Versuchsprotokoll 4. RC-Schaltungen - fk-wind

Laborversuch Elektrotechnik I Versuch 4: RC-Schaltungen

Hochschule Bremerhaven Prof. Dr. Oliver Zielinski / Hans Stross

Versuchsprotokoll Datum: Teilnehmer: Name: 1. 2. 3. 4. Testat

Matrikelnummer:

4. RC-Schaltungen Für die elektronische Signalverarbeitung sind Schaltungen aus Widerständen (R) und Kondensatoren (C) sehr wichtig. Die Schaltungen bilden so genannte dynamische Systeme. Ein dynamisches System stellt eine Funktionseinheit dar zur Verarbeitung und Übertragung von Signalen, wobei die Systemeingangsgrößen als Ursache und die Systemausgangsgrößen als deren zeitliche Auswirkung zueinander in Relation gebracht werden. Eingangs- und Ausgangssignal können nun - im Gegensatz zu einem Widerstandsnetzwerk - unterschiedliche Verläufe aufweisen. 4.1 RC-Schaltung 1 Die Grundschaltung (Abbildung 4.1) besteht aus der Reihenschaltung von Widerstand R und Kondensator C. Das Verhalten der Ausgangsspannung u2=uC und des Stromes i=iC bei Laden und Entladen des Kondensators wird dabei durch Exponentialfunktion beschrieben, die in Abbildung 4.2 dargestellt sind und in der Vorlesung hergeleitet wurden.

Abbildung 4.1: RC-Schaltung 1

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Abbildung 4.2: Laden und Entladen in der RC-Schaltung 1 Das Produkt RC wird als Zeitkonstante T bezeichnet und hat die Dimension einer Zeit. So ergibt sich z.B. für einen Widerstand von R=10kO und einen Kondensator von C=1µF eine Zeitkonstante von T=0.01s. Die Zeitkonstante lässt sich auch aus dem Bild ablesen, wenn man den Schnittpunkt der Anfangssteigung mit dem Endwert der Spannung bestimmt. Die zugehörige Zeit ist die Zeitkonstante T.

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4.2 RC-Schaltung 2 In dieser Schaltung sind R und C vertauscht (Abbildung 4.3). Als Resultat ist die Schaltung für eine Gleichspannung undurchlässig (der Kondensator wirkt nach dem anfänglichen Aufladen als Lücke) und wird z.B. auch für die Entfernung von Gleichsignalen aus Messwerten verwendet.

Abbildung 4.3: RC-Schaltung 2

Da sich nur die Reihenfolge der Bauelement, nicht aber die Schaltung, geändert hat, lässt sich die Spannung u2=uR für eine sprungförmige Spannung u1 zu:

u 2 = u1 − uC = u1 − u1 (1 − e

−1

T

) = u1e

−1 T

berechnen, d.h. einem exponentiellen Abfall, wobei sich die Zeitkonstante T wieder aus dem Schnittpunkt der (negativen) Anfangssteigung mit dem Endwert der Spannung (hier 0V) bestimmen lässt.

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4.3 Aufgaben Ø Skizzieren Sie Eingangs- und Ausgangsspannung folgender Schaltung für eine vorgegeben Einstellung des Potentiometers. Als Eingangsspannung u1 verwenden Sie eine Rechteckspannung aus dem Funktionsgenerator. Die Frequenz ist dabei so zu wählen, dass die Einschwingvorgänge abgeschlossen sind.

Bild 4.4: RC-Schaltung 1 im Versuchsaufbau. Eingangsspannung:_____________ Frequenz: Widerstand (Poti) R:

________________________

_____________________________________________

Wert des Kondensators C:

________________________________________

Ø Bestimmen Sie die Zeitkonstante grafisch.

T= ________________________

Ø Vergleichen Sie die Zeitkonstante mit dem rechnerischen Wert. T=RC=_______

Volts/div=______________ Time/div=___________________ ETT1 – Labor, Versuch 4: RC-Schaltungen

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Ø Verwenden Sie nun die nachfolgende Schaltung und eine andere Einstellung des Potentiometers.

Bild 4.5: RC-Schaltung 2 im Versuchsaufbau. Eingangsspannung:_____________ Frequenz: Widerstand (Poti) R:

________________________

_____________________________________________

Wert des Kondensators C:

________________________________________

Ø Bestimmen Sie die Zeitkonstante grafisch.

T= ________________________

Ø Vergleichen Sie die Zeitkonstante mit dem rechnerischen Wert. T=RC=_______

Volts/div=______________ Time/div=___________________

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