ArbeitsblÃ¤tter Netzteil Station 1 mit LÃ¶sung

5/14/2018 ArbeitsblÃ¤tter Netzteil Station 1 mit LÃ¶sung - slidepdf.com

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Fach: Station 1Gleichrichtung

Name:Datum:

Arbeitsbla tter Netzteil Station 1.doc O.Stöxen 03.09.2008 Arbeitsblatt 1

Station 1 Transformator und Gleichrichter

Arbeitsmaterialien

An dieser Station finden Sie folgende Arbeitsmaterialien:

1 Steckbrett zur Aufnahme der Bauteile4 Dioden1 Lastwiderstand 100Ohm 15W10 Steckbrücken1 Multimeter mit 2 Anschlussleitungen2 Oszilloskop mit 3 Anschlussleitungen1 Anleitung Oszilloskop1 ELWE Netzteil mit 2 Anschlussleitungen

Ersatzsicherungen

Prüfen Sie, ob alle Materialien vorhanden sind und melden Sie etwaige Defekte undoder fehlende Teile.

Arbeitsauftrag: An dieser Station sollen mit dem Oszilloskop die Funktion verschiedener Gleichrichterschaltungen analysiert und verglichen werden. Die Kenntnisse zumTransformator sollen wieder in Erinnerung gerufen werden.

Ziel ist es die Funktion und die grundlegenden Eigenschaften der verschiedenenSchaltungen herauszuarbeiten und die Vor- und Nachteile der Schaltungen in Bezugauf den Einsatz zu prüfen.

Wenn Sie mit der Bedienung eines Oszilloskops nicht vertraut sein sollten, lesen Sie alserstes die Bedienungsanleitung und fragen Sie ggf. nach.

Um die Station vollständig zu durchlaufen, füllen Sie bitte alle die Arbeitsblätter aus.Sind Sie mit den Aufgaben fertig, melden Sie sich bitte, damit wir die Lösungenvergleichen können.

Danach gehen Sie an die nächste freie Station.




Name:Datum:


Oszilloskop

Erklären Sie die wichtigsten Bedienelemente des Oszilloskops

8:.Trigger Auswahlschalter.

13:

AT / Norm Trigger.

14:

.Einstellen des Triggerlevels.

10:

.Zeitablenkung in time / div.

24, 30:

.Empfindlichkeisteinstellung in V / div.

22,35:

.AC, DC GND Wahlschalter.

36, 21: .Y-Position Einsteller.

28: .DUAL- oder Einkanal-Betrieb.

16: .Helligkeitseinstellung.

17:

.Strahlschärfe einstellen.

Was bedeutet „Trigger“: .Das Strahl zeichnen beginnt mit einem Trigger Ereignis.

.Trigger = engl.: Auslöser, Abzug (Pistole).




Name:Datum:


Am Oszilloskop befinden sich 2 Adapter. Sind die beidenschwarzen Anschlüsse miteinander verbunden?

Ja!Warum sollte nur in eine der beiden schwarzen Klemmeneine Messleitung angeschlossen werden?

.Gefahr zwei unterschiedliche Schaltungsteile miteinander kurz zuschließen.

Transformator Welche Aufgaben hat ein Transformator in einem Netzteil für z.B. ein Handy?

.Heruntertransformieren.

.der Netzspannung auf ungefährliche Werte.

.Galvanische Trennung.

Welcher Zusammenhang besteht bei einem idealen Transformator zwischen Ein- und Ausgangsspannung?

.U1/U2 = N1/N2.

Welche Sekundärwindungszahl hätte eine idealer Transformator, der 230V auf 24Vtransformiert, wenn die Primärwicklung 2300 Windungen hat? (bitte mit Rechenweg)

. U2/U1* N1 = N2 = 240 Wdg.

Welche Spannungsart lässt sich mit einem Transformator umwandeln?

.Wechselspannung.

Warum besteht der Kern eines Transformators aus Eisenblechen und nicht ausanderen Materialien?

.Magnetische Flussänderung soll auf die Sekundärseite übertragen werden.

