...
1.1 Berechnen Sie den Ersatzwiderstand bezüglich der Klemmen A und B.Image Removed
...
1.2 Berechnen Sie den Ersatzwiderstand bezüglich der Klemmen A und B, der Klemmen A und C und der Klemmen A und D.Image Removed
...
1.3 Berechnen Sie den Ersatzwiderstand bezüglich der Klemmen A und B und der Klemmen C und D.Image Removed
...
Lösung 1.1:
Verschaltung erkennen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7BAB%7D = R_1 +(R_2 \, %7C%7C \, R_3) |
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Reihenwiderstände berechnen sich, in dem die beiden Einzelwiderstände addiert werden.Image Removed
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Parallelwiderstände berechnen sich, in dem die Kehrwerte der Einzelwiderstände addiert werden und anschließend der Kehrwert dieser Summe gebildet wird.Image Removed
...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_%7Bges,P%7D=\frac%7B1%7D%7B\left( \frac%7B1%7D%7BR_1%7D+\frac%7B1%7D%7BR_2%7D+....\right)%7D \end%7Bgather*%7D |
---|
|
...
Verschaltung erkennen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7BAB%7D =R_4 \, %7C%7C \,R_5 \, %7C%7C \, (R_1 + R_3) |
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Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather%7D R_%7BAB%7D = \left( \frac%7B1%7D%7BR_1+R_3%7D+\frac%7B1%7D%7BR_4%7D+\frac%7B1%7D%7BR_5%7D\right)%5e%7B-1%7D = \left( \frac%7B1%7D%7B10\Omega+20\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B20\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B5 \Omega%7D\right)%5e%7B-1%7D =3,53\Omega \end%7Bgather%7D |
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|
...
Verschaltung erkennen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7BAC%7D =R_3 \, %7C%7C \,(R_1 +( R_4 \,%7C%7C \,R_5)) |
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Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather%7D R_%7B145%7D=(R_4%7C%7CR_5)+R_1 = \frac%7B1%7D%7B\frac%7B1%7D%7BR_4%7D+\frac%7B1%7D%7BR_5%7D%7D+R_1 =\frac%7B1%7D%7B\frac%7B1%7D%7B20\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B5\Omega%7D%7D+10\Omega = 14\Omega\\ \end%7Bgather%7D |
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...
Verschaltung erkennen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7BAB%7D =R_5 \, %7C%7C \,(R_3 +( R_1 \,%7C%7C \,R_4)) |
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Image Removed...
Zwischen den Klemmen B und D befindet sich kein Schaltelement, daher handelt es sich um die gleiche Position im Schaltbild wie zwischen den Klemmen A und B.
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather%7D R_%7BAD%7D = R_%7BAB%7D = \left( \frac%7B1%7D%7BR_1+R_3%7D+\frac%7B1%7D%7BR_4%7D+\frac%7B1%7D%7BR_5%7D\right)%5e%7B-1%7D = \left( \frac%7B1%7D%7B10\Omega+20\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B20\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B5 \Omega%7D\right)%5e%7B-1%7D =3,53\Omega \end%7Bgather%7D |
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Lösung 1.3 - AB:
Verschaltung erkennen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7BAB%7D =R_1 \, %7C%7C \, R_2 \, %7C%7C \, (R_3 + (R_4 %7C%7C ( R_6 + (R_5 \,%7C%7C\, R_7) )) |
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Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather%7D R_%7B567%7D= R_6+(R_5%7C%7CR_7)=5\Omega + \frac%7B1%7D%7B\frac%7B1%7D%7B5\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B15\Omega%7D%7D=8,75\Omega \end%7Bgather%7D |
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Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_%7B34567%7D=R_3+(R_4\,%7C%7C \,R_%7B567%7D)=20\Omega+\frac%7B1%7D%7B\frac%7B1%7D%7B20\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B8,75\Omega%7D%7D=26,\Omega\\ \end%7Bgather*%7D |
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|
...
Verschaltung erkennen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7BCD%7D= R_4\,%7C%7C\,(R_3+(R_1%7C%7CR_2))\,%7C%7C\,(R_6+(R_5%7C%7CR_7)) |
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Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_%7B123%7D = R_3 + (R_1 \,%7C%7C \,R_2) = 20\Omega+ \frac%7B1%7D%7B\frac%7B1%7D%7B10\Omega%7D+\frac%7B1%7D%7B10\Omega%7D%7D=25\Omega \end%7Bgather*%7D |
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|
...
Mathinline |
---|
body | U_0=6\;V;\;\;\;\;\;\; R_1 =390\;\Omega ;\;\;\;\;R_2=470\;\Omega;\;\;\; R_3=220\; \Omega. |
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|
Image Removed
...
