungen, aber keine Ströme anzuzeigen. Aus diesem Grund werden im Folgenden erst die Abnahmen der Spannungen im Versuch erläutert, um dann im Abschluss mit den ermittelten Werten die geforderten Ströme zu berechnen.

Die Abnahme der Spannungen erfolgte wie in Abbildung 6 über Channel I an Rm und über Channel II an RL.

Die Messung der Ausgangsspannung am Lastwiderstand Rl ergibt Folgendes 0Z- Bild, bei der 0Z-Einstellung von 50Hz, 2V/div und 2ms/div.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: OZ-Bild zur Messung der Ausgangsspannung an RL (Quelle: Der Verfasser)

Es ist zu bemerken, dass die Kurve keinen negativen Wert erreicht. Die Entladung des Kondensators sorgt für einen Spannungserhalt. Nach dem erreichen des unteren Scheitelpunktes beginnt der Kondensator erneut mit der Aufladung.

Der Maximalwert der Ausgangsspannung an RL reicht von Umin. 0,4V im entladenen Zustand des Kondensators, bis Umax. 8,4V im aufgeladenen Zustand des Kondensators.

Aus dem Spannungsabfall am Messwiderstand Rm lässt sich mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes der Strom an Ci (ic) bestimmen.

Das Oszilloskop zeigt bei einer Einstellung von 0,lV/div und 2ms/div das Folgende Messbild.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Messergebnis bei Spamnmgsabnahme an Rm (Quelle: Der Verfasser)

Die Spannung erreicht an Rm einen maximalen Stromdurchfluss von 0,22V. Der Kondensator lädt hier auf. Die Kondensatorentladung verläuft bis zu einem minimalen Stromdurchfluss von -0,l2V.

Nach den Versuchen aus Abbildung 9 und Abbildung ll können mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes der Maximalwert des Stromes durch den Kondensator ic, und der Minimalwert des Stromes durch den Kondensator icmin, errechnet werden. Eine direkte Darstellung von Stromwerten ist an einem Oszilloskop nicht möglich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Elektrotechnik / Elektronik)

Der reale Aufbau der Messung in nachfolgend zu sehen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Messaufbau zur Spannungsmessung an Diode (Quelle: Der Verfasser)

Das passende Prüfbild am Oszilloskop ist nachstehend mit den Einstellungen: 5V/div und 0,2ms/div zu sehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: Messbild zur Messung von UD (Quelle: Der Verfasser)

Es ist zu sehen wie die Diode sperrt und R damit nahezu unendlich wird. Die Quellspannung der Diode fallt damit ab. Die maximale Spannung an der Diode kann bei Umax=12,5V ermittelt werden.

Bei gleichem Messaufbau aber mit geänderter OZ-Einstellung auf 1V/div und 2ms/div lässt sich der zweite Wert der Diodenspannung aus vorstehender Darstellung (Abbildung 13) ablesen. Umin= -0,25V.

Die Auswertung der Versuche ergibt die Folgende Tabelle.

Tabelle 1: Messergebnisse einer Gleichrichterschaltung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Versuchsprotokoll zu Oszilloskop im Grundstromkreis)

2. Kennlinie einer Diode und eines Transistors

In diesem Versuch sind Eigenschaften und Kennlinien der elektronischen Bauelemente Diode und Transistor zu untersuchen. (Auf die Auswertung der Z- Diode wurde nach Absprache mit Hr. Dr. Fußeder verzichtet)

2.1 Aufnahme der Strom-Spannungskennlinie einer Diode

Für den Versuch wird eine erdungsfreie Spannungsquelle mit 12V benötigt

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 14: Erdungsfreie Spannungsquelle(Quelle: Der Verfasser)

Der Versuch wird nach Folgendem Schema aufgebaut

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 15: Versuchsaufbau zur Kennlinienaufnahme einer Diode (Quelle: Studienbrief 9 Elektrotechnik / Elektronik)

Der reale Versuchsaufbau ist in nachstehender Darstellung gezeigt. Der Widerstand beträgt real 99,7Ω und die Frequenz ca. 50Hz.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 16:Aufbau zur Kennlinienaufnahme einer Diode (Quelle: Der Verfasser)

Während des Versuches muss der „XY-Taster“ aktiviert bleiben. Jetzt kann die Y-Achse übertragen als die „Strom-Achse“ gesehen werden (obwohl nur Spannungen am Oszilloskop ausgelesen werden können), während die X-Achse als „Spannung-Achse“ angesehen werden kann.

