Versuche

V1: Leuchtdioden

• Dimensionierung und Aufbau von Schaltungen zum Betrieb von Leuchtdioden mit Hilfe einer Konstantspannungsquelle
• Verwendung verschiedener LED-Typen
• Überprüfung der Arbeitspunkte der LEDs

Messen der Batteriespannung

• Die Batteriespannung einer 9 V-Batterie beträgt in der Regel 9 V. Dieser Wert kann jedoch stark variieren und ist vom Restladung abhängig.
• Aus diesem Grund soll der exakte Spannungwert mit einem Multimeter im Gleichspannungsmodus gemessen werden. Der exakte Wert soll für die folgenden Berechnungen verwendet werden.

Arbeitspunkte der LEDs

• Zur Dimensionierung der Schaltung werden die Arbeitspunkte der LEDs benötigt
• Diese können entweder durch das Datenblatt der LEDs oder experimentell herausgefunden werden.

Farbe	\(I_D\) in mA	\(U_D\) in V
rot	20	2,2
gelb	20	2,2
grün	20	2,2
blau	20	3,4
weiß	20	3,4

Dimensionieren der Widerstände

• Schaltplan:
  
• Dimensionieren Sie den Widerstand R1 für die verschiedenen LEDs.
• Wählen Sie einen verfügbaren Widerstand (oder eine mögliche Parallel- oder Reihenschaltung mehrere Widerstände), um R1 darzustellen.
• Schätzen Sie den Stromfluss mit dem Ersatzwiderstand ab, indem Sie annehmen, dass die Diodenspannung konstant bleibt.

Lösung

Dimensionierung des Widerstandes:

\[0 = -U_q + U_R + U_D\]

\[R_1 = \frac{U_R}{I_R} = \frac{U_q - U_D}{I_D}\]

Tatsächlicher Stromfluss

\[ I_D^* = I_R = \frac{U_R}{R^*} = \frac{U_q-U_D}{R^*} \]

Farbe	\(R_1\) in Ω	\(R_1^*\) in Ω	\(I_D^*\) in mA
rot, gelb, grün	340	330	20,6
blau, weiß	280	220 + 47	21,0

Bauteile

Steckbrett

Widerstände

Vorhandene Widerstände:

• 10, 22, 47 Ω
• 100, 150, 200, 220, 270, 330, 470, 510, 680 Ω
• 1k, 2k, 2.2k, 3.3k, 4.7k, 5.1k, 6.8kΩ und weitere Dekaden bis 1 MΩ

LEDs

Aufbau

• Bauen Sie die Schaltung auf.
• Messen Sie den tatsächlichen Arbeitspunkt der LEDs.
• Bestimmen Sie den Wirkungsgrad der Schaltungen.

Schaltung mit mehreren LEDs

• Dimensionieren Sie eine Reihenschaltung von drei LEDs und einem Widerstand.
• Bauen Sie die Schaltung auf.
• Messen Sie den Arbeitspunkt der LEDs und bestimmen Sie den Wirkungsgrad.

Lösung

Möglichkeit 1: rot, grün, gelb

\[ R = \frac{U_q -U_{D1}-U_{D2}-U_{D3}}{I_D} = 120\,\Omega \to (100 + 22) \Omega \text{ oder } (220 || 220) \Omega\]

Möglichkeit 2: rot, grün, blau

\[ R = \frac{U_q -U_{D1}-U_{D2}-U_{D3}}{I_D} = 60\,\Omega \to 68 \Omega\]

V2: Stromverstärkung Bipolartransistor

• Ermitteln der Stromverstärkung \(\beta\) eines Bipolartransistors durch das Messen von \(I_B\) und \(I_C\)

  \[ \beta = \frac{I_C}{I_B} \]

• Schaltplan:
  

Bauteile

BC547

• NPN-Transistor
• BC547A: \(\beta\) = 110 ... 220
  BC547B: \(\beta\) = 200 ... 450
  BC547C: \(\beta\) = 420 ... 800

Aufbau

• Ersetzen Sie die Schaltbrücken jeweils durch das Multimeter im Strommess-Modus. Messen Sie einzeln \(I_C\) und \(I_B\).
• Messen Sie mindestens zwei Transistoren und berechnen Sie die Stromverstärkungen \(\beta\).

Darlington-Schaltung

Stromverstärkung

• In einer Darlington-Schaltung werden zwei Transitoren hintereinander geschalten, sodass sich die Stromverstärkung multipliziert.

  \(\beta = \beta_1 \cdot \beta_2\)

• Schaltung:
  
• Messen Sie einzeln \(I_C\) und \(I_B\). Bestimmen Sie die Gesamtstromverstärkung der Schaltung.
• Aufbau:
  

Berührungsschalter

• Ersetzen Sie R1 durch einen 560 Ω-Widerstand und zwei offene Leitungen.
• Schaltung:
  

V3: Kondensator

• Schaltung:
  

Bauteile

Elektrolykondensator

Polarität beachten!!!

Aufbau

• Bauen Sie die Schaltung auf und messen Sie den Kollektorstrom.
• Messen Sie den Kollektorschalten bei geschlossenen Schalterkontakt (\(I_{C0}\))
• Öffnen Sie den Schalter und messen sie die Zeitdauer, bis der Kollektorstrom auf 10% gesunken ist. (\(t_{10\%}\))
• Wiederholen Sie die Messungen mit anderen Werten für \(C_1\) und \(R_1\)

\(R_1\)	\(C_1\)	\(\tau = R_1 \cdot C_1\)	\(I_{C0}\)	\(t_{10\%}\)
100 kΩ	10 μF
470 kΩ	10 μF
100 kΩ	100 μF
470 kΩ	100 μF

Astabiler Multivibrator

• Schaltplan:
  

• Bauen Sie die Schaltung auf.
• Variieren Sie die Werte von C1, C2, R2 und R4.

V4: OPV als Komperator

• Schaltplan:
  
• Schaltschwelle durch \(R_3 = R_4\) bei \(U_P = U_q/2 = 4{,}5\,\text V\) festgelegt.
• Messen Sie den ohmschen Widerstand des LDR mit einem Multimeter. Legen Sie die Schaltschwelle fest, indem bei der "Schalthelligkeit" gilt \(R_1 \approx R_2\).

Bauteile

LM358N

Aufbau

Welche Möglichkeiten gibt es das Schaltverhalten der Schaltung zu invertieren?

V5: OPV in der Spannungsfolger-Schaltung

• Schaltplan: