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2. Klausur Elektrische Netzwerke 28. September 2007

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Musterloesung

28. September 2007

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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.

(3)

Musterloesung

1.4. Ausschalten einer RL-Reihenschaltung (1 Punkt)

Skizzieren Sie den Verlauf des Stromes i

L

durch die Spule, wenn der Schalter zum Zeitpunkt t = t

0

umgeschaltet wird (U = 10V, L = 1mH, R = 100 Ω ).

R i

L

U 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·t

oderauch mitkonstantem Anteil

x(t) = k · e

p·t

+ k

0

(4)

Musterloesung

1.6. Unabh¨angige Energiespeicher (1 Punkt)

Wieviele unabh¨angige Energiespeicher besitzt das folgende Netzwerk?

C

2

R

3

U

0

C

1

R

2

R

1

L R

Cu

L

C

4

C

3

U

0

R

4

L¨ 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, mit

K = 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

11

H

12

H

21

H

22

L¨ osung:

(5)

Musterloesung h

11

h

12

u

2

h

21

i

1

u

1

h

22

u

2

i

1

i

2

(6)

Musterloesung

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

E

I

E

I

A

U

A

R 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

(7)

Musterloesung

1.12. Harmonische Zerlegung (1 Punkt)

Skizzieren Sie das Amplitudenspektrum der Spannung

u(t) = 8V sin( ω

0

t) + 5V sin(3 ω

0

t) + 5V sin(5 ω

0

t) + 1V sin(7 ω

0

t) mit ω

0

= 2 π · 50Hz

u( ω )/V

ω/ω

0

2 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

T

0

g

1

(t) · g

2

(t) =

= 0

mit

g

1

6 = g

2

> 0

mit

g

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, dieabsolut

integrierbar sind,also im Unendlichen abklingen.

die Laplacetransformation fuhrt eine kunstliche Bedampfung periodischer Signale

einundstellt absoluteIntegrierbarkeit sicher.

Die Laplacetransformierte existiert in der gesamten komplexen Ebene, sowie die

Integrale existieren; die Fouriertransformierte existiert aufder imaginarenAchse

(8)

Musterloesung

1.15. Bandpassfilter (1 Punkt)

Skizzieren Sie den Amplitudenfrequenzgang eines Bandpasses.

20log|H(j ω )|

/dB

0 10

-10

(9)

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

C

Diagramm 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

2

dt

2

u

C

+ 2 · δ d

dt u

C

+ ω

o2

u

C

= 0 (2)

her. Geben Sie hierbei die Terme f ¨ur δ und ω

0

an!

L¨ osung:

Die Knotenregel liefert die Gleichung

i

L

+ i

R

i

C

+ 0 (1 Punkt) (3)

(10)

Musterloesung

Mitden Beziehungen furStromundSpannung an denElementen

R

,

L

und

C i

R

= 1

R u

C

i

L

= 1 L Z

u

C

dt 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

C

dt = 0 d

2

dt

2

u

C

+ 1 RC

d

dt u

C

+ 1

LC u

C

= 0 d

2

dt

2

u

C

+ 2 δ d

dt u

C

+ ω

02

u

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

C

bei 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

0

liegt hier der Fall des ged¨ampften, periodischen Einschwingens vor. Geben Sie die L¨osung f¨ur die Spannung u

C

an.

Hinweis: Vereinfachen Sie f¨ur diesen Fall die Kreisfrequenz des periodischen Anteils mit ω =

q ω

02

δ

2

L¨ osung:

Der Ansatz furdieSpannung

u

C ist

u

C

= K · e

δt

· cos( ω t) (1 Punkt) (9)

Ein Sinus-Termist wegender Randbedingung

u

C

(0) = 0

nicht sinnvoll, manbestimmt

K

ausdenRandbedingungen zurZeit

t = t

0:

u

C

(0) = U

DC

= K · e

δ·0

cos( ω · 0) (10)

(11)

Musterloesung

underhalt

K = U

DC

(1 Punkt) (11)

Der Spannung wird alsobeschrieben mit

u

C

= U

DC

e

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

C

uC [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.

(12)

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

1

und R

2

(gestrichelter Kasten) im unten stehende Diagramm. Tragen Sie hierf¨ur die Teilortskurven auf und konstruieren Sie daraus den Gesamtverlauf.

L¨ osung:

(13)

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

2

R

1

U

1

Z

2

=

1+R2

jωC1R2

Z

1

= j ω L

1

R

3

R

4

I

5

U

2

U

3

+ U

2

R

5

I

6

3

1 2

I

2

I

1

I

4

I

4

· R

3

neu! I

7

3.3. 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.