2.1 Berechnen Sie den Ersatzwiderstand der Schaltung (von der Quelle aus gesehen).
2.2 Berechnen Sie den Strom
.
...
und
werden zusammengefasst:
Image Removed...
Mathinline |
---|
body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_%7B23%7D=\frac%7B470\Omega \cdot 220\Omega%7D%7B470\Omega+220\Omega%7D = 149,86\Omega\\ \end%7Bgather*%7D |
---|
|
.
...
Mittels Stromteilerregel lassen sich
und
berechnen:
Image Removed...
Mathinline |
---|
body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_2 = \frac%7BR_3%7D%7BR_2+R_3%7D\cdot I_1 = \frac%7B220\Omega%7D%7B470\Omega +220\Omega%7D\cdot 11,11 mA = 3,54mA\\ \end%7Bgather*%7D |
---|
|
,
...
Es ist die untenstehende Spannungsteiler-Schaltung mit folgenden Werten gegeben:
Mathinline |
---|
body | U_0=24\;V;\;\;\;\;\;\; R_1 =3,3\;k\Omega ;\;\;\;\;R_2=4,7\;k\Omega. |
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|
Image RemovedImage Added
3.1 Berechnen Sie die an den beiden Widerständen abfallenden Spannungen
und
.
3.2 Welcher Strom
fließt durch die beiden Widerstände?
3.3 Welche Leistungen
und
nehmen die beiden Widerstände auf? Wie groß ist die Leistung
der Quelle?
...
Mathinline |
---|
body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D P_\mathrm Q= - U_0 \cdot I= - 24 \mathrm V \cdot 3 \mathrm%7BmA%7D= -72 \; \mathrm %7BmW%7D \end%7Bgather*%7D |
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|
Aufgabe 03-4:
Es ist die untenstehende Schaltung zur Versorgung eines Verbrauchers
aus einer Quelle
) mit folgenden Werten gegeben:
Mathinline |
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body | U_0=10\;V;\;\;\;\;\;\; R_i =33\;\Omega ;\;\;\;\;R_a=47\;\Omega. |
---|
|
...
4.1 Berechnen Sie die von der Spannungsquelle
abgegebene Leistung
, die im Verbraucher (
) umgesetzte Leistung
und die im Innenwiderstand
umgesetzte Leistung
.
4.2 Ermitteln Sie den Wirkungsgrad
der Leistungsabgabe.
4.3 Leiten Sie her, welchen Wert
haben muss, damit in ihm die maximal abgebbare Leistung
umgesetzt wird? Wie hoch ist diese Leistung?
(Hinweis: Bedenken Sie hierbei die mathematischen Grundlagen für ein Maximum, d.h. finden Sie eine Funktion für die Leistung, die nur von konstanten Werten und dem gesuchten (variablen) Widerstand
abhängt.).
...
Ersatzspannungsquellen & DC-Netzwerke
Aufgabe 03-5:
Gegeben ist das gezeichnete Netzwerk mit der Spannung U und den Widerständen
und
.
...
5.1 Bestimmen Sie die Ersatzspannungsquelle bezüglich der Klemmen 1 und 2.
5.2 Berechnen Sie den Strom
bei Kurzschluß der Klemmen 1 und 2 (durch
) für die ursprüngliche Schaltung durch Anwendung der Kirchhoffschen Regeln. Vergleichen Sie mit dem Strom
, der sich bei Kurzschluß der Ersatzspannungsquelle ergibt.
5.3 Geben Sie die Ersatzstromquelle bezüglich der Klemmen 1 und 2 an.
...
Bei Anwendung der Kirchhoff'schen Regeln ist zu beachten, dass in dieser Schaltung eine unabhängige Knotengleichung und 2 unabhängige Maschengleichungen möglich sind. Der Kurzschluss ergibt sich durch direkt Verbindung der Klemmen. Damit sieht das Schaltbild wie folgt aus:Image Removed
...
Die Knotengleichung am oberen Knoten lautet:
...
Es kann auch alternativ mit dem Ersatzwiderstand gerechnet werden ohne die Knoten- und Maschengleichungen vollständig aufzustellen (dieser Weg ist auch zu bevorzugen, da er weniger fehleranfällig ist):
Der Strom I ergibt sich aus dem Gesamtwiderstand
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7Bges%7D |
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und der Spannung U. Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I= \frac%7BU%7D%7BR_%7Bges%7D%7D= \frac%7BU%7D%7BR_1 + \frac%7BR_2 \cdot R_3%7D%7BR_2 +R_3%7D%7D= \frac%7BR_2+R_3%7D%7BR_1\cdot R_2 + R_1\cdot R_3 +R_2 \cdot R_3%7D\cdot U \\ \end%7Bgather*%7D |
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|
Der Stromteiler ergibt den Strom
Mathinline |
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body | --uriencoded--I_%7B3K%7D |
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: Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_%7B3K%7D=\frac%7BR_2%7D%7BR_2+R_3%7D\cdot I= \frac %7BR_2%7D%7BR_1\cdot R_2 + R_1\cdot R_3 +R_2 \cdot R_3%7D\cdot U\\ \end%7Bgather*%7D |
---|
|
...
