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Version 6 1
RE 1.1
Heizwicklung eines Boilers
Welchen Strom nimmt eine Heizwicklung eines Boilers von 40, 5 Ω Widerstand bei 230 V auf?
A ,679 5
Panzerheizkörper
Rohrheizkörper Keramikheizkörper
Heizdraht aus Konstantan
2
RE 1.2
Vorwiderstand
Ein Vorwiderstand, der auf 3, 82 Ω eingestellt ist, wird von 16 ,5 A durchflossen.
Wie gross ist die zwischen den Vorwiderstandsklemmen herrschende Span- nung?
V ,03 63
R
VR
U
VI
V06. Februar 2017 www.ibn.ch
Version 6 3 Widerstand einer Glühlampe
Wie gross ist der Widerstand einer 60 W Glühlampe welche an 230 V ange- schlossen werden kann!
Ω
7
881,
4
RE 1.3
Vernickeln von Schrauben
Beim Vernickeln misst man 8 V Spannung und 18 A Stromstärke. Berechnen Sie den Widerstand des Vernickelungsbades.
Ω
4444
0,
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Version 6 5
RE 1.4
Kenndaten Widerstand
Ein Widerstand ist wie folgt angeschrieben: 165 Ω - 2 ,5 A . Welche Spannung muss angelegt werden, damit der Nennstrom fliesst?
V ,5 412
Der Nennstrom ist der Strom der bei Nennbedingungen, also bei den Bedin- gungen für welchen das Bauteil bzw. das
Betriebsmittel gebaut ist.
6
RE 1.5
Lichtbogen einer Lampe
Die Spannung am Lichtbogen einer Lampe ist bei 62 A Stromstärke 48 V . Berechnen Sie den Widerstand des Lichtbogens.
Ω 7742 0,
Xenon-Gasentladungslampe mit 15 kW aus einem
IMAX-Filmprojektor
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Version 6 7 Stromquelle
Eine Stromquelle schickt durch einen Widerstand R = 60 Ω einen Strom von 3 Ampere. Wie gross ist die Klemmenspannung U ?
V U = 180
Ideale Quelle Die Stromquelle liefert eien konstan-
ten Strom durch den Verbraucher.
Reale Quelle In der Realität sind aber die Quellen von der Belastung abhängig und die Klemmenspannung sinkt bei grösserer
Stromentnahme.
Nichtlineare Quelle
8 Lichtnetz
Schliesst man an das Lichtnetz (230 V) einen Widerstand an, so wird er von 4 Ampere durchflossen.
Wie gross ist dieser Widerstand?
Ω
5
57,
R =
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Version 6
9 Glühlampe
Welchen Warmwiderstand R hat eine Glühlampe von 230 V und 0,45 Ampere?
Glühlampe Wolfram
E27 E
Halogen- Glühlampe
Wolfram E27
D
Halogen- Hochvolt GU10
C
Halogen- Niedervolt GU5.3
D
ϑ
511, 1 Ω R =
Nach 2013 dürfen Lampen der Energieklasse C und schlechter nicht
mehr verkauft werden.
10 Kochplatte
Eine Kochplatte ist an 230 V angeschlossen und hat einen Widerstand von 40 Ω . Wieviel Ampere fliessen durch die Sicherung (DII)?
Diazed
Grösse I Diazed
Grösse II Neozed
Sicherung
Überlastschutz kein Kurzschlussschutz
Feinsicherung (ohne Quarzsand)
A , I = 5 75
Blitzkochplatten sind Masse- kochplatten mit einem roten Punkt
in der Mitte. Sie haben eine ca.
500W grössere Leistung als an- dere gleichgrosse Masse- kochplatten. Der eigebaute Über- temperaturschutz (Bimetall) schal- tet ohne Kochgut nach etwa. 9 Minuten einen der drei eingebau-
ten Widerstände aus.
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Version 6
11
RE 1.6
Hochohmwiderstand
An einem Hochohmwiderstand von 16 k Ω liegt eine Spannung von
V 185 .
a) Berechnen Sie den Strom in Ampère und mA ! b) Stellen Sie die Rechnung in der unteren Grafik dar.
c) Lesen Sie den Strom bei einer Spannung von 100 V aus der Grafik heraus!
I [mA]
U [V]
A ,01156 0
mA ,56 11
Der Hochohmwiderstandist ein elektrischer Widerstand von mehr als 10 kΩ. Solche Widerstände werden aus Kostengründen meist nicht aus Metallegierungen, sondern überwiegend als Schichtwiderstände oder Massewiderstände unter Verwendung von Halbleitermaterialien ausgeführt.
Schichtwiderstand
12
RE 1.7
Drahtwiderstand
Ein Draht hat 86 m Ω Widerstand und wird von 12 A durchflossen. Welche Spannung inVolt und mV verbraucht er?