(14)

Musterloesung

3.5. Quellenvektor (1 Punkt)

Erstellen Sie aus den Maschengleichungen in Aufgabe 3.3 den Quellenvektor U

q

des 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

3

an.

L¨ osung:

(15)

Musterloesung

A

(16)

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

4

und L

3

wird die Spannung u

A

angelegt. Diese springt bei t = 0 auf den Wert U

0

.

R4 L3

i4 i3

uA

iE

U0 uA

t

(a) Berechnen Sie f¨ur t0 den Strom i

4

im Zeitbereich L¨ osung:

U

0

= R

4

· i

4

i

4

=

UR0

4

(b) Berechnen Sie f¨ur t0 den Strom I

4

(s) im Laplace-Bildbereich L¨ osung:

I

4

(s) =

UR0

4

·

1s

(c) Berechnen Sie f¨ur t0 den Strom I

3

(s) im Laplace-Bildbereich

L¨ osung:

(17)

Musterloesung U

0

= L

3

· di dt

3

L { U

0

} = U

0

s = L

3

·

s · I

3

i

3

(0)

| {z }

=0

 = L

3

· s · I

3

I

3

(s) = U

0

L

3

· 1 s

2

(d) Berechnen Sie f¨ur t0 den Strom i

3

im Zeitbereich. Es gilt L { t } =

s12

. L¨ osung:

i

3

= L

1

{ I

3

(s) } = U

0

L

3

· t

(e) Berechnen Sie f¨ur t0 den Strom i

E

im Zeitbereich.

L¨ osung:

i

E

= i

4

+ i

3

= U

0

R

4

+ U

0

L

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,

(18)

Musterloesung

L¨ osung:

4.4. Admittanzmatrix (2 Punkte)

Erstellen Sie aus den Knotengleichungen in Aufgabe 4.3 die Admittanzmatrix Y des Netzwerkes.

L¨ osung:

(19)

Musterloesung

4.5. Quellenvektor (1 Punkt)

Erstellen Sie aus den Knotengleichungen in Aufgabe 4.3 den Quellenvektor I

q

des Netzwerkes.

L¨ osung:

4.6. Spannung U

3

(2 Punkte)

Berechnen Sie die Formel f¨ur die Spannung U

3

.

L¨ osung:

(20)

Musterloesung

5. Aufgabe (15 Punkte): Frequenzverhalten von Vierpolen

Gegeben ist die Schaltung eines Zweitors. Es gelten R

1

= R

2

= 2kΩ, C = 1µF.

U

A

R

2

R

1

C U

E

H

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

( ) = U

A

U

E

= R

2

k

jω1C

R

1

+ (R

2

k

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

2

1 + j ω R

2

C (15)

Damit bekommt (14)die Form

H

A

( j ω ) =

R2

1+jωR2C

R

1

+

1+jRω2R

2C

=

R2

1+jωR2C R1+jωR1R2C+R2

1+jωR2C

(16)

= R

2

1 + j ω R

2

C · 1 + j ω R

2

C R

1

+ j ω R

1

R

2

C + R

2

= R

2

R

1

+ R

2

· 1

1 +

RR11+RR22

C (17)

= R

2

R

1

+ R

2

· 1

1 + jωτ (18)

mitder Zeitkonstanten

τ = R

1

R

2

R

1

+ R

2

C (19)

(21)

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

2

R

1

+ R

2

= 0,5 (20)

H

A

(0) = 20 log 0, 5 = − 6,02

d

B (21)

Grenzfrequenz:

ω

G

= 1

τ = R

1

+ R

2

R

1

R

2

C = 2

k

Ω + 2

k

2

k

Ω · 2

k

Ω · 1µ

F

= 1 · 10

3

1

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.

(22)

Musterloesung

-10

-20

-30 0

10

2

10

3

10

4

0 90°

-90°

20log|H(j ω )|

/dB

arg(H(j ω ))

ω /2 π Hz H

A

(j ω )

10

10

2

10

3

10

4

H

comp

(j ω )

ω /2 π Hz

(23)

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,comp

muss das kompensierende Netzwerk haben?

Tragen Sie den Amplitudenfrequenzgang vonH

comp

( j ω ) ebenfalls in das Bodediagramm aus Aufgabe 5.3 ein.

U

E

H

A

(j ω ) H

comp

(j ω ) U

A

L¨ osung:

Die



Ubertragungsfunktionist

H

comp

( j ω ) = 2 · (1 + j ωτ ) (23)

Wobei dieZeitkonstante

τ

dieselbe wiein Aufgabe5.1 ist

5.5. 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,0

R

2

U

A

R

1

C U

E

H

A

(j ω ) R

i

Bestimmen Sie die ver¨anderte Verst¨arkung H

B

(0) bei der Frequenz ω = 0 in d B und sowie die Grenz- frequenz ω

G,B

f¨ur diesen Fall.

