Musterloesung
28. September 2007
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• Benutzen Sie f¨ur die L ¨osung der Aufgaben nur das mit diesem Deckblatt ausgeteilte Papier.
L ¨osungen, die auf anderem Papier geschrieben werden, k ¨onnen nicht gewertet werden. Wei- teres Papier kann bei den Tutoren angefordert werden.
• Notieren Sie bei der Aufgabe einen Hinweis, wenn die L ¨osung auf einem Extrablatt fortge- setzt wird
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1 20
2 15
3 15
4 15
5 15
6 20
Musterloesung
1. Aufgabe (20 Punkte): Fragen aus verschiedenen Gebieten
1.1. Harmonische Gr¨oße (1 Punkt)
Was versteht man unter dem Begriff harmonische Gr¨oße?
L¨ osung:
Eine Groe, deren Zeitverlauf durch die Sinus- bzw. Cosinus-Funktion zu beschreiben
ist.
1.2. Ortskurve (2 Punkte)
Zeichnen Sie den Verlauf der Ortskurve f¨ur Impedanz und Admittanz der RL-Reihenschaltung in Abh¨angigkeit des Parameters L in die vorbereiteten Diagramme ein. Markieren Sie die Punkte L = 0 und L → ∞ in beiden Ortskurven.
R L
Im ( Z)
Re (Z)
Im (Y)
Re (Y)
L=0 L 8
L=0 L 8
1.3. Ausgleichsvorg¨ange (1 Punkt)
Was versteht man unter einem station¨aren Zustand?
L¨ osung:
Einen stabilen Zustand, indemsich keine Systemgroe(
U,I
) mehrandert.Musterloesung
1.4. Ausschalten einer RL-Reihenschaltung (1 Punkt)
Skizzieren Sie den Verlauf des Stromes i
Ldurch die Spule, wenn der Schalter zum Zeitpunkt t = t
0umgeschaltet wird (U = 10V, L = 1mH, R = 100 Ω ).
R i
LU L
t= t0
i
L(t)
t i
L(t
0)
1.5. L¨osungsansatz f ¨ur eine Differenzialgleichung erster Ordnung (1 Punkt) Gegeben ist eine Differenzialgleichung erster Ordnung:
d
dt x(t) + a · x(t) + b = 0
Geben Sie den allgemeinen L¨osungsansatz f¨ur eine solche Differenzialgleichung an.
L¨ osung:
x(t) = k · e
p·toderauch mitkonstantem Anteil
x(t) = k · e
p·t+ k
0Musterloesung
1.6. Unabh¨angige Energiespeicher (1 Punkt)
Wieviele unabh¨angige Energiespeicher besitzt das folgende Netzwerk?
C
2R
3U
0C
1R
2R
1L R
CuL
C
4C
3U
0R
4L¨ osung:
sechs!
1.7. Gesteuerte Quelle (2 Punkte)
Geben Sie die Schaltung einer spannungsgesteuerten Spannungsquelle an. Welche Dimension hat der Proportionalit¨atsfaktor einer spannungsgesteuerten Spannungsquelle
L¨ osung:
ManerrechnetdieAusgangsspannungeinerstromgesteuertenSpannungsquellenach
U
out= K · U
in, mitK = U
out/U
in ist der Proportionalitatsfaktor eine Spannungsverstarkung und somit dimensionslos.1.8. Transimpedanz (1 Punkt)
Was versteht man unter dem Begriff einer Transimpedanz?
L¨ osung:
Proportionalitatsfaktor einerstromgesteuerten Spannungsquelle
1.9. H-Parameter Ersatzschaltbild (2 Punkte)
Zeichnen Sie die Ersatzschaltung zur Realisierung eines Zweitors, dessen H-Parameter gegeben sind
mit
H
11H
12H
21H
22L¨ osung:
Musterloesung h11
h
12u
2h
21i
1u
1h
22u
2i
1i
2Musterloesung
1.10. Einhalten der Torbedingung (1 Punkt)
Ist bei der folgenden Schalten die Einhaltung der Torbedingung gew¨ahrleistet?
