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Werner-v.-Siemens-Labor für elektrische Antriebssysteme Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H. Biechl _________________________________________________________________________________________________________ Version 2.1 Fakultät Elektrotechnik Seite 1 / 16 Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik 2 (GET2) Versuch 2 Messungen mit dem Oszilloskop Lernziel: Dieser Praktikumsversuch dient dazu, Messungen mit dem Oszilloskop durchzuführen. Dabei sollen vor allem der Funktionsgenerator, das Oszilloskop sowie das elektrische Verhalten von Diode, Widerstand, Spule, Kondensator und ihre Kombination näher betrachtet werden.

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Werner-v.-Siemens-Labor für elektrische Antriebssysteme Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H. Biechl

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Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik 2

(GET2)

Versuch 2

MMeessssuunnggeenn mmiitt ddeemm OOsszziilllloosskkoopp

Lernziel: Dieser Praktikumsversuch dient dazu, Messungen mit dem Oszilloskop durchzuführen. Dabei sollen vor

allem der Funktionsgenerator, das Oszilloskop sowie das elektrische Verhalten von Diode, Widerstand,

Spule, Kondensator und ihre Kombination näher betrachtet werden.

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Versuche:

Einstellen und Messen verschiedener Wechselspannungen

Untersuchung und Messen der Einweggleichrichterschaltung

Frequenzgänge einer RC- Schaltung sowie einer RL-Schaltung

Die mit Info gekennzeichneten Abschnitte beinhalten zusätzliche, über die Vorlesung hinausgehende

Informationen.

Stückliste:

Geräte: Oszilloskop Fabr. Keysight mit Funktionsgenerator

Werkzeuge: Lötkolben

Werkzeugkiste „Löten“

Leitungen und Zubehör: 2x BNC / Stecker – Leitung

2 x „Hirschmann“- Klemmen rot

2 x „Hirschmann“- Klemmen schwarz

1x BNC / BNC Leitung

1 x BNC-T-Stück

Lötbrett

Bauteile: Widerstand 10kΩ; 1kΩ ; 100Ω

Diode 1N4004

Kapazität 22nF

Induktivität 1mH

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1. Versuchsvorbereitung

Nacharbeiten des Vorlesungsstoffes

Durcharbeiten der Praktikumsunterlagen

2. Versuche

2.1 Einstellen von Wechselspannungen

Bild 2.1. Aufbau der Schaltung

2.1.1 Einstellungen am Funktionsgenerator Die verschiedenen Einstellmöglichkeiten am Funktionsgenerator sind in Abschnitt 3 enthalten.

2.1.2 Einstellungen am Oszilloskop 2.1.2.1 Triggerung: Die Triggerung ist bei SOURCE auf CH1 und bei MODE auf Auto

einzustellen. Die verschiedenen Einstellmöglichkeiten am Oszilloskop sind Abschnitt 3 zu entnehmen.

Funktions- generator

BNC- Leitung

Oszilloskop

05) 10)

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2.1.3 Versuchsdurchführung Man stelle die folgenden Spannungsverläufe ein und gebe die jeweiligen Ablenkungskoeffizienten

(K t für Zeitablenkung bzw. KY für Spannungsablenkung) an:

Die Spannungsverläufe sind in Arbeitsblatt 01 einzutragen und die jeweiligen Ablenkungskoeffizienten

anzugeben. Es sind immer zwei Perioden darzustellen.

