2 Llaborübung Elektronische Bauelemente 261 PDF

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fertiges Protokoll...

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Dienstag27.Mai.2015

ElektronischeBauelementeÜbung2 DIODEN:Anwendungschaltungen Laborbericht2  LarsSewekow

815393

DavidEggers

812387

BenjaminStahl

815294

Einleitung  DerheutigeLaborterminsetztsichmitverschiedenenSchaltungstypenmitDioden auseinander.InsbesonderemitBeispielenzueinfachenLogik,Begrenzerund Spannungsversorgungsschaltungen.

V1 Logik-Gatterschaltung 1 mit Dioden und Anzeige-LED 

Aufbau der Schaltung:

 Quelle:2.Laborübung Prof. m.Kipke/ Vers.1.2/21.10.2006



Messwerte zur Protokollierung der Spannungen und Ströme in Abhängigkeit der Schalterstellungen:   1 

Dienstag27.Mai.2015 Schalter stellungen

Fall1

Fall2

Fall3

Fall4

Schalter1

ON

ON

OFF

OFF

Schalter2

ON

OFF

ON

OFF

Messung

Fall1

Fall2

Fall3

Fall4

U 1 inV

0

0

6

0

U 2 inV

0

6

0

0

U Q inV

0.7

0.7

0.7

3

I L inmA

0

0

0

9.0

  



Welche Funktion haben die Dioden D3 und D4 ?  D4 schaltennurdurchwenneinegrößereSpannungals0,7VproDiode   DieDiode D3 und alsogesammt1,4Vanliegt+dieSpannungfürdieLED.DieseSpannungliegtnuranwenn  D2nicht   beideSchalteraufOFFStellungstehen,denndannkannDiode D1und durchschaltenundesliegteineSpannungvon6Van. >Hubdioden!

Welche logische Funktion erfüllt die Schaltung, wenn U 1 , U 2 als  Steuergrößen (log.0:0V,log.1:+ U S) und der Strom I L = I F,LED (log.0:LED dunkel, log.1:LED leuchtet) als Ausgangsgröße betrachtet wird?  DieseSchaltungerfülltdielogischeUND(AND)Funktion.NurwennSchalter1und Schalter2geöffnetsinddannLeuchtetdieLED.

2 

Dienstag27.Mai.2015

V2 Bestimmung des Low-Pegels (Logik-Gatterschaltung 1) Aufbau der Schaltung:

Quelle:3.Laborübung Prof. m.Kipke/ Vers.1.2/21.10.2006

 

 D4  mit D3 und

ohne D3 und D4 

U 1 = U Low,max inV  

2.1V

0.8V



- Welchen Low-Pegel erwarten Sie ohne Hubdioden und welchen mit Hubdioden? OhneHubdiodenerwartenwireinenWertvonca.0,8VundmitHubdiodeneinenWertvon 2,1VfürdenLowPegel.    

3 

Dienstag27.Mai.2015

V3 Logik-Gatterschaltung 2 mit Dioden und Anzeige-LED

Aufbau der Schaltung:

 Schalter stellungen

Fall1

Fall2

Fall3

Fall4

Schalter1

ON

ON

OFF

OFF

Schalter2

ON

OFF

ON

OFF

Messung

Fall1

Fall2

Fall3

Fall4

U 1 inV

0

0

4.18

4.88

U 2 inV

0

4.19

0

4.87

U Q inV

3.03

3.48

3.46

4.19

I F = I F ,LED  inmA

8.91

0(0.37mA)

0(0.34mA)

0





- Welche logische Funktion erfüllt die Schaltung, wenn die Spannungen U1, U2 als Steuergrößen (log. 0: 0V, log. 1: +US) und der Strom IL=IF,LED (log.0: LED dunkel, log. 1:LED leuchtet) als Ausgangsgröße betrachtet wird?  DieseSchaltunghatdielogischeNORFunktion. 

4 

Dienstag27.Mai.2015

V4 Einseitige Dioden-Begrenzer-Schaltung Aufbau der Schaltung:

 Quelle:2.Laborübung Prof. m.Kipke/ Vers.1.2/21.10.2006

DreieckförmigeWechselspannung:  Diode1N4148,einseitigimpositivenBereichbei+2,5Vbegrenzt. I M ax Diode=5,5mA  

Zeitverlauf Ausgangsspannung u2(t) und Eingangsspannung u1(t) :

 5 

Dienstag27.Mai.2015 Rot:Eingangsspannung 

Gelb:Ausgansspannung

Zeitverlauf des Diodenstrom iD(t) bezogen auf u2(t) :

 Diodenstromfließtca0,260ms. 

 Diodenstromindirektgemessenüber1kOhmWiderstand.(I=U/R)  

6 

Dienstag27.Mai.2015 DerZeitversatzvonAusgansspannungundEingangspannungbzw.Diodenstomund BegrenzungsspannungindenDiagrammen1bis3sinddurcheinfalschgetriggertes Ozilloskopzuerklären.EsgibtkeinenZeitversatz.

- Durch welche schaltungstechnische Maßnahme kann man die Begrenzerschwelle einstellbar gestalten? DurcheinregelbaresNetzgerät.WirddieSpannungbeiU 0 verändertdannändertsichauch dieBegrenzerschwelle.

