wie interpretiere ich Spannungsverlauf bei Oszilloskop richtig?
Folgende Frage. Ich sollte bei der Schaltung bei der eine Diode und ein Widerstand in reihe geschaltet den Spannungsverlauf am Widerstand oszilloskopieren. Die Schaltung lag an 12V Wechselspannung an bei einer Frequenz von 50Hz. Bei einem Oszilloskop kann man ja zwischen Wechsel und Gleichspannung umschalten. Und jetzt kommt der Teil den ich nicht verstehe. Im ersten Bild war die Einstellung auf Wechselspannung. und da ist die die spitze der positiven Halbwelle auch etwa bei 12V. Wenn ich jetzt aber auf Gleichspannung umgestellt habe, so wie in Bild 2 so liegt die Spitze bei 17V obwohl nur 12V anliegen. Kann mir das jemand erklären?
3 Antworten
Auch beim ersten Bild liegt der obere Scheitel etwa 17 V über dem Nullniveau.
[Des Scheitel liegt bei etwa +11 V, das Nullniveau bei etwa -6 V. Demnach liegt der Scheitel etwa 11 V - (- 6 V) = 17 V über dem Nullniveau.]
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Warum 17 V, obwohl 12 V Wechselspannung eingestellt sind?
Die „12 V“-Angabe ist ein Effektivwert. (Es handelt sich um eine Art Mittelwert des Spannungsverlaufs.)
https://de.wikipedia.org/wiki/Effektivwert
Bei gegebener Effektivspannung erhält man für die Scheitelspannung bei einer (sinusförmigen) Wechselspannung...
Im Konkreten Fall...
Du meinst vermutlich, du hast beim Oszilloskop fürs erste Bild die AC-Einstellung, statt die DC-Einstellung aktiviert.
Da wird aber nicht der Effektivwert gezeigt. Sondern der Graph wird so verschoben, dass der zeitliche Mittelwert bei 0 liegt.
Im konkreten Fall liefert die Wechselspannungsquelle eine Spannung...
u(t) = √(2) ⋅ 12 V ⋅ sin(2π ⋅ 50 Hz ⋅ t)
Am Widerstand erhält man dann am Widerstand (wenn man den Spannungsabfall an der Diode in Durchlassrichtung vernachlässigen kann)...
u[R](t) = u(t), wenn u(t) > 0.
u[R](t) = 0, wenn u(t) ≤ 0.
Der zeitliche Mittelwert dieses Spannungsverlaufs u[R](t) ist dann...
√(2)/π ⋅ 12 V ≈ 5,4 V
Dementsprechend wird beim AC-Coupling die Spannungskurve entsprechend um etwa 5,4 V nach unten verschoben. Die Form der Kurve ändert sich im Vergleich zum DC-Coupling quasi nicht. Die Kurve wird nur verschoben. [OK, genau genommen ändert sich die Form der Kurve je nach Einstellung doch ein bisschen, was du beispielsweise daran merkst, dass der Teil, der eigentlich flach horizontal verlaufen sollte, eine kleine positive Steigung aufweist. Das liegt quasi ein wenig daran, wie der zeitliche Mittelwert vom Oscilloskop ermittelt wird.]
Das ist jedenfalls das, was ich mit dem ersten Teil meiner Antwort meinte...
Im ersten Bild wurde das Nullniveau (bzw. der gesamte Spannungsverlauf) um etwa 6 V (etwas genauer: um etwa 5,4 V) nach unten verschoben. Ansonsten ist der Verlauf im Grunde so wie im zweiten Bild.
Im ersten Bild liegt der Scheitel bei etwa 11,6 V und das „Nullniveau“ bei etwa -5,4 V. Die Differenz beträgt 11,6 V - (-5,4 V) = 17 V. Der Scheitel liegt also etwa 17 V über dem Nullniveau.
Im zweiten Bild liegt der Scheitel bei etwa 17 V und das „Nullniveau“ bei etwa 0 V. Die Differenz beträgt 17 V - 0 V = 17 V. Der Scheitel liegt also etwa 17 V über dem Nullniveau.
Beim oberen liegt im Messkreis höchstwahrscheinlich ein Hochpass, der den Gleichspannungsanteil entfernt. dadurch ist die Kurve ein bisschen "verbogen" und der Nullpunkt soweit verschoben, dass die eingeschlossenen Flächen zwischen Nullinie und Kurve bei positiv und negativ etwa gleich sind. Dadurch passt es augenscheinlich wieder mit den 12V, was eher Zufall ist.
Tatsächlich richtig ist die untere Kurve. Denn du hast ja gepulste Gleichspannung aus einer Einweggleichrichtung. Daher solltest du auch im Gleichspannungsmodus (ohne den Hochpass) arbeiten.
12V = Effektivwert
ca. 17V = Scheitelwert
Auf Wechselspannungsquellen ist immer der Effektivwert angegeben. Daran denken, wenn es um Spannungsfestigkeiten von Bauteilen geht.
Die Spitzenspannung von 12V Effektiv ist ja auch 16,97V.
Erstmal solltest du dich mit den Grundlagen der Wechselspannung befassen.
Also wurde mir beim ersten Bild der Effektivwert angezeigt und nicht der reale Verlauf, aber der Effektivwert ist ja der quadratische Mittelwert und somit dürfte mir dann das Oszilloskop den Spannungsverlauf nicht unterhalb der Nulllinie darstellen wenn ich das richtig verstehe oder?