Labor Ladekurve Kondensator

Labor Ladekurve Kondensator

Die Lade- und Entladekurve eines Kondensators wird experimentell untersucht. Dabei speichert der Kondensator elektrische Energie in Form eines elektrischen Feldes.

Sicherheitshinweis

Da Kondensatoren elektrische Energie speichern, können an ihnen lebensbedrohliche Spannungen anliegen.

Aus diesem Grund schließt man Kondensatoren vor dem Berühren kurz.

Kondensator

Bitte beachte, dass über den Transitor bei unsachgemäßer Arbeit sehr schnell hohe Ströme fließen, die zu einer Zerstörung von Bauelementen führen. Außerdem besteht Verbrennungsgefahr.

Bitte arbeite sorgfältig und beachte alle Sicherheitshinweise.

überhitzter Widerstand

1 Spannungfall an einem Kondensator

Schaltung Kondensator

Wir lernen den Zusammenhang zwischen Spannung, Ladungsmenge und Kapazität kennen.

C1 = 10 µF, C2 = 100 µF.

Hinweis: Spannung einstellen, Kondensator in den Stromkreis stecken und dann den maximalen Stromausschlag am Strommessgerät ablesen.

  1. Vervollständige die Messwertetabelle in einem Bereich von 0 bis 30 V.

U in V 0 5 ...
IC1 in mA
IC2 in mA

  1. Zeichne die U-IC1- und die U-IC2Kennlinie in ein gemeinsames Diagram.

  2. Welche Schlussfolgerung kannst du ziehen?

2 Ladekurve eines Kondensators

Schaltung Ladekurve Kondensator

An eine Gleichspannungsquelle mit U0 = 10 V benötigt wird ein Kondensator und Widerstand in Reihe geschaltet. Der Stromkreis kann mit einem Schalter S1 unterbrochen werden.

  1. Baue die Schaltung auf mit R = 10 kΩ und C = 100 µF.

  2. Messe jede Sekunde UC und I, nachdem S1 geschlossen wurde. Hinweis: Der Strom wird indirekt über den Wirderstand R bestimmt.

t in s 0 1 2 ...
UC in V
I in mA

  1. Zeichne die t-UC- und die t-I-Kennlinie.

  2. Wiederhole die Messung einmal für R = 22 kΩ und C = 100 µF sowie für R = 22 kΩ und C = 47 µF. Nimm alle 2 Sekunden einen Messwert auf und trage die Ergebnisse in das Diagramm.

  3. Von welchen Größen hängt die Ladedauer ab?

3 Lade- und Entladekurve eines Kondensators

Schaltung für Lade- und Entladekurve des Kondensators

In diesem Versuch lernt ihr das Verhalten eines Kondensators bei Schaltvorgängen (Gleichstrom) kennen und könnt es berechnen. Daraus resultiert ein Verständnis für die Möglichkeiten der Impulsverformung durch ein RC-Element.

Baue die Schaltung auf. Der Frequenzgenerator hat einen Innenwiderstand von 50 Ω. Stelle eine Periodendauer von T = 1000 µs und eine Impulsdauer von ti = 500 µs ein. Die Impulsspannung beträgt zwischen 0  und 5 V.

Der Strom wird über den Spannungsfall am Messwiderstand Rm = 100 Ω bestimmt. Es kommen verschiedene Kondensatoren zum Einsatz C1 = 10 nF, C2 = 100 nF, C3 = 1 µF, C4 = 10 µF, C5 = 100 µF.

Das Tastverhältnis g (engl. duty cycle) bezeichnet das Verhältnis zwischen Impulszeit ti und Periodendauer T. Bei ti = 500 µs und T = 1 ms beträgt das Tastverhältnis 50%. Dadurch wird der Kondensator alle 500 µs geladen bzw. entladen.

  1. Berechne die fünf Zeitkonstanten τ1-τ5 und entsprechend die Ladezeit. Stelle die Ergebnisse in einer Tabelle dar.

  2. Messe die Spannungsverläufe am Kondensator und am Widerstand mit dem Oszilloskop. Zeichne die folgende Liniendiagramme (jeweils 2 Periodendauern) untereinander:
    u = f(t), uC1 = f(t), uC2 = f(t), uC3 = f(t), uC4 = f(t) und uC5 = f(t). Daneben zeichne:
    u = f(t), iC1 = f(t), iC2 = f(t), iC3 = f(t), iC4 = f(t) und iC5 = f(t).

  3. Berechne die Spannung uC4 und den Strom iC4 am Kondensator, nach 2 µs.

  4. Ermittel die Zeit nach 1τ, 2τ und 3τ aus dem Liniendiagramm iC3 = f(t).

  5. Zusatzaufgabe: Berechne jeweils den maximalen Strom durch den Kondensator.

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