Praktikum Elektronik I 8. Übung: Geschaltete RC-Glieder

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Praktikum Elektronik I

8. Übung: Geschaltete RC-Glieder

Prof. G. Kemnitz, Dr. C. Giesemann, TU Clausthal, Institut für Informatik 22. April 2021

Aufgabe 8.1: Hausaufgabe Teil 1

Schätzen Sie für das Testobjekt in der nachfolgenden Schaltung die Spannungsverläufe u

z

(t) und u

a

(t) für die gegebene rechteckförmige Eingangsspannung ab.

+

C = 1 µF D: 1N4148 U

F

≈ 0,7 V 5 V

0 t

P

= 100 ms t

C D

U

Q

u

e

u

z

R

1

R

2

u

a

DC2 DC3 AWG1, DC1

R

1

= 10 kΩ

U

Q

= 3 V R

2

= 16 kΩ

a) Stellen Sie für alle linearen Arbeitsbereiche die lineare Ersatzschaltung auf.

b) Transformieren Sie die linearen Ersatzschaltungen jeweils in die Grundschaltung eines ge- schalteten RC-Gliedes und lesen Sie aus dieser die Zeitkonstante τ und den stationären Wert U

_C⁽⁺⁾

, gegen den die Spannung über dem Kondensator strebt, ab.

c) Konstruieren Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung über dem Kondensator mit Hilfe von τ -Elementen.

d) Konstruieren Sie aus dem Spannungsverlauf über dem Kondensator, dem Eingangsspan- nungsverlauf und der entsprechenden Maschengleichung in der Ersatzschaltung die Span- nungsverläufe u

z

(t) und u

a

(t).

Aufgabe 8.2: Hausaufgabe Teil 2

Schätzen Sie auch für die nachfolgende Schaltung den Spannungsverlauf am Ausgang für den gegebenen Eingangsspannungsverlauf.

+

C = 1 µF D: 1N4148 U

F

≈ 0,7 V U

Q

u

e

u

a

R

1

R

2

D

C AWG1, DC1

u

z

DC3

DC2 5 V

0 t

P

= 100 ms t R

1

= 10 kΩ

U

Q

= 1 V R

2

= 16 kΩ

1

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G. Kemnitz: Praktikum Elektronik I. Geschaltete RC-Glieder (PE-A8) 2

a) Stellen Sie für alle linearen Arbeitsbereiche die lineare Ersatzschaltung auf.

b) Transformieren Sie die linearen Ersatzschaltungen jeweils in die Grundschaltung eines ge- schalteten RC-Gliedes und lesen Sie aus dieser die Zeitkonstante τ und den stationären Wert U

_C⁽⁺⁾

, gegen den die Spannung über dem Kondensator strebt, ab.

c) Konstruieren Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung über dem Kondensator mit Hilfe von τ -Elementen.

Aufgabe 8.3: Test der Schaltungen

Bauteile: Widerstände 10 kΩ und 16 kΩ; Elko 1 µF, Diode 1N4148

Bauen Sie die Schaltungen aus Aufgabe 8.1 und 8.2 nacheinander auf. Die Spannung U

Q

ist mit der Referenzspannung Vref1 nachzubilden. Stellen Sie am Signalgenerator den vorgegebenen Signalverlauf ein, zeichnen Sie die Ein- und Ausgabesignalverläufe auf, exportieren Sie die Daten nach Octave und stellen Sie die Ergebnisse mit Octave dar. Vergleichen Sie die aufgezeichneten Signalverläufe für u

z

und u

a

mit den zuvor abgeschätzten Signalverläufen.

Einstellungsempfehlungen:

• Signalgenerator: Type: Square, Frequency: 10 Hz, Amplitude: 2.5 V. Offset: 2.5 V.

• Oszilloskop, Time: Position: 500 ms. Base: 20 ms/div.

• In den Fenstern darunter für Channel 1 bis Channel 3: Offset: 0. Range: 1 V/div.