V .032 1
mV
1032
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Version 6 13
RE 1.8
Entstörwiderstand
Legt man an den Entstörwiderstand eines Zündkabels eine Spannung von V
,9
12 an, so fliesst ein Strom von 0 ,92 mA . Wieviele k Ω Wiederstand ergibt dies?
Ω
k
,02
14
14
RE 1.9
Oxidierte Batterieklemmen
An den beiden Klemmen einer Batterie hat sich durch Oxidation ein Über- gangswiderstand von je 30 m Ω gebildet. Welche Spannung geht an den Klemmen bei einer Stromaufnahme von 85 A total verloren?
V ,55 2
12V-Bleiakku (6 Zellen à 2V)
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Version 6 15
1.10 RE
Isolationsfehler an einem Wärmegerät
An einem Wärmegerät herrscht zwischen den Anschlussklemmen (L,N) eine Spannung von 224 V . Der Isolationswiderstand muss nach NIN-Vorschrift mindestens 1 M Ω betragen. Wie gross ist der durch diesen Widerstand flies- sende Strom (Ableitstrom gegen Erde)?
mA
,224
0
16
1.11 RE
Wasserzersetzungsapparat
In einem Wasserzersetzungsapparat fliessen 6600 A . Die Arbeitsspannung ist V
,65
1 . Wie gross ist der vorliegende Widerstand?
Ω m ,25 0
Oktetregel
Alle Atome streben immer nach einer gefüllten Valenzelektronenschale.
Elektronegativität In diesem Fall zieht das Sauerstoffteilchen mit seiner größeren Elektronegativität zwei Elektronen aus den Schalen der Wasser-
stoffteilchen näher zu sich, es wird dadurch zu einem negativ geladenen Anion. Die Wasserstoffteilchen werden zu Kationen, da ihnen nun ein Elektron fehlt.
Je grösser der EN-Unterschied der beiden Atome, bei der Bindung, je polarer ist die Bindung.
∆
EN > 1,7 Ionenbindung∆
EN < 1,7 Elektronenpaar- bzw. AtombindungH EN2,1
H EN2,1
H2O O
EN 3,5
Jonenbindung
Weil diese Ionen unterschiedlich geladen sind, bewegen sie sich beim Einschalten des Stroms zum entsprechenden Gegen-
pol also:
Kation Wasserstoff-
Ion (positiv geladen)
---> Kathode
Anion Sauerstoff-Ion
(negativ geladen)
---> Anode
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Version 6 17
1.12 RE
Spule eines Gleichstromrelais
Welchen Widerstand besitzt die Spule eines Gleichstromrelais, die bei 12 V Spannung einen Strom von 107 mA aufnimmt?
Ω
15
112 ,
18
1.13 RE
Innenwiderstand eines Messinstrumentes
Mit einem Voltmeter werden 403 V gemessen. Aus der Betriebsanleitung ist ersichtlich, dass das Instrument bei diesem Messbereich einen Eigenwider- stand von 5 ,8 k Ω hat. Berechnen Sie den durch das Voltmeter fliessende Strom!
mA
,48
69
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Version 6 19
RE 1.14
Hochohmwiderstand
Berechnen Sie die Spannung eines Hochohmwiderstandes, der Ω
M 6 ,
2 Widerstand besitzt und von 560 µ A Strom durchflosen wird!
V 1456
Ein 2-MΩ-SMD-Widerstand in der Baugröße 1206
(Raster in mm)
20
RE 1.15
Überspannungsableiter
Ein Überspannungsableiter führt bei 10 , 2 kV Spannung einen Ableit- strom von 10 , 4 kA . Welchem Widerstand entspricht dies?
Ω 9808 , 0
Fr. 175.-
In modernen Wohngebäuden werden zunehmend elektronische Geräte eingesetzt. Dort sind heute Fernseh-,
Stereo- und SAT-Receiver sowie Internet-PCs in Haushalten vorhan- den. Ebenso sind Mikrowelle, Kühl- schrank und Spül-/Waschmaschine mit Mikroprozessoren ausgestattet.
Für die Sicherheit sind Alarmanlagen und Videoüberwachungen installiert.
Werte von einigen 10’000 Fr. müssen geschützt werden. Denn für alle
Geräte und Anlagen gilt eines:
Überspannungen sind für sie tödlich.
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Version 6 21
RE 1.37
Mikrofon
Ein Mikrofon hat einen Widerstand von 60 Ω .
Wie gross ist der Strom, wenn es mit einer mitt- leren Spannung von 1 , 8 V betrieben wird?
mA 30
Prinzip und Funktion eines
Mikrofons
Schaltzeichen Mikrofon Ein Mikrofon (Mikrophon) ist ein Schallwandler, der Luftschall als Schallwechseldruckschwingungen in
entsprechende elektrische Span- nungsänderungen als Mikrofonsignal
umwandelt.
Tauchspulenmikroon
Elektret-Kondensatormikrofon
Kohlemikrofon
Piezo- oder Kristallmikrofon
22
RE 1.41
Begrenzungswiderstand
Die Nenndaten eines Begrenzungswiderstandes sind: R
V= 1 , 2 k Ω , mA
I = 22 .