- Welchen Wert muss der Vorwiderstand haben? RV =

U 1−U 0−U F ID

= 470Ω 

- Wie kann man mit dem Oszilloskop den Diodenstrom iD(t) messen? DerDiodenstromkannindirektdurcheinenWiderstandderinReihezurDiodeverbautist gemessenwerden.DerWiderstandsollteinderTheoriedabeimöglichstkleinseinumdie Veränderungsokleinwiemöglichzuhalten. Allerdingserhieltenwirmit0,1OhmkeinebrauchbarenVerlaufweshalbwirmit1kOhm gemessenhaben. daz.B.bei iD = 10mA : U = R ∙ i = 100Ω ∙ 10mA = 10V @1kΩ  oder U = 0, 1Ω ∙ 1mA = 1mV @100mΩ 

V5 Einseitige Dioden-Begrenzer-Schaltung mit Belastung Aufbau der Schaltung:

 Quelle:2.Laborübung Prof. m.Kipke/ Vers.1.2/21.10.2006

 DreieckförmigeWechselspannung:  Diode1N4148,einseitigimpositivenBereichbei+2,5Vbegrenzt. I M ax Diode=5,5mA     7 

Dienstag27.Mai.2015  

Zeitverlauf des Diodenstrom iD(t) bezogen auf u2(t) :

Diodenstromfließtca0,170ms. 

 Diodenstromindirektgemessenübereinen1kOhmWiderstand.(I=U/R)

8 

Dienstag27.Mai.2015 DerZeitversatzvonDiodenstomundBegrenzungsspannungindenDiagrammen4bis5 sinddurcheinfalschgetriggertesOzilloskopzuerklären.EsgibtkeinenZeitversatz. 

- Welche Änderungen erwarten Sie durch die ausgangsseitige Belastung der Begrenzer-Schaltung 1? DieAmplitudeU 2 wirdkleinerunddamitauchdieZeitdesDiodenstrom iD (t) aufdie BegrezunghatdieskeinenEinflussaufdieBegrenzung

- Welchen Wert wählen Sie für den Lastwiderstand? 3kOhm  







V6 Zweiseitige Dioden-Begrenzer-Schaltung Aufbau der Schaltung:

 Quelle:2.Laborübung Prof. m.Kipke/ Vers.1.2/21.10.2006

 DreieckförmigeWechselspannungmit  Diode1N4148,positiverBereich+3,5VnegativerBereich2,5, I M ax Diode=5,5mA 

9 

Dienstag27.Mai.2015

Zeitverlauf Eingangsspannung undAusgangsspannung:

 Gelb:Eingangsspannung 

Rot:Ausgansspannung

- Was muss man tun, um zwei unabhängig einstellbare Begrenzerschwelle realisieren zu können? ManbrauchteinezweiteeinstellbareSpannungsquelleundmusseinezweiteDiodeinder anderenRichtungparallelzurersteneinbauen.

- Welchen Wert muss der Vorwiderstand haben? Auch1kOhm.



10 

Dienstag27.Mai.2015

V7 Dioden in Spannungsversorgungsschaltungen Aufbau der Schaltung:

 

- Welche Funktionen haben die Dioden D1, D2 und D3 in der gezeigten Schaltung? - Welche Bedeutung hat der Widerstand R2 in der Schaltung?  WennU 1 eingeschaltetwirddannistC nochentladen( U C = 0 ).Über D1 fließtdie  R2 SpannungindieLastRL .ÜberdenSpannungsteiler R +R fließtderStromebensodurch D2  1

2

  undlädtsomitdenKondensatorauf(EinstellungLadespannung). D3sorgtdafür,dasswenn U 1 ausfälltdieSpannungvondemKondensatorzurLastRL gelangt. C VersorgtdieLast  D2  über D3 .FälltdieSpannung  U 1aussperren D1und

- Ab welchem Wert von U1 liefert der Kondensator Energie an die Last RL? Sobald U 1 kleinerals U C ist.  gemesseneWerte

R2=470Ω

R2=1kΩ

R2=10kΩ

U L 

4,6V

4,6V

4,6V

U CM ax 

3,9V

4,2V

4,4V

U L 

3,6V

3,7V

3,8V

U 1 WertbeidemderKondensator  EnergieandieLast( RL )liefert.

3,5v

3,7v

4,3v

DauerbisderKondensatorbei R1 =100ΩundR2 =10kΩauf U Cmax aufgeladenist.

3,2s

3,5s

4,0s

Netzbetrieb

Batteriebetrieb 

 AufgrundvonAlterungderBauteile(besondersderElkos)könnendieWertestarkvariieren.

11 

Dienstag27.Mai.2015

Fazit  MitHilfevonDioden,diefürsichbetrachteteinerelativsimpleFunktionhaben,nämlich StromnurineineRichtungfließenzulassen,lassensichmitwenigBauteilaufwand komplexereLogik,BerenzerundSpannungsversorgungsschaltungenrealisieren,dienur miteinemrelativkleinemKostenaufwandverbundensind. DieDiodefungiertdabeialsSchalter,seinSchaltzustandwirdvonderPegeldifferenzan AnodeundKatodegesteuert.

12 ...