L¨ osung:
No
1.11. Bodediagramm (2 Punkte)
Skizzieren Sie die Bodediagramme f¨ur Amplituden- und Phasenfrequenzgang f¨ur die folgende RC- Schaltung
U
EI
EI
AU
AR C
20log|H(j ω )|
/dB
ω / ω
G
arg(H(j ω ))/
rad
1 2 3 4
-4 -3 -2 5 6 -4 -3 -2 1 2 3 4 5 6
ω / ω
G
π/2
−π/2
-10
-20
Musterloesung
1.12. Harmonische Zerlegung (1 Punkt)
Skizzieren Sie das Amplitudenspektrum der Spannung
u(t) = 8V sin( ω
0t) + 5V sin(3 ω
0t) + 5V sin(5 ω
0t) + 1V sin(7 ω
0t) mit ω
0= 2 π · 50Hz
u( ω )/V
ω/ω
02 4 6 8 10
1 3 5 7
1.13. Orthogonalit¨atsrelation (1 Punkt)
Beschreiben Sie die Orthogonalit¨atsrelation stichpunktartig oder mit einer Formel.
L¨ osung:
Kern derReihenentwicklungen ist die Orthogonalitatsrelati on
Z
T0
g
1(t) · g
2(t) =
= 0
mitg
16 = g
2> 0
mitg
1= g
2(1)
•
SindzweiFunktionenverschieden, soist dasIntegral
ubereine Periode Null
•
SinddiezweiFunktionengleich,soliegtdasQuadrateinerFunktionvor,dasIntegral
ubereine Periode verschwindet nicht
1.14. Zusammenhang von Fourier- und Laplace-Transformation (2 Punkte)
Erl¨autern Sie stichpunktartig den Zusammenhang von Fourier- und Laplace-Transformation L¨ osung:
•
dieFouriertransformationistTeilderLaplacetransformationfurSignale, dieabsolutintegrierbar sind,also im Unendlichen abklingen.
•
die Laplacetransformation fuhrt eine kunstliche Bedampfung periodischer Signaleeinundstellt absoluteIntegrierbarkeit sicher.
•
Die Laplacetransformierte existiert in der gesamten komplexen Ebene, sowie dieIntegrale existieren; die Fouriertransformierte existiert aufder imaginarenAchse
Musterloesung
1.15. Bandpassfilter (1 Punkt)
Skizzieren Sie den Amplitudenfrequenzgang eines Bandpasses.
20log|H(j ω )|
/dB
0 10
-10
Musterloesung
2. Aufgabe (15 Punkte): Ausgleichsvorg¨ange: Einschalten
In der nebenstehenden Schaltung ist der Kon- densator C auf eine Spannung von U
DC= 7, 5 kV aufgeladen. Der Schalter S1 wird zum Zeitpunkt t = 0 geschlossen. F¨ur die Bauteile gelten die folgenden Werte:
R = 27 Ω C = 1000 µ F L = 1000 µ H
R C
L S1
uL uR
uC
iL iC
iR
2.1. Zeichnen des Verlaufes der Kondensatorspannung (3 Punkte)
Zeichnen Sie qualitativ die m¨oglichen Verl¨aufe der Spannung u
CDiagramm ein.
Hinweis Denken Sie an alle m¨oglichen Verl¨aufe, Sie haben noch nicht gerechnet!
uC [kV]
t [s]
-10 0
-7.5 -5.0 2.5 5
0 5m 10m 15m 20m 25m 30m
-2.5 10 7.5
-10m -5m
2.2. Differenzialgleichung (4 Punkte)
Stellen Sie die Differenzialgleichung f¨ur die Spannung u
C¨uber dem Kondensator C auf. Schreiben Sie die Differenzialgleichung in der Form
d
2dt
2u
C+ 2 · δ d
dt u
C+ ω
o2u
C= 0 (2)
her. Geben Sie hierbei die Terme f ¨ur δ und ω
0an!