.Nicht magnetisierbare Materialien sind daher ungeeignet.

..

Auf welchen Messbereich muss das Multimeter eingestellt werden, wenn folgendeSpannungen gemessen werden sollen:

Gleichspannung 12V 20VDC

Wechselspannung 24V 200VAC




Name:Datum:


Zu dieser Station gehört ein Netzteil. Ermitteln und kennzeichnen Sie die Funktion der Bedienelemente und Klemmen. Hinweis: Sie können hierzu das Netzgerät einschaltenund Messungen mit dem Multimeter durchführen.

1. .Sicherung Sekundärseite für die Klemmen 2-3.

2.

.0 VAC zu 3.

3. .12 VAC zu Klemme 2 .

4. .24VAC zu Klemme 2.

5. .Masse zu 12VDC auf 6.

6. .12VDC bezogen auf 5.

7.

.Masse VDC zu 8.

8. .VDC (einstellbar)bezogen auf 7.

9.

.Betriebsanzeige LED.

10.

.Stellt die Spannungshöhe zwischen 7 und 8 ein.

11.

.Primärseitige Sicherung.

12.

.Netzschalter.

Inhalte des Typenschilds.

.Innenraumbetrieb, Sicherheitstrenntransformator, 25°C Umgebungstemperatur.

Schutzisolation, Ausgangsleistung; 30W Eingangsleistung; 220V 50Hz Netz.

2 3

41

8

11

12

106

5

7

9




Name:Datum:


Verständnisfragen:Wie groß ist die Spannung zwischen folgenden Klemmen:

2-3 12VAC 2-4 24VAC 3-4 12VAC5-6 12VDC 7-8 Einstellbar VDC 6-7 0V

Welche Spannung sichert 1 ab?

.Zwischen 2 und 3.

Welche Spannung sichert 11 ab?

.Primärspannung.

Wie viele getrennte Sekundärwicklungen weist der Transformator im Netzteil auf?

.3 getrennte Wicklungen. Davon eine mit Mittelabgriff.

Zeichnen Sie ein Technologieschema / Blockschaltbild des Netzteils und kennzeichnenSie darin alle Elemente, die auf der Vorderseite des Gerätes zu sehen sind.

Lösung

10

4

3

2

6

5

8

7

1

11

12

9




Name:Datum:


Gleichrichterschaltungen

In dem untersuchten Netzteil befinden sich elektronische Schaltungen, die

Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln. In den folgenden Übungen sollendiese weiter analysiert und die Kennwerte der jeweiligen Schaltung ermittelt werden.

Begonnen wird mit der einfachsten Schaltung.

M1 SchaltungWie diese aussieht, finden Sie in Ihrem Fachbuch und / oder Tabellenbuch.

Zeichnen Sie die M1-Schaltung mit Transformator und Widerstandslast.Lösung

Zeichnen Sie in diese Schaltung folgende Spannungen und Ströme ein:

UV0 TransformatorspannungUdi Ausgangsspannung des Gleichrichters (Gleichspannungsanteil)Uw Ausgangsspannung des Gleichrichters (Wechselspannungsanteil)IF DiodenstromId LaststromI Transformatorstrom in der Sekundärwicklung

Stecken Sie auf dem Steckbrett zunächst eine M1-Gleichrichterschaltung.

Schließen Sie diese an den 24 V Wicklung des Netzteils / Transformators an.

Auf welchen Wert ist die Zeitablenkung am Oszilloskop einzustellen, wenn 2 vollePerioden der Wechselspannung dargestellt werden sollen?

5ms / Div = 50ms für volle Breite -> 2,5 Perioden

Das Oszilloskop sollte bei der Triggerart (8) auf „~“ stehen.

Bevor Sie die Schaltung in Betrieb nehmen, sprechen Sie bitte den Lehrer an, damit er

die Schaltung freigeben kann.

UV0 Udi, Uw

I, IF

Id




Name:Datum:


Messen Sie mit dem Oszilloskop die Spannung UV0 und Udi.Nur 3 Messleitungen (Masse nur einmal) am Oszilloskop anschließen!

Lsg

Beschreiben Sie Beobachtung

.Die Diode ist nur in einer Stromrichtung leitend.

.Daher werden nur die positiven Halbwellen durchgelassen.

.In diesen Halbwellen fließt der Strom in der Last.

.Einpulsige Schaltung.

Messungen

Ein wichtiger Wert für eine Gleichrichterschaltung ist, wie hoch die Gleichspannung Udi am Ausgang ist, die sie bei vorgegebener Wechselspannung liefert. Hierzu wird dasVerhältnis aus Udi und UV0 gebildet.

Messen Sie die nachfolgenden Spannung aus und vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mitden zu erwartenden Werten (Tabellenbuch / Fachbuch)

Udi ist eine Gleichspannung, UV0 und Uw sind Wechselspannungen. Achten Sie daher auf die korrekte Einstellung des Multimeters!

Udi / UV0 =

11,1Vdc / 25,8Vac =0,43 (Tabellenbuch 0,45)

Uw / Udi =

14,2Vac / 11,1Vdc =1,27 (Tabellenbuch 1,21)

Erklären Sie mögliche Abweichungen

.Kurvenform nicht sinusförmig.

.Diodenschwellspannung.

Einstellungen:Kanal 1 20 V/Div

Kanal 2 20 V/Div

Zeitablenkung 50 ms/Div




Name:Datum:


Verständnisfragen:

Was ist die Welligkeit w? Ein Maß dafür wie groß der Wechselspannungsanteil

im Verhältnis zum Gleichspannungsanteil in der Ausgangsspannung ist.

Was bedeutet die Pulszahl p, und wie groß ist sie bei der M1-Schaltung? ..

Wie viele Halbwellen pro Periode durchgelassen werden. Hier = 1 .

Wie ist das Verhältnis I / Id und IF / Id bei der M1-Schaltung ?

..

Diese sind hier gleich groß, da I ein Effektivwert ist Id aber ein Mittelwert,

ergibt sich trotzdem ein Faktor von Ieff/I = 1,57 für eine Sinushalbwelle.

(Formfaktor s. Tabellenbuch!).

Was ist der Formfaktor ? ..

Verhältnis von Effektivwert zu Mittelwert er ist nur abhängig von der Kurvenform.

Was ist nachteilig an der M1-Schaltung?

Hohe Welligkeit.

Schlechte Ausnutzung des Transformators (Gleichstromanteil im Trafostrom).

Höhere Beanspruchung der Ventile in Durchlassrichtung bei gleichem Id.

M2 Schaltung

Um die Nachteile der M1-Schaltung zu umgehen, kann eine M2 Schaltung verwendetwerden.Zeichnen Sie die M2-Schaltung mit Transformator und Widerstandslast.

Lösung

UV0 Udi, Uw

I, IF

Id

I, IF




Name:Datum:


Zeichnen Sie auch in diese Schaltung folgende Spannungen und Ströme ein:

UV0 Transformatorspannung

Udi Ausgangsspannung des Gleichrichters (Gleichspannungsanteil)Uw Ausgangsspannung des Gleichrichters (Wechselspannungsanteil)IF DiodenstromId LaststromI Transformatorstrom in der SekundärwicklungWelche Besonderheit muss der Transformator bei einer M2-Schaltung aufweisen?

Transformator benötigt Mittelanzapfung bzw. 2 gleiche Sekundärwicklungen.

Stecken Sie auf dem Steckbrett nun eine M2-Gleichrichterschaltung.

Wie schließen Sie diese an den Transformator an?

Klemme 3 ist die Mittelanzapfung; 2 und 4 die Ausgänge zu den Dioden.

..

Messen Sie mit dem Oszilloskop die Spannung UV0 und Udi.Nur 3 Messleitungen (Masse nur einmal) am Oszilloskop anschließen!

Lsg.


Die Dioden sind abwechselnd für je eine Halbwelle leitend.

Daher werden beide Halbwellen durchgelassen.

In beiden Halbwellen fließt der Strom in der Last.

Es handelt sich um eine zweipulsige Schaltung.


