Warum ist Spannungsverlauf bei Oszilloskop so eckig?
Ich sollte in der Schule den unten stehenden Schaltplan aufbauen und nachfolgend den Spannungsverlauf am Widerstand zu oszilloskopieren. An den Anschlüssen 12 und 14 liegt die sinusförmige Wechselspannungsversorgung mit 12V bei 50Hz an. Ich habe dabei den Spannungsverlauf in Bild 2 herausbekommen. Meine Frage ist jetzt, warum am oberen ende der Spannungsverlauf so abgehakt ist. Da sind ja 2 Ecken und keine Rundung. Eigentlich müsste es doch eine schöne Sinusform sein. Kann mir das jemand erklären?
Ich habe mich glaube ich nicht deutlich genug ausgedrückt. An 13 ist nichts angeschlossen. Die Spannungsversorgung ist zwischen Anschluss 12 und Anschluss 14. Über Diode D2 dürfte kein Strom fliessen.
Bild Nr. 3
4 Antworten
Kommt jetzt zwar drauf an wie die Schaltung genau versorgt wird, denn deine Beschreibung dazu ist nicht sehr eindeutig.
Allgemein sind Dioden aber nichtlineare Bauelemente und zeigen eben genau dieses Verhalten, welches man zB als Klipping bezeichnet.
In dieser Schaltung kann es sein, dass die Spannung im Positiven Bereich in ihrer Höhe durch die Spannungsquelle an Eingang 13 nach oben hin limitiert wird. Wenn die Wechselspannung nur an 12 anliegt, dann fehlt auch genau darum die negative Halbwelle weil die Diode eben "nur positive Spannungen durchlässt". (Genau genommen kommt es auf die Stromfluss-Richtung an, aber der einfachheit halber habe ich es so formuliert)
Das wird die Strombegrenzung deiner Quelle sein. Mit einem 10 Ohm Widerstand fließen an der abgeschnittenen Spitze etwa 1.5 A und auf diesen Wert ist vermutlich die Strombegrenzung der Quelle eingestellt. Probiere es mal mit einem größeren Widerstand für R4 (z.B. 22 Ohm), dann sollte die Sinus-Halbwelle oben "rund" sein.
Das kommt von der Durchlassspannung der Dioden. Die Dioden sind ja nicht unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Spannung im vollen Durchlassbetrieb, sondern erst nach Überwinwdung der Durchlassspannung (unterscheidet sich nach Diode, Richtwert 0,4 bis 0,7V).
D.h. die Amplitude der Ausgangsspannung ist immer um die Durchlassspannung der Diode geringer. Wenn die Quelle bei >12V in Sättigung geht, kann das den Verlauf verzerren.
Jetzt habe ich wieder eine blöde Frage. Ich kenne den Begriff Sättigung nur in Zusammenhang mit Dioden bzw. Transistoren, wenn diese voll leiten. Inwiefern kann eine Spannungsquelle gesättigt sein? Diese dürfte ja nur voll leiten bei der Spannungsspitze, oder?
Machen wir ein Gedankenspiel und nehmen an, dass die Quelle eine Amplitude von 12V hat und die Diode eine Durchlassspannung von 0,7V.
Fangen wir beim Nullpunkt der positiven Halbwelle der Quellspannung an. Die Spannung steigt jetzt allmählich, doch am Ausgang ist weiterhin 0V.
Erst, wenn die Quellspannung mit ihrem Sinusverlauf bei 0,7V angekommen ist, misst du am Ausgang eine Spannung. Die Quelle fährt nun weiter hoch und ist bei 12V angekommen, doch am Ausgang misst du 11,3V. Bei diesem Szenario wäre die Ausgangsspannung also einfach nur verringert, hätte aber auch einen idealen Sinusverlauf.
Jetzt stellen wir uns vor, dass die Quelle zwar sinusförmig 12V AC ist, aber eigentlich in der Nähe ihrer Amplitude die Sinusform nicht ideal halten kann. Das kann der Fall bei einer Sättigung sein. Mit Sättigung ist in der Welt der Wechselspannung die magnetische Induktion gemeint. Die primärseitige Spannung des Transformators steigt, aber wenn sich im magnetischen Material alle Teilchen ausgerichtet haben, kann das Magnetfeld nicht weiter erhöht werden -> Sättigung. Das führt dazu, dass die Sinusform am Ausgang des Transformators verzerrt wird.
Mit einer Kontrollmessung, bei der du das Oszilloskop nur am Generator anschließt (ohne Bauteile), erkennst du, das die Signalquelle bei 17V Spitze begrenzt.
Das ist ein ganz normales Verhalten von Frequenzgeneratoren, das die maximale Ausgangsspannung nicht überschritten werden kann.
Stelle 12 Volt Spitze am Generator ein und du wirst eine saubere Sinus Halbwelle erhalten.
Aber wenn die Amplitude der Ausgangsspannung immer um die Durchlassspannung geringer ist, müsste dann nicht trotzdem eine Rundung festzustellen sein wodurch einfach am höchsten Punkt die Ausgangsspannung um 0,4V-0,7V verringert ist?