L¨ osung:
Die Knotenregel liefert die Gleichung
i
L+ i
R− i
C+ 0 (1 Punkt) (3)
Musterloesung
Mitden Beziehungen furStromundSpannung an denElementen
R
,L
undC i
R= 1
R u
Ci
L= 1 L Z
u
Cdt i
C= − C d
dt u
C(1 Punkt) (4)
erhaltman dieDGL zu
C d
dt u
C+ 1 R u
C+ 1
L Z
u
Cdt = 0 d
2dt
2u
C+ 1 RC
d
dt u
C+ 1
LC u
C= 0 d
2dt
2u
C+ 2 δ d
dt u
C+ ω
02u
C= 0 (1 Punkt) (5)
mit
δ = 1
2RC ω
0= 1
√ LC (1 Punkt) (6)
2.3. Randbedingungen (2 Punkte)
Welche Randbedingungen gelten f¨ur die Spannung u
Cbei t = 0 und f¨ur t → ∞?
L¨ osung:
u
C(t = 0) = U
DC= 7,5 kV (7)
u
C(t → ∞) = 0 (1 Punkt) (8)
2.4. L¨osung (3 Punkte)
Mit δ < ω
0liegt hier der Fall des ged¨ampften, periodischen Einschwingens vor. Geben Sie die L¨osung f¨ur die Spannung u
Can.
Hinweis: Vereinfachen Sie f¨ur diesen Fall die Kreisfrequenz des periodischen Anteils mit ω =
q ω
02− δ
2L¨ osung:
Der Ansatz furdieSpannung
u
C istu
C= K · e
−δt· cos( ω t) (1 Punkt) (9)
Ein Sinus-Termist wegender Randbedingung
u
C(0) = 0
nicht sinnvoll, manbestimmtK
ausdenRandbedingungen zurZeit
t = t
0:u
C(0) = U
DC= K · e
−δ·0cos( ω · 0) (10)
Musterloesung
underhalt
K = U
DC(1 Punkt) (11)
Der Spannung wird alsobeschrieben mit
u
C= U
DCe
−δt· cos(ωt) (1 Punkt) (12)
2.5. Erweiterung der Schaltung (3 Punkte)
Die Schaltung wird um einen weiteren Konden- sator C = 1000 µ F erweitert. Dieser ist zur Zeit t = 0 entladen.
R C
L S1
uL uR
uC
iL iC
iR
C
Zeichnen Sie qualitativ die m¨oglichen Verl¨aufe der Spannung u
CuC [kV]
t [s]
-10 0
-7.5 -5.0 2.5 5
0 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 40m
-2.5 10 7.5
L¨ osung:
VerlaufimPrinzipwieinAufgabe2.1.Beginntbei7.5kVundFrequenzderSchwingungen
warehoher, da die Energiezusatzlich zwischen denChin- undherschwingt.
Musterloesung
3. Aufgabe (15 Punkte): Ortskurve und Maschenstromverfahren
C1
C2
I4
R1
U1
R2 L1
R3
R4
I5
U2
U3 R5
I6
3
1 2
I3
I2 I1
I4
3.1. Ortskurve (3 Punkte)
Skizzieren Sie die Ortskurve der Impedanz Z ( ω ) f¨ur das Teilnetzwerk bestehend aus L
1, C
1und R
2(gestrichelter Kasten) im unten stehende Diagramm. Tragen Sie hierf¨ur die Teilortskurven auf und konstruieren Sie daraus den Gesamtverlauf.
L¨ osung:
Musterloesung
3.2. Vorbereitung der Schaltung (2 Punkte)
Bereiten Sie durch Vereinfachungen die oben gezeigte Schaltung f¨ur eine Maschenstromanalyse vor.
Beachten Sie dabei die Quellen und nummerieren Sie die Maschen.
L¨ osung:
C
2R
1U
1Z
2=
1+R2jωC1R2
Z
1= j ω L
1R
3R
4I
5U
2U
3+ U
2R
5I
63
1 2
I
2I
1I
4I
4· R
3neu! I
73.3. Maschengleichungen (3 Punkte)
Stellen Sie f¨ur die Maschen 1. . . 3 die zugeh¨origen Maschengleichungen auf. Sortieren Sie diese so um, dass sich daraus die Elemente der Impedanzmatrix direkt ablesen lassen.