Kanal 2 20 V/Div





Name:Datum:


Messungen

Messen Sie wiederum die nachfolgenden Spannung aus und vergleichen Sie Ihre

Ergebnisse mit den zu erwartenden Werten (Tabellenbuch / Fachbuch)Udi ist eine Gleichspannung, UV0 und Uw sind Wechselspannungen. Achten Sie daher auf die korrekte Einstellung des Multimeters!

Udi / UV0 = 10,7Vdc / 26,3Vac =0,41 (Tabellenbuch 0,45)

Uw / Udi =


Verständnisfragen:

Wie hat sich die Welligkeit der M2 gegenüber der M1-Schaltung verändert?

Welligkeit hat sich mehr als halbiert.

Wie groß ist die Pulszahl p bei der M2-Schaltung? ..

p = 2 .

Wie hängt die Pulszahl mit der Welligkeit zusammen?

..

Wird p größer wird die Welligkeit kleiner .


..

I = 0,5 Id; da I ein Effektivwert ist Id aber ein Mittelwert,

ergibt sich trotzdem ein Faktor von Ieff / I / 2 = 0,785 für eine Sinushalbwelle.

Was ist nachteilig an der M2-Schaltung?

Trafo braucht Mittelanzapfung.

Geringere Ausgangsspannung Udi im Vergleich zu B2,

dadurch höheres Verhältnis URRM / Udi im Vergleich zu B2.

Höhere Beanspruchung der Ventile (= Dioden) in Sperrrichtung bei gleicher Udi.




Name:Datum:


B2 Schaltung

Um den Nachteile der Transformatoranzapfung der M2-Schaltung zu umgehen, kanneine B2 Schaltung verwendet werden.

Zeichnen Sie die B2-Schaltung mit Transformator und Widerstandslast.Lösung

Zeichnen Sie auch in diese Schaltung folgende Spannungen und Ströme ein:

UV0 TransformatorspannungUdi Ausgangsspannung des Gleichrichters (Gleichspannungsanteil)

Uw Ausgangsspannung des Gleichrichters (Wechselspannungsanteil)IF DiodenstromId LaststromI Transformatorstrom in der Sekundärwicklung

Stecken Sie auf dem Steckbrett nun die B2-Gleichrichterschaltung.

Messen Sie mit dem Oszilloskop die Spannung Udi.

Lsg.

Entfernen Sie einzelne Dioden aus dem Stromkreis und beobachten Sie, welche Diodefür welche Halbwelle Strom führt.


Kanal 2 20 V/Div


UV0 Udi, Uw

IF

Id

IF

I




Name:Datum:



Die über Kreuz liegenden Dioden sind abwechselnd für je eine Halbwelle leitend.

Daher werden beide Halbwellen durchgelassen.

In beiden Halbwellen fließt der Strom in der Last.

Es handelt sich um eine zweipulsige Schaltung.

Messungen

Messen Sie wiederum die nachfolgenden Spannung aus und vergleichen Sie IhreErgebnisse mit den zu erwartenden Werten (Tabellenbuch / Fachbuch)

Udi ist eine Gleichspannung, UV0 und Uw sind Wechselspannungen. Achten Sie daher auf die korrekte Einstellung des Multimeters!

Udi / UV0 =

21,1Vdc / 25,5Vac = 0,83 (Tabellenbuch 0,9)

Uw / Udi =


Verständnisfragen:

Warum ist die Welligkeit der B2-Schaltung genauso groß wie die der M2?

Gleiche Kurvenform = gleiche Welligkeit (nicht abhängig von der Spannungshöhe).

Wie groß ist die Pulszahl p bei der B2-Schaltung? ..

p = 2 .

Wie hängt die Pulszahl mit der Welligkeit zusammen?

..

Wird p größer wird die Welligkeit kleiner.


..

I = Id; da I ein Effektivwert ist Id aber ein Mittelwert,

ergibt sich trotzdem ein Faktor von Ieff /I = 1,1 für einen gleichgerichteten Sinus.

Was ist nachteilig an der B2-Schaltung?

Höherer Aufwand mit 4 Dioden.

..

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