U
1=U
VU
2U
R
VI
Welche Spannung darf man maximal am Vorwiderstand anlegen?
V
4
,
26
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Version 6 23
RE 1.44
Stromänderung
In einem galvanischen Bad wird durch Zugabe von Säure der Wider- stand 45 % verringert.
Um wie viel Prozent wird sich der Strom vergrössern, wenn die Span- nung beibehalten wird?
%
82
,
81
24
AE 2.4 1
Eierkocher
Ein elektrischer Eierkocher nimmt bei Anschluss an 230 V einen Strom von 1 , 9 A auf.
Wie gross ist der Widerstand der Heizwicklung?
Ω
0
,
121
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Version 6
25
AE 2.4 2
Relais
Ein Relais mit 500 Ω -Wicklungswiderstand (CuL Ø 0 , 19 mm ) wird an V
24 angeschlossen.
Bestimmen Sie Stromstärke und Stromdichte in der Relaisspule.
mA 48
/
2693 ,
1 A mm
CuL Kupferlackdraht mit
mm 19 ,
0 Durchmesser
26
AE 2.4 3
Heisswassergerät
Ein Heisswassergerät hat im Betriebszustand einen Widerstand von Ω
2 , 24 .
a) Machen Sie ein Schema mit Voltmeter, Ampèremeter und Wattme- ter sowie Verbraucher (Heisswassergerät)! Tragen Sie alle vor- handenen und berechneten Werte im Schema ein.
b) Wie gross ist die Stromaufnahme des Gerätes bei Anschluss an 230 V ?
c) Wie goss ist die Leistungsaufnahme des Heisswassergerätes?
A 504 , 9
W 2186
Symbol
Heisswassergerät
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Version 6
27
AE 2.4 4
Glühlampe
Wie gross ist der Widerstand und die Leistung einer Glühlampe, die bei Anschluss an 230 V einen Strom von 0 , 265 A aufnimmt?
Ω 9 , 867
W
95
,
60
28
AE 2.4 5
Stellwiderstand
Auf dem Leistungsschild eines Stellwiderstandes, der für Demonstrati- onszwecke benutzt wird, stehen folgende Angaben:
Strom 1 , 3 A Widerstand 330 Ω
a) Berechnen Sie die höchstzulässige Spannung!
b) Wie goss ist der Leitwert des Stellwiderstandes?
c) Bestimmen Sie die maximale Leistungsaufnahme mit drei ver- schiedenen Formeln!
d) Welche Möglichkeiten kennen Sie um die Leistung an einem Ver- braucher zu bestimmen. Machen Sie zu jeder Variante ein Schema mit Verbraucherwiderstand!
V 429
mS 03 , 3
W
7
,
557
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Version 6
29
AE 2.4 6
Kondensator
Welcher Strom fliesst durch die Isolation eines Kondensators, wenn der Kondensator an 12 V -Gleichspannung angeschlossen wird und der Isolationswiderstand (Dielektrikum) R
Isol= 1 , 2 M Ω beträgt?
µ A 10
Realer Kondensator Ersatzschaltung
Idealer Kondensator Phasenverschiebung zwi- schen Strom und Spannung
an einem idealen Kondensator
Symbol idealer
Kondensator
30
AE 2.4 7
Strommesser
Ein Strommesser zeigt bei Vollausschlag einen Strom von 30 mA an. In diesem Messbereich hat das Messgerät einen Innenwiderstand von
Ω 3 , 9 .
a) Welche Spannung fällt am Strommessgerät ab?
b) Machen Sie ein Schema mit Volt und Ampèremeter sowie einem Verbraucherwiderstand! Tragen Sie das Ergebniss in der Schal- tung ein!
c) Was ist bei der Messung mit Volt- und Ampèremeter zu beachten?
V 279 , 0
Vollausschlag
Messbereichsendwert
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Version 6
31
AE 2.4 8
Leitwertberechnungen
Berechnen Sie die Leitwerte folgender Widerstände:
a) 12 , 5 Ω , b) 20 k Ω , c) 0 , 0294 Ω , d) 15 m Ω und e) 180 Ω
S 08 , 0
µ S 50
S 01 , 34
S 67 , 66
mS
5
5
,
5
32
AE 2.4 9
Spannungsmesser
Ein Spannungsmesser hat einen Innenwiderstand von 4 k Ω / V .
a) Welcher Strom fliesst durch das Messgerät, wenn der Messbereich auf 50 V eingestellt ist und eine Spannung von 24 V angezeigt wird?
b) Machen Sie ein Schema mit Volt und Ampèremeter sowie einem Verbraucherwiderstand! Tragen Sie das Ergebniss in der Schal- tung ein!
c) Was ist bei der Messung mit Volt- und Ampèremeter zu beachten?