L¨ osung:
3.4. Impedanzmatrix (2 Punkte)
Erstellen Sie aus den Maschengleichungen in Aufgabe 3.3 die Impedanzmatrix Z des Netzwerkes.
Musterloesung
3.5. Quellenvektor (1 Punkt)
Erstellen Sie aus den Maschengleichungen in Aufgabe 3.3 den Quellenvektor U
qdes Netzwerkes.
L¨ osung:
3.6. Inzidenzmatrix (4 Punkte)
Stellen Sie die Inzidenzmatrix A sowie den dazu geh¨origen Vektor der Einzelstr¨ome I auf und geben Sie die Berechnungsformel f¨ur den Strom I
3an.
L¨ osung:
Musterloesung
A
Musterloesung
4. Aufgabe (15 Punkte): Knotenpotentialverfahren mit Zweitor
I1 R1
U3
R3
U2
C1
L2
R4 L3
R2
L1
1
2
3
4.1. Sprungantwort (5 Punkte)
An das Teilnetzwerk bestehend aus R
4und L
3wird die Spannung u
Aangelegt. Diese springt bei t = 0 auf den Wert U
0.
R4 L3
i4 i3
uA
iE
U0 uA
t
(a) Berechnen Sie f¨ur t ≥ 0 den Strom i
4im Zeitbereich L¨ osung:
U
0= R
4· i
4⇒ i
4=
UR04
(b) Berechnen Sie f¨ur t ≥ 0 den Strom I
4(s) im Laplace-Bildbereich L¨ osung:
I
4(s) =
UR04
·
1s(c) Berechnen Sie f¨ur t ≥ 0 den Strom I
3(s) im Laplace-Bildbereich
L¨ osung:
Musterloesung U0= L
3· di dt
3
L { U
0} = U
0s = L
3·
s · I
3− i
3(0)
| {z }
=0
= L
3· s · I
3I
3(s) = U
0L
3· 1 s
2(d) Berechnen Sie f¨ur t ≥ 0 den Strom i
3im Zeitbereich. Es gilt L { t } =
s12. L¨ osung:
i
3= L
−1{ I
3(s) } = U
0L
3· t
(e) Berechnen Sie f¨ur t ≥ 0 den Strom i
Eim Zeitbereich.
L¨ osung:
i
E= i
4+ i
3= U
0R
4+ U
0L
3· t
4.2. Vorbereitung der Schaltung (2 Punkte)
Bereiten Sie durch Vereinfachungen die oben gezeigte Gesamtschaltung f¨ur eine Knotenpotentialana- lyse vor. Beachten Sie dabei die Quellen und nummerieren Sie die Knoten. Zeichnen Sie anschließend die Potentialpfeile ein.
L¨ osung:
I1
Z1=R1+ 1
jωC1
L2
Z2= jωL3R4
R4+jωL3
L1
1
2
3
E1
E3
I2
R2 1 R3
E2
4.3. Knotengleichungen (3 Punkte)
Stellen Sie f¨ur die Knoten 1. . . 3 die zugeh¨origen Knotengleichungen auf. Sortieren Sie diese so um,
Musterloesung
L¨ osung:
4.4. Admittanzmatrix (2 Punkte)
Erstellen Sie aus den Knotengleichungen in Aufgabe 4.3 die Admittanzmatrix Y des Netzwerkes.
L¨ osung:
Musterloesung
4.5. Quellenvektor (1 Punkt)
Erstellen Sie aus den Knotengleichungen in Aufgabe 4.3 den Quellenvektor I
qdes Netzwerkes.
L¨ osung:
4.6. Spannung U
3(2 Punkte)
Berechnen Sie die Formel f¨ur die Spannung U
3.
L¨ osung:
Musterloesung
5. Aufgabe (15 Punkte): Frequenzverhalten von Vierpolen
Gegeben ist die Schaltung eines Zweitors. Es gelten R
1= R
2= 2kΩ, C = 1µF.