Abnahmekriterien

Aufgabe 8.1 und 8.2: Für alle linearen Arbeitsbereiche Ersatzschaltung, Gültigkeitsbereich, Zeit- konstante und stationärer Wert. Konstruierte Signalverläufe für u

z

und u

a

Praktikum Elektronik I 8. Übung: Geschaltete RC-Glieder

Praktikum Elektronik I

8. Übung: Geschaltete RC-Glieder

Prof. G. Kemnitz, Dr. C. Giesemann, TU Clausthal, Institut für Informatik 22. April 2021

Aufgabe 8.1: Hausaufgabe Teil 1

Schätzen Sie für das Testobjekt in der nachfolgenden Schaltung die Spannungsverläufe u

(t) und u

(t) für die gegebene rechteckförmige Eingangsspannung ab.

C = 1 µF D: 1N4148 U

≈ 0,7 V 5 V

0

t

= 100 ms t

C D

U

u

u

R

R

u

DC2 DC3 AWG1, DC1

R

= 10 kΩ

U

= 3 V R

= 16 kΩ

a) Stellen Sie für alle linearen Arbeitsbereiche die lineare Ersatzschaltung auf.

b) Transformieren Sie die linearen Ersatzschaltungen jeweils in die Grundschaltung eines ge- schalteten RC-Gliedes und lesen Sie aus dieser die Zeitkonstante τ und den stationären Wert U

, gegen den die Spannung über dem Kondensator strebt, ab.

c) Konstruieren Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung über dem Kondensator mit Hilfe von τ -Elementen.

d) Konstruieren Sie aus dem Spannungsverlauf über dem Kondensator, dem Eingangsspan- nungsverlauf und der entsprechenden Maschengleichung in der Ersatzschaltung die Span- nungsverläufe u

(t) und u

(t).

Aufgabe 8.2: Hausaufgabe Teil 2

Schätzen Sie auch für die nachfolgende Schaltung den Spannungsverlauf am Ausgang für den gegebenen Eingangsspannungsverlauf.

C = 1 µF D: 1N4148 U

≈ 0,7 V U

u

u

R

R

D

C AWG1, DC1

u

DC3

DC2 5 V

0

t

= 100 ms t R

= 10 kΩ

U

= 1 V R

= 16 kΩ

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G. Kemnitz: Praktikum Elektronik I. Geschaltete RC-Glieder (PE-A8) 2

a) Stellen Sie für alle linearen Arbeitsbereiche die lineare Ersatzschaltung auf.

b) Transformieren Sie die linearen Ersatzschaltungen jeweils in die Grundschaltung eines ge- schalteten RC-Gliedes und lesen Sie aus dieser die Zeitkonstante τ und den stationären Wert U

, gegen den die Spannung über dem Kondensator strebt, ab.

c) Konstruieren Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung über dem Kondensator mit Hilfe von τ -Elementen.

Aufgabe 8.3: Test der Schaltungen

Bauteile: Widerstände 10 kΩ und 16 kΩ; Elko 1 µF, Diode 1N4148

Bauen Sie die Schaltungen aus Aufgabe 8.1 und 8.2 nacheinander auf. Die Spannung U

und u

mit den zuvor abgeschätzten Signalverläufen.

Einstellungsempfehlungen:

• Signalgenerator: Type: Square, Frequency: 10 Hz, Amplitude: 2.5 V. Offset: 2.5 V.

• Oszilloskop, Time: Position: 500 ms. Base: 20 ms/div.

• In den Fenstern darunter für Channel 1 bis Channel 3: Offset: 0. Range: 1 V/div.

Abnahmekriterien

Aufgabe 8.1 und 8.2: Für alle linearen Arbeitsbereiche Ersatzschaltung, Gültigkeitsbereich, Zeit- konstante und stationärer Wert. Konstruierte Signalverläufe für u

und u

.

Aufgabe 8.3: Exportierte Daten und m-Skripte für die Darstellung der gemessenen Signalverläu- fe in Octave.

Die Teilnehmer sagen, welche Aufgaben sie gelöst haben. Der Hilfswissenschaftler führt Stichpro-

benkontrollen zu den als fertig gemeldeten Aufgaben durch.