mA
12
,
0
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Version 6
33
AE 2.4 10
Wiederstandswerte
Bestimmen Sie die Widerstandswerte nachfolgender Leitwerte:
a) 1 , 35 S , b) 2 mS , c) 1 , 2 mS , d) 56 S und e) 0 , 833 m Ω
Ω 740 , 0
Ω 500 ,
Ω 3 , 833
Ω 01786 , 0
Ω
5
,
1200
34
AE 2.4 11
Kurzschluss Gleichstrommtor
Ein Kurzschluss an einem Motorklemmenbrett eines Gleichstrommo- tors überbrückt die Motorwicklungen, so dass nur noch die Leitung mit einem Leiterwiderstand von 0 , 4 Ω im Stromkreis liegt.
a) Zeichnen Sie ein Schaltungsschema der beschriebenen Situation mit Leiterwiderständen, Klemmenbrett und Motor!
b) Bestimmen Sie den Kurzschlussstrom für 440 V -Netzspannung!
A
550 ,
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Version 6
35
AE 2.4 12
Gelockerte Schraubenklemme
An einer gelockerten Schraubenklemme tritt bei 16 A Belastung ein Spannungsabfall von 400 mV auf.
a) Wie gross ist der Übergangswiderstand?
b) Welche Leistung wird am ungewollten Widerstand verbraucht?
Ω m 25
W 4 , 6
Achtung
Anschlussprobleme bei unachtsamer Arbeit
36
AE 2.4 13
Überstromunterbrecher
Ein Stromkreis ist mit einem Leitungsschutzschalter 16 A abgesichert.
a) Welche Spannung fällt am Leitungsschutzschalter ab, wenn sein Übergangswiderstand 7 m Ω beträgt und der Stromkreis mit 14 , 5 A belastet wird?
b) Welche Leistung wird im Überstromunterbrecher bzw. im Lei- tungsschutzschalter in Wärme umgesetzt!
V 1015 , 0
W 472 , 1
Schmelzsicherungen
Geräteschutz 250V 80A/D
Kleinleistungs- Sicherung
1,5 kA/G 250V
DIAZED DI, 10A 10 kA 250V
NEOZED D02, 40A 10 kA
40
DIAZED DII, 25A 50 kA 500V
40
DIAZED DIII, 40A 50 kA 500V
Norm SNV 24482 G2,400A
50 kA 500V
Norm CEI 269 NH00, 40A
50 kA 500V
Leitungsschutzschalter
Überlastschutz Kurzschluss-
schutz
Motorschutzschalter Der Motorschutz (zum Beispiel ein Motorschutzschalter) schützt Elektro- motoren (meist Asynchronmotoren) vor
thermischer Überlastung aufgrund mechanischer Überlastung oder bei Ausfall eines einzelnen oder zweier
Außenleiter.
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Version 6
37
AE 2.4 14
Autobatterie
Eine 12 V -Autobatterie liefert beim Anlassen 96 A .
a) Berechnen Sie den Widerstand im Anlasser-Stromkreis.
b) Welche Leistung wird beim Anlassen erzeugt?
c) Bestimmen Sie den Leitwert im Anlassfall.
Ω 125 , 0
W 1152
S 8
Anlassen eines Autos Eine Batterie, die als Energie-
quelle für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs, wie Elektro-
autos oder Hybridfahrzeugen dient, wird dagegen eher als Traktionsbatterie bezeichnet.
Ergänzend und zur Erhöhung der Ausfallsicherheit besitzen diese Fahrzeuge oftmals auch eine Starterbatterie zur Versor-
gung ihres Bordnetzes.
Säure-Dichte [g/cm³]
Ungefährer Ladezustand 1,28 Voll geladen 1,22 Normal geladen 1,18 Schwach geladen 1,12 Normal entladen 1,06 Tief entladen
Klemmen- Spannung
[V]
Ungefährer Ladezustand
>12,8 Voll geladen ca. 12,4 Normal geladen ca. 12,2 Schwach geladen ca. 11,9 Normal entladen
<10,7 Tief entladen
38
AE 2.4 15
Widerstands-Code
Wie gross sind die folgenden Widerstände, und welche Toleranzen gelten?
Widerstände 1
a) braun-grün-braun-silber b) rot-violett-rot-gold c) blau-grau-grün-silber
d) orange-weiss-schwarz-braun
Widerstände 2
e) braun-grün-braun-schwarz-silber f) rot-violett-rot-grau-gold
g) blau-grau-schwarz-grün-silber h) orange-weiss-schwarz-grau-braun
Kohleschicht- Widerstand mit 4 Farbringen
Ω k 1 ± 5 %
Widerstände bis und mit der Reihe E48 haben vier Farbringe.
Metallschicht- Widerstand mit 5 Farbringen
Farbe 1. Ring 2. Ring 3. Ring 4. Ring
Multipli- kator
5. Ring
Toleranz 6 Ring
TK 10-6
schwarz 0 0 0 - - 200
braun 1 1 1 101 1% 100
rot 2 2 2 102 2% 50
orange 3 3 3 103 - 15
Toleranz Zulässige Abweichung
vom Nennwert
(Sollwert)
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Version 6
39
AE 2.4 16
Widerstands-Code
Welchen Farbcode müssen die folgenden Widerstände tragen?
Kohleschicht-Widerstände
a) 1 , 2 k Ω ; ± 2 % b) 3 , 3 M Ω ; ± 10 % c) 39 k Ω ; ± 5 % d) 100 Ω ; ± 1 %
Metallschicht-Widerstände
e) 12 Ω ; ± 0 , 5 % f) 1 k Ω ; ± 2 % g) 200 Ω ; ± 5 % h) 100 M Ω ; ± 1 %
Kohleschicht- Widerstände haben 4 Farbringe
Ω k 1 ± 5 %
Metallschicht- Widerstände haben 5 Farbringe
Ω k 10 ± 1 %
Farbe 1. Ring 2. Ring 3. Ring 4. Ring
Multipli- kator
5. Ring
Toleranz 6 Ring
TK 10-6
schwarz 0 0 0 - - 200
braun 1 1 1 101 1% 100
rot 2 2 2 102 2% 50
orange 3 3 3 103 - 15
gelb 4 4 4 104 - 25
grün 5 5 5 105 0,5% 5
blau 6 6 6 106 0,25% -
violett 7 7 7 107 0,1% -
grau 8 8 8 - 0,05% -
weiß 9 9 9 - - 10
gold - - - 10-1 5% -
silber - - - 10-2 10% -
40
AE 2.4 17
Isolationswiderstand
In einer elektrischen Anlage wird der Isolationswiderstand zwischen L1 und L2 (ohne angeschlossene Verbraucher) gemessen.
Bei der Prüfspannung von 500 V fliesst der Strom von 900 mA . a) Wie gross ist der Isolationswiderstand?
b) Welcher Fehlerstrom fliesst bei einer Leiterspannung von 400 V ? c) Wie gross ist der Fehlerstrom zwischen L1 und N?
Messen des Isolationswiderstandes
Um kapazitive Einflüsse auszuschließen, muss Gleichspannung zum Messen verwendet werden. Die Höhe der Messspannung muss mindestens der Betriebs- spannung der Anlagen ent- sprechen. Gängige Werte sind 100 V für Fernmelde- und Kleinspannungsanlagen, 500V für Hausinstallationen und Hausgeräte und 1000 V
Ω 5 , 555
A 9 179 , 0
mA 7 , 415
Aussenleiter Stromführender Leiter (L1,
L2, L3) im Dreiphasen-
Wechselstrom-Netz
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Version 6
41
AE 2.4 18
Transistor als Schalter
In einer Transistorschaltung soll durch den Widerstand R
2des Ba- sisspannungsteilers ein Strom von 300 mA fliessen, der an diesem Wi- derstand einen Spannungsabfall von 0 , 7 V hervorruft.
R2 R1
a) Berechnen Sie den erforderlichen Kohleschicht-Widerstand!
b) Welcher nächsthöhere Nennwert ist nach E12 und E24 zu wählen?
c) Geben Sie den jeweiligen Farbcode an!
E-Reihe bestimmen
Es gibt sieben E-Reihen: E3, E6, E12, E24, E48, E96 und E192.
n = 3 ⋅ 2
a{ 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 }
∈ a
Die Zahl nach dem Kennbuchstaben E bedeutet die Anzahl der Werte für eine Dekade.
Als Faktor, um einen Wert zu berechen, ergibt sich bei der Reihe E12 aus:
n m
10
= 12 n
{ 0 , 1 , 2 ,...., 11 }
m ∈
Für Widerstände kleiner Leistung werden die nebenstehenden Reihen verwendet.
Ω 5 , 555
A 9 179 , 0
mA 7 , 415
Transistor Halbleiterbauelement wird z.B. als Verstärker oder als
Schalter verwendet.
Eingangskennlinie am Transistor
42
AE 2.4 19
Transistor als Schalter
Aus den Unterlagen einer elektronischen Schaltung lässt sich ein Strom von 0 , 24 mA durch den Widerstand R
1= 68 k Ω des Basisspan- nungsteilers ermitteln.
R
2R
1A
V
Welche Wert müsste bei einer Spannungmessung das Messgerät anzeigen?
V
32
,
16
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Version 6
43
AE 2.4 20
Leuchtdiode
Ein Metallschicht-Vorwiderstand ± 1 % einer weissen Leuchtdiode (Flussspannung ∆ u = 3 , 3 V ) soll bei einem Strom von ≤ 0 , 35 A und einer Netzspannung von U
0= 4 , 5 V die Restspannung abfallen.
a) Bestimmen Sie den Vorwider- standswert.
b) Welcher nächsthöhere Nenn- wert E12 ist zu wählen?
c) Welcher Strom fliesst im ge- wählten Widerstand?
d) Welche Leistung muss der Wi- derstand aufweisen!
e) Welchen Farbcode hat dieser Metallschicht-Widerstand?