U
AR
2R
1C U
EH
A(j ω )
5.1. ¨ Ubertragungsfunktion (5 Punkte)
Bestimmen Sie die komplexe ¨ Ubertragungsfunktion H
A( j ω ) des Zweitors.
Hinweis: Stellen Sie die ¨ Ubertragungsfunktion als Produkt von Teilfunktionen dar, die Sie im Bode- diagramm darstellen k¨onnen.
L¨ osung:
H
A( jω ) = U
AU
E= R
2k
jω1CR
1+ (R
2k
jω1C) (13)
=
1
1 R2+jωC
R
1+
1 1 R2+jωC(14)
Als Zwischenrechnung wirdder Termauf demBruchstrich vereinfacht zu
1
1
R2
+ jωC = 1
1+jωR2C R2
= R
21 + j ω R
2C (15)
Damit bekommt (14)die Form
H
A( j ω ) =
R2
1+jωR2C
R
1+
1+jRω2R2C
=
R2
1+jωR2C R1+jωR1R2C+R2
1+jωR2C
(16)
= R
21 + j ω R
2C · 1 + j ω R
2C R
1+ j ω R
1R
2C + R
2= R
2R
1+ R
2· 1
1 + jω
RR11+RR22C (17)
= R
2R
1+ R
2· 1
1 + jωτ (18)
mitder Zeitkonstanten
τ = R
1R
2R
1+ R
2C (19)
Musterloesung
5.2. Konstanter Anteil und Grenzfrequenz (2 Punkte)
Bestimmen Sie die Werte f¨ur die Verst¨arkung H
A(0) bei der Frequenz ω = 0 und die Grenzfrequenz ω
G.
L¨ osung:
Konstanter Teil:
H
A(0) = R
2R
1+ R
2= 0,5 (20)
H
A(0) = 20 log 0, 5 = − 6,02
dB (21)
Grenzfrequenz:
ω
G= 1
τ = R
1+ R
2R
1R
2C = 2
kΩ + 2
kΩ
2
kΩ · 2
kΩ · 1µ
F= 1 · 10
31
s
(22)
5.3. Bodediagramm (4 Punkte)
Stellen Sie die Bodediagramme des Amplituden- und Phasenfrequenzganges der in Aufgabe 5.1 be-
rechnteten komplexen ¨ Ubertragungsfunktion H
A( j ω ) dar.
Musterloesung
-10
-20
-30 0
10
210
310
40 90°
-90°
20log|H(j ω )|
/dB
arg(H(j ω ))
ω /2 π Hz H
A(j ω )
10
10
210
310
4H
comp(j ω )
ω /2 π Hz
Musterloesung
5.4. Kompensation (2 Punkte)
Welche ¨ Ubertragungsfunktion H
comp( j ω ) muss ein nachgeschaltetes Netzwerk haben, damit sich f¨ur das gesamte System ein konstanter Amplitudenfrequenzgang ergibt?
Geben Sie die ¨ Ubertragungsfunktion des nachgeschalteten Netzwerkes an. Welche Grenzfrequenz ω
G,compmuss das kompensierende Netzwerk haben?
Tragen Sie den Amplitudenfrequenzgang vonH
comp( j ω ) ebenfalls in das Bodediagramm aus Aufgabe 5.3 ein.
U
EH
A(j ω ) H
comp(j ω ) U
AL¨ osung:
Die
Ubertragungsfunktionist
H
comp( j ω ) = 2 · (1 + j ωτ ) (23)
Wobei dieZeitkonstante
τ
dieselbe wiein Aufgabe5.1 ist5.5. Betrieb mit einer Spannungsquelle mit Innenwiderstand (2 Punkte)
Die Schaltung wird mit einer Signalquelle betrieben, die einen Innenwiderstand von R
i= 1kΩ hat.
U
E,0R
2U
AR
1C U
EH
A(j ω ) R
iBestimmen Sie die ver¨anderte Verst¨arkung H
B(0) bei der Frequenz ω = 0 in d B und sowie die Grenz- frequenz ω
G,Bf¨ur diesen Fall.