L¨ osung:

Der konstante Teil ist

H

B

(0) = R

2

R

i

+ R

1

+ R

2

= 0,4 (24)

H

B

(0) = 20 log 0, 5 = − 7,95

d

B (25)

Grenzfrequenz:

ω

G,B

= 1

τ = R

1

+ R

2

+ R

1

R

i

R

1

R

2

C = 1

k

Ω + 2

k

Ω + 2

k

3

k

Ω · 2

k

Ω · 1µ

F

= 0, 833 · 10

3

1

s

(26)

(24)

Musterloesung

6. Aufgabe (20 Punkte): Fragen zum Praktikum

Beantworten Sie die folgenden Fragen.

6.1. Belasteter Spannungsteiler (3 Punkte)

R

Last

U

Last

R

2

= 1k Ω

10V

R

1

= 1k Ω I

Last

(a) Wie groß ist der Laststrom I

Last

f¨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

Last

f¨ur R

Last

→ ∞?

L¨ osung:

U

Last

(R

Last

→ ∞) = U

0

= U

1RR2

1+R2

= 10V ·

12

= 5V

(c) F¨ur welchen Wert von R

Last

ist die Wirkleistung am Lastwiderstand P

Last

maximal?

L¨ osung:

R

Last

(P

Last,max

) = R

i

= R

1

k 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

0

und R

i

der Ersatzspannungsquelle.

L¨ osung:

abgelesen:

I

k

= 10A

abgelesen:

R

i

=

∆U∆I

=

1V5A

= 0,2Ω

gerechnet:

U

0

= I

k

· R

i

= 2V

(25)

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

2

von U

2

bezogen auf U

1

. L¨ osung:

U

2 eilt

U

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

(26)

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

und

L

:

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

0

eines 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 Term

ω

02 als Resonanzfrequenz deniert.BeieinerRLC-Reihenschaltung ergibtsichbekanntermaen

ω

02

=

LC1 .Alsoist

ω

0

=

1

LC

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

=

ω1

1

und

τ

2

=

ω1

2

=

1001·ω

1

(27)

Musterloesung

6.8. Zweitorparameter (1 Punkt) Wie messen Sie den Parameter Z

12

?

L¨ osung:

Z

12

=

UI1

2

I1=0

LL amEingang

Spg.Quelle mitMesswiderstand

R

Mess amAusganganschlieen.

U

1 nach Betrag(Amplitude geht auch!) undPhasemessen.

I

2nachBetrag(Amplitude gehtauch!)undPhasedurchSpannungsabfall



uber

R

Mess

messen.

Rechnen!

6.9. Strommessung (1 Punkt)

Wie messen Sie im allgemeinen einen zeitlichen Stromverlauf mit dem Oszilloskop?

L¨ osung:

Spannungsabfall

u(t)

ubereinem Messwiderstand (Shunt)

R

Mess hat die selbe Pha-

senlagewieder hindurchieende Strom.

ϕ

ist direkt ablesbar!

Momentanwert desStromes

i(t)

wirdmit

i(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)

(28)

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

1

an ein System mit dem oben gezeigten Betragsfrequenzgang an. Wie groß ist die Amplitude der Ausgangsspannung ˆ U

A

?

L¨ osung:

| V |

dB

1

) = − 30

d

B = 0,032

U ˆ

A

= 0,032 · 10

V

= 0, 32

V

6.12. RL-Glied (1 Punkt)

Skizzieren Sie den Zeitverlauf der Ausgangsspannung u

A

in das Diagramm.

L

u

A

U

0

u

E

t R

u

E

L¨ osung:

U

0

u

E

t

u

A

(29)

Musterloesung

Skizzieren Sie f¨ur den gezeigten komplexen Spannungsteiler den Betragsfrequenzgang | V |

dB

( ω ) = 20 lg

U2 U1

. Der Teiler ist abgestimmt! Es gilt daher

RR1

2

=

CC2

1

.

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

Sinusformige

Eingangsspannung

u

1 .

Mitzwei Tastkopfenwerden

u

1 unddie Ausgangsspannung

u

2 auf dem Oszilloskop dargestellt.

Die Eingangsfrequenz

f

1 wirdim gewunschtenBereich variiert.

Fur jeden Frequenzwert werden dann die Amplituden

U ˆ

1 und

U ˆ

2 (Betrage gehen

auch!) sowie die Phasenverschiebung von

u

2 gegenuber

u

1 als Zeitversatz

∆t

(z.B.

beiNulldurchgangen) bestimmt.

Rechnen:

UUˆˆ2

1

Betragsfrequenzgang

∆tT

=

360ϕ

Phasenfrequenzgang

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