Farbe Wellenlänge
λ
[mm]Intensität
I
[cd]Flussspannung
∆ u
[V] WerkstoffInfrarot >760 <
I
< ∆u<1,9 Galliumarsenid (GaAs)Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs)
Rot 610<
λ
<760 <I
< 1,63<∆ u
<1,9Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) Galliumarsenidphosphid (GaAsP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Galliumphosphid (GaP)
Orange 590<
λ
<610 <I
< 2<∆ u
<2,1 Galliumarsenidphosphid (GaAsP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Galliumphosphid (GaP)Gelb 570<
λ
<590 <I
< 2,1<∆ u
<2,2Galliumarsenidphosphid (GaAsP) Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Galliumphosphid (GaP)
Grün 500<
λ
<570 <I
< 2,0<∆ u
<3,4Indiumgalliumnitrid (InGaN) / Galliumnitrid (GaN) Galliumphosphid (GaP), Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) ,Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP), Zinkoxid (ZnO), in Entwicklung
Blau 450<
λ
<500 <I
< 2,48<∆ u
<3,7Zinkselenid (ZnSe), Indiumgalliumnitrid (InGaN) Siliziumkarbid (SiC)
Silizium (Si) als Träger, in Entwicklung Zinkoxid (ZnO), in Entwicklung
Violett 400<
λ
<450 <I
< 2,76<∆ u
<4,0 Indiumgalliumnitrid (InGaN)Ultraviolett 230<
λ
<400 <I
< 3,1<∆ u
<4,4Diamant (C) Aluminiumnitrid (AlN) Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN)
wess 230<
λ
<760 18<I
<22 3,2<∆ u
<3,4 Erzeugen weißen Lichtes mit einer ultravioletten Leuchtdio- de und Fluoreszenzfarbstoffen für rot, grün und blau.Ω 428 , 3
Ω 9 , 3
mA 7 , 307
W 3692 , 0
orange-weiss-schwarz-braun
Leuchtdiode
Eine Leuchtdiode (auch Lumineszenz- Diode, englisch light-emitting diode, deutsch lichtemittierende Diode, LED)
ist ein elektronisches Halbleiter- Bauelement. Fließt durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so strahlt
sie Licht, Infrarotstrahlung (als Infrarotleuchtdiode) oder auch Ultravi-
olettstrahlung mit einer vom Halb- leitermaterial und der Dotierung abhängigen Wellenlänge ab.
Flussspannung
Die Farbe einer Leuchtdiode hängt wesentlich vom Bandabstand des eingesetzten Halbleitermaterials ab.
Die Farbe entspricht direkt einer bestimmten Wellenlänge λ bzw. dem Kehrwert der Frequenz der emittierten
elektromagnetischen Strahlung. Die sich daraus ergebende Flussspan- nung bei Nennstrom, auch Durchlass-
spannung oder Vorwärtsspannung (englisch forward voltage) ist dann je
nach Farbe unterschiedlich.
E-Reihe
Es gibt sieben E-Reihen: E3, E6, E12, E24, E48, E96 und E192.
n = 3⋅ 2
a{ 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 }
∈ a
Die Zahl nach dem Kennbuchstaben E bedeutet die Anzahl der Werte für eine Dekade.
Als Faktor, um einen Wert zu bere- chen, ergibt sich bei der Reihe E12 aus:
n m
10
= 12 n
{ 0 , 1 , 2 ,...., 11 }
m ∈
Für Widerstände kleiner Leistung werden die nebenstehenden Reihen verwendet.
44
AE 2.4 21
Elektronische Schaltung (Weisse LED’s)
In einer elektronischen Schaltung wird an dem Kohleschicht-
Widerstand R2 ( grün-violett-gold-silber) eine Spannung von 2 V ge- messen.
IB
I
LEDI
LEDIB
V U
F= 3 , 3
V U
CE= 0 , 1
mA I
LED≤ 350
I
Bwird bei dieser Betrachtung vernachlässigt.
a) In welchem Bereich liegt die Stromstärke?
b) Wie gross ist die Abweichung vom Mittelwert des Stromes in Ampère und in Prozent?
Kohleschicht- Widerstände haben 4 Farbringe
Weisses Licht mit LED
Um mit Leuchtdioden weißes Licht zu erzeugen, kommen verschiedene Verfahren zur additiven Farbmischung zum Einsatz:
Erzeugen weißen Lichtes mit einer blauen Leuchtdiode und einem breitbandigen Fluoreszenzfarbstoff.
Erzeugen weißen Lichtes mit einer ultravioletten Leuchtdiode und Fluoreszenzfarbstoffen für rot, grün
und blau.