L¨ osung:
Der konstante Teil ist
H
B(0) = R
2R
i+ R
1+ R
2= 0,4 (24)
H
B(0) = 20 log 0, 5 = − 7,95
dB (25)
Grenzfrequenz:
ω
G,B= 1
τ = R
1+ R
2+ R
1R
iR
1R
2C = 1
kΩ + 2
kΩ + 2
kΩ
3
kΩ · 2
kΩ · 1µ
F= 0, 833 · 10
31
s
(26)
Musterloesung
6. Aufgabe (20 Punkte): Fragen zum Praktikum
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
6.1. Belasteter Spannungsteiler (3 Punkte)
R
LastU
LastR
2= 1k Ω
10V
R
1= 1k Ω I
Last(a) Wie groß ist der Laststrom I
Lastf¨ur R
Last= 0?
L¨ osung:
I
Last(R
Last= 0) = I
k= U
1/R
1= 10V /1kOhm = 10mA (b) Wie groß ist die Lastspannung U
Lastf¨ur R
Last→ ∞?
L¨ osung:
U
Last(R
Last→ ∞) = U
0= U
1RR21+R2
= 10V ·
12= 5V
(c) F¨ur welchen Wert von R
Lastist die Wirkleistung am Lastwiderstand P
Lastmaximal?
L¨ osung:
R
Last(P
Last,max) = R
i= R
1k R
2= 500Ω 6.2. Ersatzspannungsquelle (2 Punkte)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
UA / V IA / A
Im Labor wurde die oben stehende Kennlinie einer Spannungsquelle aufgenommen. Bestimmen Sie die Kenngr¨oßen I
k, U
0und R
ider Ersatzspannungsquelle.
L¨ osung:
abgelesen:
I
k= 10A
abgelesen:
R
i=
∆U∆I=
1V5A= 0,2Ω
gerechnet:
U
0= I
k· R
i= 2V
Musterloesung
6.3. Superposition (2 Punkte)
R1 R2
R3
U1 U2
Zeichnen Sie alle Ersatzschaltbilder, die f¨ur die Berechnung dieser Schaltung per Superpositionsprin- zip notwendig w¨aren.
L¨ osung:
R1
R2
R3 U2
R1
R2 R3 U1
(a) U 1 =KS (b) U 2 =KS
6.4. Phasenwinkel (1 Punkt)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
t / ms
u / V
u1(t) u2(t)
Bestimmen Sie aus den obigen Zeitverl¨aufen den Phasenwinkel ϕ
2von U
2bezogen auf U
1. L¨ osung:
U
2 eiltU
1 um1ms nach oder∆t = − 1ms
.ϕ = ∆t ·
360T◦= − 1ms ·
10ms360◦= − 36
◦6.5. Ortskurve (2 Punkte)
ℜ{Z}/Ω ℑ{Z}/Ω
100 kHz 62,8
Musterloesung
Im Labor wird die oben stehende Ortskurve f¨ur die Impedanz Z ( f ) gemessen. Um welche Schaltung handelt es sich? Bestimmen Sie die Bauteilwerte.
L¨ osung:
Reihenschaltung von
R
undL
:R L
Z = 100Ω + j 62, 8Ω
→ ℜ { Z } = R = 100Ω
→ ℑ { Z } = j ω L = 62,8Ω → L =
2π·62,8Ω100 kHz≈ 100 µ H 6.6. Resonanz (2 Punkte)
(a) Wie ¨außert sich die Resonanzfrequenz f
0eines Reihenschwingkreises?
L¨ osung:
Bei konstant anliegender Wechselspannung ist der Strom maximal oder der resultie-
rendeWiderstand derSchaltung minimal.
(b) Geben Sie die Formel f¨ur die Resonanzfrequenz an.
L¨ osung:
In der Schwingungs-DGL (2. Ordnung) wird
ω
0 im Termω
02 als Resonanzfrequenz deniert.BeieinerRLC-Reihenschaltung ergibtsichbekanntermaenω
02=
LC1 .Alsoistω
0=
√1LC
6.7. Betragsfrequenzgang (1 Punkt)
10−2 10−1 100 101 102 103 104
−60
−50
−40
−30
−20
−10 0
ω / ω1
|V|dB
Sie messen den oben stehenden Betragsfrequenzgang. Stellen Sie diesen durch eine ¨ Ubertragungsfunktion in Normalform dar.
