Lösung Messung Schritt 4

In diesem Projektabschnitt wird die Musterlösung zur vierten Messschaltung beschrieben.

Abbildung: Schaltplan zur Messung der geglätteten Spannung, Quelle: BBS 2 Wolfsburg

Für die oben dargestellte Messschaltung ergibt sich der folgende Verlauf.

Abbildung: Verlauf der geglätteten Spannung, Quelle: BBS 2 Wolfsburg

In diesem Verlauf ist genauso wie bei der in Schritt 3 gleichgerichteten Spannung zu erkennen, dass zu keinem Zeitpunkt ein Vorzeichenwechsel zustande kommt.

Bei Vergleich der beiden Spannungsverläufe aus Schritt 3 und Schritt 4 fällt direkt die Aufgabe des Glättungskondensators auf. Der vor den Lastwiderstand geschaltete Glättungskondensator hat die Aufgabe aus der zuvor gleichgerichteten Spannung die noch vorhandene Restwelligkeit herauszufiltern. Der sich ergebende Verlauf für die geglättete Spannung lässt sich durch die verschiedenen Lade- Entladephase des Glättungskondensators erklären. Zunächst lädt sich der Kondensator während des Aufbaus der gleichgerichteten Spannung bis zu ihrem Scheitelwert auf. Anschließend fällt die gleichgerichtete Spannung dann wieder und der Kondensator beginnt sich zu entladen. Da jedoch ein Großteil der Ladung nicht über den Gleichrichter zurückfließen kann, wird diese an den Verbraucher, in diesem Fall den Lastwiderstand, abgegeben. Allgemein gilt, dass desto größer der verwendete Glättungskondensator ist, desto kleiner auch die entstehende Brummspannung ist. Hinsichtlich Platz und Kosten kann jedoch nicht in jeder Schaltung ein sehr großer Kondensator verwendet werden, weshalb im Normalfall geringfügige Brummspannungen akzeptiert werden.

Die Größe des Glättungskondensators ist dabei jedoch nicht willkürlich gewählt, sondern von verschiedenen Faktoren abhängig. Die Größe ist so einerseits von der Größe des Lastwiderstands abhängig und andererseits von den Erfordernissen der Schaltung. Die Größe der Glättungskondensators lässt sich mithilfe der Kondensatorgleichung bestimmen.

Bei einer Frequenz von 50 Hz lässt sich für das t eine Periodendauer von 10 ms einsetzen. Für das U wird die schaltungsbedingte maximale Brummspannung eingesetzt. Zu beachten ist hier auch, dass bei einer Einweggleichrichtung die Periodendauer sich auf 20 ms verdoppelt.

Die Brummspannung tritt immer bei gleichgerichteten und geglätteten Signalen auf. Sie beschreibt die Restwelligkeit eines Signals bzw. den Wechselspannungsanteil der geglätteten Spannung. Die Brummspannung dieses Signals ist in dem folgenden Oszilloskopbild gekennzeichnet.

Abbildung:  Messung der Brummspannung der geglätteten Spannung, Quelle: BBS 2 Wolfsburg

Wenn man sich nun die eingezeichnete Brummspannung anschaut, fällt auf, dass diese mit dem Spitze-Spitze-Wert übereinstimmt und in diesem Fall 1,8 V beträgt. Die Amplitude kann man in diesem Fall von dem Oszilloskopbild ablesen. Sie kann allerdings auch durch Überlegung bestimmt werden. Wir wissen, dass die Spannung am Glättungskondensator sich genau bis zum Scheitelwert der gleichgerichteten Spannung aus Schritt 3 aufbaut. Dies bedeutet, dass die beiden Scheitelwerte der Spannungsverläufe identisch sind. Daraus folgt, dass die Amplitude des geglätteten Signals, der Amplitude des gleichgerichteten Signals entspricht. Die Amplitude beträgt hier 12 V.

Abschließend sollte hier auch der Effektivwert bestimmt werden. Dieser würde sich ebenfalls nach dem Konzept "Root Mean Square" berechnen lassen. Der durch die Rechnung ermittelte Wert stimm exakt mit dem vom Oszilloskop ermittelten Wert überein und beträgt 9,93 V.