Fazit
Für Beleuchtungszwecke wird deshalb fast immer eine blaue LED mit nur einem gelben Leuchtstoff kombiniert,
meist Cer-dotiertem Yttrium- Aluminium-Granat-Pulver. Da blaue
LEDs den höchsten Wirkungsgrad haben (UV-LEDs hingegen weniger
als die Hälfte) und der Blauanteil sichtbar ist, ist das die wirtschaftlichs-
te Methode, weißes Licht per LED zu erzeugen.
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Version 6
45
AE 2.4 22
Spannungstoleranz
Die Nennspannung 230 V konnte vor 2003 um 6% grösser und um 10% geringer sein!
a) Berechnen Sie die maximale Spannung und die minimale Span- nung vor 2003!
b) Berechnen Sie die maximale Spannung und die minimale Span- nung nach 2003!
c) Wie gross ist die Stromänderung in Prozent nach 2003, wenn bei konstantem Widerstand die berechneten Spannungsänderungen auftreten?
V 8 ,
− 13 V + 23
V
− 23 V + 23
%
− 10
%
+ 10
46
AE 2.4 23
Stellwiderstand
Ein Stellwiderstand 330 Ω liegt an einer konstanten Spannung von V
230 . Die Stellänge beträgt 33 , 5 cm . I
R
1U
R
2l
∆ l
A
S
E
Um welche Strecke ∆ l muss der Schleifkontakt verschoben werden, um einen Strom von 1 , 2 A einzustellen?
Ω 6 , 191
cm
04
,
14
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Version 6
47
AE 2.4 24
Widerstandskennlinien
Bestimmen aus dem Diagramm durch Ablesung von I − U − Wertepaa- ren die Widerstände R
1bis R
6!
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
2
I [mA]
8 10 12 14 16 18 20
4 6
U [V]
1 2 3
4
5
6
Ω 200
Ω 400
Ω 700
Ω 50 , 1176
Ω 2500
Ω
000
'
5
48
AE 2.4 25
Widerstandskennlinien
Folgende Diagrammarbeiten sind durch Sie auszuführen:
a) Zeichnen Sie die Kennlinien für die Widerstände R
1= 1 , 5 k Ω , Ω
= k
R
22 , 7 und R
3= 6 , 8 k Ω in ein I − U − Diagramm ein, wenn jeder Widerstand an einer Spoannung von 24 V liegt.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
2
I [mA]
8 10 12 14 16 18 20
4 6
U [V]
b) Lesen Sie aus den drei Diagrammen die Ströme ab, die durch die
Widerstände fliessen, wenn sie an 17 V liegen!
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49
AE 2.4 26
Widerstandskennlinien eines Einstellwiderstandes
Ein einstellbarer Widerstand liegt an der konstanten Spannung V
U = 12 . Bei der Änderung des Widerstandes wurden folgende Stromwerte gemessen:
mA
I
1= 20 , I
2= 12 mA ; I
3= 6 mA , I
4= 4 mA , I
5= 2 , 4 mA , I
6= 1 , 2 mA , mA
I
7= 0 , 8 und I
8= 0 , 6 mA .
a) Berechnen Sie die eingestellten Widerstandswerte, und zeichnen Sie die Kennlinie in ein I − R − Diagramm ein.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
2
I [mA]
8 10 12 14 16 18 20
4 6
R [k ] Ω
b) Lesen Sie aus dem I − R − Diagramm die Stromstärke ab, wenn der Widerstand 6 , 8 k Ω beträgt.
c) Ermitteln Sie den Widerstandswert bei einer Stromstärke von mA
5 ,
3 . Prüfen Sie durch Rechnen die Ablesegenauigkeit!
Ω 600
Ω 1000
Ω 2000
Ω 3000
Ω 5000
Ω k 10
Ω k 15
Ω k 20
mA 75 , 1
Ω 3500
Ω
3429
50
AE 2.4 27
Widerstandstoleranz
Ein Widerstand R = 1 , 2 k Ω der Normreihe E12 darf höchstens an einer Spannung von U = 12 , 2 V angeschlossen werden.
a) Zeichnen Sie die Kennlinie für den minimalen und maximalen Wi- derstandswert in ein I − U − Diagramm ein.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2
[mA] I
8 10 12 14 16 18 20
4 6
U [V]
b) Ermitteln Sie aus dem Diagramm den Bereich, in dem die Strom-
stärke liegen kann, wenn der Widerstand an U = 12 V und an-
schliessend an U = 9 V liegt.
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51
AE 2.4 28
Kennlinie Einstellwiderstand
Ein einstellbarer Widerstand R = 330 Ω liegt an der Spannung von V
U = 220 . Der Widerstand kann in 6 Stufen gleichmässig verändert werden.
a) Berechnen Sie die einzelnen Widerstandswerte und die zugehöri- gen Ströme!