L¨ osung:
V = K ·
1+1jωτ1· (1 + jωτ
2)
mit
τ
1=
ω11
und
τ
2=
ω12
=
1001·ω1
Musterloesung
6.8. Zweitorparameter (1 Punkt) Wie messen Sie den Parameter Z
12?
L¨ osung:
• Z
12=
UI12
I1=0
•
LL amEingang•
Spg.Quelle mitMesswiderstandR
Mess amAusganganschlieen.• U
1 nach Betrag(Amplitude geht auch!) undPhasemessen.• I
2nachBetrag(Amplitude gehtauch!)undPhasedurchSpannungsabfall
uber
R
Messmessen.
•
Rechnen!6.9. Strommessung (1 Punkt)
Wie messen Sie im allgemeinen einen zeitlichen Stromverlauf mit dem Oszilloskop?
L¨ osung:
•
Spannungsabfallu(t)
ubereinem Messwiderstand (Shunt)R
Mess hat die selbe Pha-senlagewieder hindurchieende Strom.
ϕ
ist direkt ablesbar!•
Momentanwert desStromesi(t)
wirdmiti(t) =
Ru(t)Mess
errechnet.
6.10. Br ¨uckenschaltung (1 Punkt)
R1
UAB
A B
R3
R2 R4
U0
U
0= 10V, R
1= 10kΩ, R
2= 90kΩ, R
3= 90kΩ, R
4= 10kΩ Berechnen Sie die Spannung U
AB.
L¨ osung:
U
A= 9
V,U
B= 1
V⇒ U
AB= U
A− U
B= 8
V...odersoahnlich!
6.11. Ausgangsamplitude (1 Punkt)
Musterloesung
10−2 10−1 100 101 102 103 104
−60
−50
−40
−30
−20
−10 0
ω / ω1
|V|dB
Sie legen eine sinusf¨ormige Eingangsspannung mit einer Amplitude ˆ U
E= 10V und der Frequenz ω = 10 · ω
1an ein System mit dem oben gezeigten Betragsfrequenzgang an. Wie groß ist die Amplitude der Ausgangsspannung ˆ U
A?
L¨ osung:
| V |
dB(ω
1) = − 30
dB = 0,032
⇒ U ˆ
A= 0,032 · 10
V= 0, 32
V6.12. RL-Glied (1 Punkt)
Skizzieren Sie den Zeitverlauf der Ausgangsspannung u
Ain das Diagramm.
L
u
AU
0u
Et R
u
E5τ
L¨ osung:
U
0u
Et
5τ
u
AMusterloesung
Skizzieren Sie f¨ur den gezeigten komplexen Spannungsteiler den Betragsfrequenzgang | V |
dB( ω ) = 20 lg
U2 U1
. Der Teiler ist abgestimmt! Es gilt daher
RR12
=
CC21
.
C1
U1
R1
U2 R2
C2
ω
|V|dB(ω)
0
L¨ osung:
ω
|V|dB(ω)
0
Allpass
6.14. Messung Frequenzgang (1 Punkt)
Beschreiben Sie wie Sie den Betrags- und den Phasenfrequenzgang eines beliebigen Zweitores mes- sen.
L¨ osung:
•
EinFunktionsgeneratorwirdamEingangdes2-Toresangeschlossen⇒
SinusformigeEingangsspannung
u
1 .•
Mitzwei Tastkopfenwerdenu
1 unddie Ausgangsspannungu
2 auf dem Oszilloskop dargestellt.•
Die Eingangsfrequenzf
1 wirdim gewunschtenBereich variiert.•
Fur jeden Frequenzwert werden dann die AmplitudenU ˆ
1 undU ˆ
2 (Betrage gehenauch!) sowie die Phasenverschiebung von
u
2 gegenuberu
1 als Zeitversatz∆t
(z.B.beiNulldurchgangen) bestimmt.
•
Rechnen:–
UUˆˆ21