Name: Elias Pritzi
Datum: 18.10.2014 Klasse: 4AEL
Labor端bung 2 Phasenverschiebung RLC Elias Pritzi
Name: Elias Pritzi
Datum: 18.10.2014 Klasse: 4AEL
Elektronik Laborübung: 02 Phasenverschiebung RLC Aufgabenstellung: In dieser Laborübung wird das Thema Phasenverschiebung behandelt. Dabei soll eine Serienschaltung von Spule L, Kondensator C und Widerstand aufgebaut werden. Im ersten Teil der Laborübung werden Strom bzw. Spannung über verschiedene Messungen ermittelt. Im zweiten Teil der Laborübung wird die jeweils zugehörige Phasenlage rechnerisch und graphisch ermittelt. Im dritten Teil der Laborübung soll die Schaltung mit Hilfe des Programms LT-SPICE simuliert werden Teil 1
Zeichne den Schaltplan einer Serienschaltung von L – C – R auf die Formular-Vorlage und trage die Messpunkte sowie die bei den Messpunkten verwendeten Messgeräte ein
Zeichne die nach deinen theoretischen Kenntnissen zu erwartenden Zeigerdiagramme
Baue die Schaltung auf, wobei U=10 V und R=100 Ω ist
Miss UReff sowie die Phase zwischen U und Ur mit dem Oszilloskop
Berechne IR bzw. I
UL und UC muss mit Hilfe des Multimeters gemessen werden (überlege warum und gib deine Überlegung im Bericht an!)
Teil 2
Laut Maschenregel gilt U = UL + UC + UR
Zeichne das Zeigerdiagramm mit den Werten für U, I, UL, UC, UR
Bestimme jeweils die zugehörige Phasenlage, angenommen U habe die Phase 0°
Teil 3
Simuliere die Schaltung mit LT-SPICE und stelle in einem Liniendiagramm die Größen U, I, UR, UC und UL dar
Vergleiche die Liniendiagramme mit den in Teil 2 ermittelten Zeigerdiagrammen
Name: Elias Pritzi
Datum: 18.10.2014 Klasse: 4AEL
Schaltung & Bauteile:
I
MP3 - Multimeter UL
C = 47ÂľF
L MP2 - Multimeter
U
L = 10mH
UC
C MP1 - OSZ
UR
R
R = 120â„Ś Ě‚ = 5V U f = 100Hz Ich habe 5V Spitzenspannung verwendet, da
MP1 - OSZ
der benutzte Frequenzgenerator keine 10V liefern konnte.
đ?‘ˆ=
Ě‚ đ?‘ˆ √2
=
5đ?‘‰ √2
= 3,5355�
DurchfĂźhrung: Zuerst wird UReff mit dem Multimeter gemessen. Der Wert beträgt 3,362V. Um die Phasenverschiebung zwischen Gesamtspannung und Spannungsabfall Ăźber dem Widerstand zu messen, werden beide Signale an das Oszilloskop angeschlossen und verglichen. Mit den Cursortasten kann die Zeitdifferenz ∆t gemessen und dadurch die Phasenverschiebung Ď• berechnet werden.
CH1 – gelb: U
CH2 – blau: UR ∆đ?‘Ą = 400Âľđ?‘ 1 1 đ?‘‡= = = 0,01đ?‘ đ?‘“ 100đ??ťđ?‘§ Ď•=
360° 0,01đ?‘
∗ 400 ∗ 10−6 đ?‘ = 14,4°
Name: Elias Pritzi
Datum: 18.10.2014 Klasse: 4AEL
Auf den Messbildern kann man erkennen, dass der Spannungsabfall Ăźber dem Widerstand gegenĂźber der Gesamtspannung voreilend ist. Es ergibt sich UReff=3,362V∠14,4° Im Vergleich zur Messung mit dem Multimeter wurde auch der Spitzenwert der Spannung am Oszilloskop gemessen und daraus der Effektivwert berechnet. Im Vergleich:
Multimeter:
3,362V
Oszilloskop:
3,394V
FĂźr die weiteren Berechnungen wird der Wert vom Multimeter verwendet, da dieser genauer ist. Mit Hilfe des ohmschen Gesetzes kann IR und somit der Gesamtstrom I berechnet werden. FĂźr die Quellenspannung wird Ď•=0° angenommen. đ??źđ?‘… =
đ?‘ˆđ?‘… đ?‘…
=
3,362đ?‘‰âˆ 14,4° = 0,028đ??´âˆ 14,4° 120â„Śâˆ 0°
Dadurch dass der Gesamtstrom gegenĂźber der Gesamtspannung 14,4° voreilend ist, wirkt die gesamte Schaltung kapazitiv. UL und UC muss mit dem Multimeter gemessen werden, da im Oszilloskop intern die Massen verbunden sind und sonst durch KurzschlieĂ&#x;en der Massen des Frequenzgenerators und Oszilloskops der Widerstand auĂ&#x;er Acht gelassen wĂźrde. đ?‘ˆđ??ż = 0,123đ?‘‰ đ?‘ˆđ?‘? = 1,005đ?‘‰ Da der Strom durch die Bauteile bekannt ist, kann man die Phase leicht errechnen. Ď•L=Ď•I+90°=104,4° Ď•C=Ď•I-90°=-75,6° đ?‘ˆđ??ż = 0,123đ?‘‰âˆ 104,4° đ?‘ˆđ??ś = 1,005đ?‘‰âˆ − 75,6° Mit Hilfe der Maschenregel kĂśnnen die gemessenen Werte ĂźberprĂźft werden. đ?‘ˆ = đ?‘ˆđ??ż + đ?‘ˆđ??ś + đ?‘ˆđ?‘… đ?‘ˆ = 0,123đ?‘‰âˆ 104,4° + 1,005đ?‘‰âˆ − 75,6° + 3,362đ?‘‰âˆ 14,4° = 3,476đ?‘‰âˆ − 0,3° ≈ 3,535đ?‘‰âˆ 0° Die kleine Abweichung entsteht durch Messfehler, kann aber toleriert werden.
Name: Elias Pritzi
Datum: 18.10.2014 Klasse: 4AEL
Zeigerdiagramm:
Simulation: AnschlieĂ&#x;end wird die Schaltung mit dem Programm LT-Spice simuliert.
UL
UR
UC
U
Hierbei kann die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Bauteilen wieder deutlich erkannt werden.
I