0 ,4
0 ,8
1 ,2
1 ,6
2 2 ,4
2 ,8
3 ,2
3 ,6
4 5 0
I [A ] 1 0 0 R [ ] Ω 1 5 0 2 0 0 3 0 0 2 5 0 3 5 0 U [V ]
b) Zeichnen Sie die Kennlinien in ein I − U − Diagramm ein.
c) Zeichnen Sie die Kennlinie I = f (R ) .
Ω 55 , 4 A
Ω 110 , 2 A
Ω 165 , 1 , 3 A
Ω 220 , 1 A
Ω 275 , 0 , 8 A
Ω
330 , 0 , 6 A
52
AE 2.4 29
Kennlinien von Schichtpotentiometer
In nachstehender Abbildung sind Widerstandskennlinien für Schicht- Potentiometer mit unterschiedlicher Charakteristik dargestellt.
a) Beschreiben Sie den Verlauf der Kennlinien a und b.
b) Der Nennwiderstand R
Nder beiden Widerstände R
Naund R
Nbbe- trägt 4 , 7 k Ω . Bestimmen Sie aus dem Diagramm die Widerstände für folgende Winkel: 100 ° , 150 ° , 200 ° und 250 ° .
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
40°
R/R
N[%]
160° 200° 240° 280° 320°
80° 120°
g(R )
2g(R )
1a
b c
Verschiedene Schicht-Potentiometer Ein Potentiometer (kurz Poti,
nach neuer deutscher Rechtschreibung auch Po- tenziometer) ist ein elektri- sches Widerstandsbauele- ment, dessen Widerstands- werte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben)
veränderbar sind. Es hat mindestens drei Anschlüsse
und wird vorwiegend als stetig einstellbarer Span- nungsteiler eingesetzt.
Symbol
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53
AE 2.4 30
Kennlinien von Spindelpotentiometer
Die nachstehender Abbildung zeigt Widerstände von Spindel- Potentiometer in Abhängigkeit von der Schleifenstellung:
a) Linear B,
b) Logarithmisch A „Audio“ und c) Spezial logarithmisch A
+.
Bestimmen Sie aus den Kennlinien die jeweiligen Widerstandswerte, wenn der Schleifer auf 60% des des elektrischen Schleifweges einge- stellt ist.
Die zu vergleichenden Potentiometer haben einen Nennwiderstand von 100 k Ω .
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
R/R
g[%]
40 50 60 70 80
20 30
B
A
+A
90 100 Schleiferweg [%]
Verschiedene Spindel-Potentiometer Spindel-Potentiometer ha- ben eine hohe Einstellge- nauigkeit. Sie werden z.B.
für die Einstellung der Steu- erspannung von Kapazitäts- dioden bei der Empfangsab- stimmung in Fernseh- und Rundfunkgeräten benutzt.
Präzisions-Drehknopf mit Präzisionsskala für 10 Gang
Potentiometer mit 6,35 mm Achse. Arretierbar.
Symbol
54
AE 2.4 31
Spannungsabhängiger Widerstand
Zur Ermittlung der Eigenschaften eines spannungsabhängigen Wider- standes wurden folgende Werte aufgenommen:
Spannung U [V ]
4 6 8 10 13 15 20 25Strom I [mA ]
0,22 0,53 1,3 2,1 4,7 6,8 17,5 40a) Zeichnen Sie die Kennlinie des Widerstandes in das nachfolgende
−
− U
I Diagramm ein.
4
8 1 2
1 6
2 0
2 4
2 8
3 2
3 6
4 0 2
I A ] 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 4 6
U [V ] 2 2 2 4
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54
AE 2.4 31
b) Berechnen Sie die jeweiligen Widerstandswerte.
Spannung U [V ]
4 6 8 10 13 15 20 25Strom I [mA ]
0,22 0,53 1,3 2,1 4,7 6,8 17,5 40Widerstand R [ k Ω ]
c) Zeichnen Sie die Kennlinie des Widerstandes in das nachfolgende
−
− U
R Diagramm ein.
2
4
6
8 1 0
1 2
1 4
1 6
1 8
2 0 2
R [k ] Ω 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 4 6
U [V ] 2 2 2 4
d) Zeichnen Sie zum Vergleich in beide Diagramme die Kennlinie für
einen konstanten Widerstand von 2 , 7 k Ω ein.
TG
7.1.2 101
Frage
Wie lautet die Formel für die Berechnung eines Widerstandes?
TG
7.1.2 102
Frage
Wie schnell ist ein Elektron bzw. wie weit bewegt sich ein Elektron pro Sekunde?
7.1.2
TG103
Frage
Kann man einen elektrischen Widerstand unter Spannung mit einem Ohm-Meter messen?
TG
7.1.2 104
Frage
Wie lauten die drei elktrischen Grössen im
Stromkreis (inklusive Formelzeichen)?
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Version 6
TG
7.1.2 105
Frage
Wie lautet die Formel des ohmschen Gesetzes?
TG
7.1.2 106
Frage
TG
7.1.2 107
Frage
TG
7.1.2 108
Frage