2.1.3.1 Sinusförmige Spannung, kHzfVU 10,0,1 ==

2.1.3.2 Rechteckspannung, kHzfVU SS 20,5,1 ==

2.1.3.3 Dreieckspannung, msTVU 2,0,1 ==

2.1.3.4 Man lasse sich von einem Kommilitonen eine Wechselspannung vorgeben und ermittle die Frequenz dieser Spannung.

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ARBEITSBLATT 01 Wechselspannungen einstellen

Ablenkungskoeffizienten:

Kt: _________ / DIV

KY:__________VOLT / DIV

Ablenkungskoeffizienten:

Kt: _________ / DIV

KY:__________VOLT / DIV

Ablenkungskoeffizienten:

Kt: _________ / DIV

KY:__________VOLT / DIV

Sinus-Spannung

Rechteck-Spannung

Dreieck-Spannung

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2.2 Einweg-Gleichrichter-Schaltung

Man baue mit Hilfe eines Lötbrettes die Einweg-Gleichrichter-Schaltung nach Bild 2.2 auf. Mit Kanal 1 wird die Eingangsspannung und mit Kanal 2 die Spannung über dem Lastwiderstand oszilloskopiert.

Achten Sie unbedingt auf

richtige Anschlüsse!

[ GND niemals mit CH1

oder CH2 verbinden(*) ]

Bild 2.2. Einweg-Gleichrichter-Schaltung Info: Kennzeichnung von Dioden:

Bei der im Praktikum verwendeten Diode wird die Kathode durch einen Farbring gekennzeichnet.

Info: Strom-Spannungsverhalten von Dioden (genauere Informationen in den Vorlesungen

„Werkstoffkunde“ und „Elektronische Bauelemente“): Die Strom-/ Spannungskennlinie der Diode ist stark nichtlinear; sie wird näherungsweise durch

folgende analytische Funktionen beschrieben

2.2.1 Versuchsdurchführung 2.2.1.1 Man oszilloskopiere für die Eingangsspannungen Sinus, Rechteck und Dreieck mit

jeweils USS = 5V und f =1kHz die Verläufe u1(t) und u2(t). 2.2.1.2 Worin liegen die prinzipiellen Unterschiede zwischen Eingangs- und Ausgangs-

spannung?

2.2.1.3 Was fällt bei 2U (max. Spannung am Lastwiderstand) in Vergleich zu 1U (max.

Eingangsspannung) auf? Wodurch lässt sich dies erklären?

ID

UD ≈ 0,7V |Si

Kathodenseite

K

A

1 .

ln 1

D

TD S

DD T

S

UN U

I I e bzw

IU N U

I

= ⋅ −

= ⋅ ⋅ +

12

19

Real

: ( )

: 26 300

: 1,38 10

:

: 1,602 10

: 1

S

BT

B

I Sperrstrom Bauelementspezifisch

k TU Temperaturspannung mV K

e

VAsk Bolzmannkonstante : K

T absolute Temperatur des Bauteils

e Elementarladung As

N Emissionskoeffizient N

⋅= ≈

= ( )ideal...2 1N =

Funktions- generator Lötbrett

Oszilloskop

CH 1

RLAST =

10kΩ

CH 2

GND

1N4004

A K

u1(t) u2(t) G

05) 10), 11)

(* ,schwarzer Anschluß)

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ARBEITSBLATT 02 Einweg-Gleichrichter-Schaltung

Ablenkungskoeffizienten:

Kt: _________ / DIV

KY:__________VOLT / DIV

Ablenkungskoeffizienten:

Kt: _________ / DIV

KY:__________VOLT / DIV

Ablenkungskoeffizienten:

Kt: _________ / DIV

KY:__________VOLT / DIV

Sinus-Spannung

Rechteck-Spannung

Dreieck-Spannung

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2.3 RC- Tiefpass Es ist die Schaltung nach bild 2.3, bestehend aus Widerstand und Kondensator, aufzubauen. Für

die Eingangsspannung, die auf Kanal 1 gelegt wird, ist u1(t)=2,5V sin(2πƒ⋅ t) zu wählen. Die Ausgangsspannung u2(t) wird auf Kanal 2 geführt.