An der Y-Achse wird die Widerstandsspannung UR angezeigt und an der X-Achse die Diodenspannung Ud.

Die damit erzeugte Strom-Spannungskennlinie der Diode ist in Folgender Darstellung (Abbildung 17) zu sehen. Am Oszilloskop wurden die nachstehenden Einstellungen eingegeben: 0,5V/div.

Die Ermittlung der Schleusenspannung Us erfolgt durch die Verlängerung des stetig steigenden Abschnittes der Y-Achse (der Widerstandsspannung UR) bis zu ihrem Schnittpunkt mit der X-Achse. Im Versuch ergibt sich eine Schleusenspannung von 0,7V.

Da das Oszilloskop, wie bereits erwähnt nur Spannungen darstellen kann, ist die Umrechnung des Arbeitspunktes bei einem Diodenstrom von 10mA in V notwendig:

U = R-I=99,7 Ω-lOmA « 1V

Mit der eingestellten Skalierung kann nun auch der Arbeitspunkt im OZ-Bild eingetragen werden.

Abbildung 17: Kennlinie einer Diode (Quelle: Der Verfasser)

Für die Berechnung des statischen Widerstandes RD bei einem Diodenstrom von A ττ пат/ 10mAgilt:

AUd wird durch das einzeichnen eines Steigungsdreiecks vom Schnittpunkt des Arbeitspunktes bis zur Nulllinie und dem 0-Punkt des X-Y-Achsenkreuzes ermittelt (siehe weißes Steigungsdreieck in Abbildung 19). Daraus ergibt sich ein statischer Widerstand von RD = 60Ω.

Für die Berechnung des dynamischen Widerstandes rD bei einem Diodenstrom von 10mA gilt:

AU wird durch das einzeichnen einer Tangente durch den Arbeitspunkt ermittelt.

Der Abstand des Schnittpunktes der Nulllinie mit der Tangente zu dem weißen Steigungsdreieck stellt AU grafisch dar. Die nachfolgende vergrößerte Darstellung (Abbildung 18) zeigt die grafische Auswertung. Damit ergibt sich ein dynamischer Wiederstand von rD = 5Ω.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Ermittelte Werte bei einem Diodenstrom von i=10mA

Abbildung 18: Vergrößemng zur Ermittlung von AU (Quelle: Der Verfasser)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Versuchsprotokoll zu Kennlinien einer Diode eines Transistors)

[...]

Ende der Leseprobe aus 62 Seiten

Details

Titel
Labor Elektrotechnik: Versuchsauswertung der Laborversuche
Hochschule
Hamburger Fern-Hochschule
Veranstaltung
Laborprüfung HFH-München
Note
bestanden ohne Nacharbeit
Autor
Jahr
2015
Seiten
62
Katalognummer
V304556
ISBN (eBook)
9783668028500
ISBN (Buch)
9783668028517
Dateigröße
4761 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
HFH-Laborprüfung-Elektrotechnik, Labor-Elektrotechnik, HFH, Hamburger-Fern-Hochschule, Elektrotechnik, Elektro-Labor, Laborprüfung, HFH-München, Praktische-Prüfung-Elektrotechnik, Modul Elektrotechnik, Oszilloskop, Transistor, Spannungskennlinie, Kennlinie, Frequenz, Schaltung, OPV, NPN, Grenzfrequenz, Diode, OZ, Operationsverstärker
Arbeit zitieren
Andreas Buchta (Autor), 2015, Labor Elektrotechnik: Versuchsauswertung der Laborversuche, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/304556

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