Bild 2.3. RC-Tiefpass

2.3.1 Amplituden- und Phasengang Der Amplituden- bzw. Phasengang des Spannungsverhältnisses des RC- Tiefpasses kann wie folgt

berechnet werden:

Amplitudengang

( )

2

21

1( )

1 2U

Uv f

Uf R Cπ

= =

+ ⋅ ⋅

Phasengang ( )( ) 2f arctan f R Cϕ π∆ = − ⋅ ⋅

2.3.2 Versuchsvorbereitung

2.3.2.1 Tragen Sie in die Diagramme 04, 05 jeweils die Grenzfrequenz 12gf

RCπ= ein.

2.3.2.2 Berechnen Sie analytisch die Kurvenverläufe vU(f) und ∆ϕ(f) und tragen Sie diese in die Arbeitsblätter 04 / 05 ein.

2.3.3 Versuchsdurchführung 2.3.3.1 Bestimmen Sie mit Hilfe des Oszilloskops für sinnvolle Frequenzen Werte für vU(f)

und ∆ϕ(f). Verwenden Sie hierzu das Arbeitsblatt 03. Tragen Sie anschließend die Kurvenverläufe in die Arbeitsblätter 04 und 05 ein.

2.3.3.2 Sind Abweichungen von der errechneten Kurve vorhanden und wie können diese erklärt werden?

Funktions- generator

Lötbrett

Oszilloskop

CH 1 R =1kΩ

CH 2

GND

u1(t) C = 22nF

u2(t) G

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ARBEITSBLATT 03 Messwerttabelle RC- Tiefpass

f [Hz] 1U [V]

2U [V] vU(f) δ in DIV ° / DIV ∆ϕ [°]

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ARBEITSBLATT 04: RC- Tiefpass Amplitudengang vU(f)

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ARBEITSBLATT 05: RC- Tiefpass Phasengang ∆ϕ(f)

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2.4 Versuch 4: RL- Hochpass

Es ist die Schaltung nach Bild 2.4.1, bestehend aus Widerstand und Induktivität, aufzubauen.

Für die Eingangsspannung, die auf Kanal 1 gelegt wird, ist u1(t)=2,5V sin(2πƒ⋅ t) zu wählen. Die Ausgangsspannung u2(t) wird auf Kanal 2 geführt.

Bild 2.4. RL-Hochpass

2.4.1 Amplituden- und Phasengang Der Amplituden- bzw. Phasengang des RL-Tiefpasses kann wie folgt berechnet werden:

Amplitudengang

( )2

1( )

12

Uv f

Rf Lπ

=

+⋅

Phasengang ( )( )2

Rf arctanf L

ϕπ

∆ = −⋅

2.4.2 Versuchsdurchführung

2.4.2.1 Tragen Sie in die Diagramme 07, 08 jeweils die Grenzfrequenz 2g

RfLπ

=⋅

ein.

2.4.2.2 Berechnen Sie analytisch die Kurvenverläufe vU(f) und ∆ϕ(f) und tragen Sie diese in die Arbeitsblätter 07 / 08 ein.

2.4.3 Versuchsdurchführung 2.4.3.1 Bestimmen Sie mit Hilfe des Oszilloskops für sinnvolle Frequenzen Werte für vU(f)

und ∆ϕ(f). Verwenden Sie hierzu das Arbeitsblatt 06. Tragen Sie anschließend die Kurvenverläufe in die Arbeitsblätter 07 und 08 ein.

Funktions- generator

Lötbrett

Oszilloskop

CH 1 R =100Ω

CH 2

GND

u1(t) L = 1mH

u2(t) G

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ARBEITSBLATT 06 Messwerttabelle RL- Hochpass

f [Hz] 1U [V]

2U [V] vU(f) δ in DIV ° / DIV ∆ϕ [°]

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ARBEITSBLATT 07: RL- Hochpass Amplitudengang vU(f) des Spannungsverhältnisses

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ARBEITSBLATT 08: RL- Hochpass Phasengang ∆ϕ(f) des Spannungsverhältnisses

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3. Anhang Die Bedienungsanleitung finden Sie als PDF-Datei im Netz!