Der Strom
fließt bei Kurzschließen der Ersatzspannungsquelle.
Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_K = \frac%7BU_0%7D%7BR_i%7D= \frac%7BR_2%7D%7BR_1+R_2%7D\cdot \frac%7B1%7D%7BR_3+\frac%7BR_1\cdot R_2%7D%7BR_1+R_2%7D%7D\cdot U = \frac%7BR_2%7D%7BR_1 +R_2%7D\cdot \frac%7BR_1 +R_2%7D%7BR_1\cdot R_2 +R_1 \cdot R_3 + R_2 \cdot R_3%7D\cdot U = \frac%7BR_2%7D%7BR_1\cdot R_2 +R_1 \cdot R_3 + R_2 \cdot R_3%7D\cdot U \end%7Bgather*%7D |
---|
|
Es lässt sich feststellen, dass in beiden Fällen der gleiche Kurzschlussstrom fließt, da die Ersatzquelle nach außen das gleiche Verhalten aufweist wie die ursprüngliche Schaltung.
Lösung 5.3:
...
Der Innenwiderstand
bleibt in beiden Fällen gleich. Damit kann der Kurzschlussstrom einberechnet werden. Es gilt der Zusammenhang . Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_0 = \frac%7BU_0%7D%7BR_i%7D= I_K = \frac%7BR_2%7D%7BR_1\cdot R_2 +R_1 \cdot R_3 + R_2 \cdot R_3%7D\cdot U \\ \end%7Bgather*%7D |
---|
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Aufgabe 03-6:
Gegeben ist die folgende Schaltung mit den Werten:
Mathinline |
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body | U=80\;V;\;\;\;\;\;\; R_1=R_2=R_3 =300\;\Omega ;\;\;\;\;R_4=400\;\Omega |
---|
|
Image Removed...
6.1 Geben Sie für die gezeichnete Schaltung bezüglich der Klemmen 1 und 2 die Ersatzspannungsquelle mit Innenwiderstand an.
6.2 Welchen Wert muss ein an den Klemmen 1 und 2 angeschlossener Widerstand
besitzen, damit die in ihm umgesetzte Leistung maximal ist?
...
Schaltbild der Ersatzspannungsquelle:Image Removed
...
Um den Innenwiederstand
zu berechnen, muss die Spannungsquelle
kurzgeschlossen werden und der Gesamtwiederstand bezüglich der Klemmen 1 und 2 berechnet werden.
Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_i = R_1%7C%7C(R_2+(R_3%7C%7CR_4)) \end%7Bgather*%7D |
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|
...
Um die Ersatzspannung zu berechnen, können gezielt Maschen und Knoten gelegt werden:Image Removed
...
Maschen:
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D \textbf%7BI%7D: \hspace%7B2ex%7D U_0= I_2 \cdot R_2 + I_4 \cdot R_4 \,\,\, \,\,\,\\ \textbf%7BII%7D: \hspace%7B2ex%7D U-I_3 \cdot R_3 -I_4\cdot R_4 =0\\ \end%7Bgather*%7D |
---|
|
...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_4 =\frac%7BU%7D%7BR_%7Bges%7D%7D\\ \end%7Bgather*%7D |
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|
berechnet werden. Der Gesamtwiederstand
Mathinline |
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body | --uriencoded--R_%7Bges%7D |
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ist der Ersatzwiederstand bezüglich der Spannungsquelle: Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_%7Bges%7D= R_4+R_3%7C%7C(R_1+R_2)= 600 \Omega\\ I_4 = \frac%7BU%7D%7BR_%7Bges%7D%7D= \frac%7B80 V%7D%7B600 \Omega%7D = \frac%7B2%7D%7B15%7D \mathrm%7BA%7D\\ \end%7Bgather*%7D |
---|
|
Einsetzen in die Masche II liefert den Strom
...
Um die entsprechenden Leistungen zu ermitteln, müssen die Ströme durch Quelle und Ver-braucherwiederstand ermittelt werden. Maschen- und Knotengleichungen ergeben ein 6x6 LGS.
Image Modified
Maschen:
Mathinline |
---|
body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D \textbf%7BI%7D:\hspace%7B2ex%7D I_1\cdot R_1-I_3\cdot R_3+I_2\cdot R_2=0\\ \textbf%7BII%7D:\hspace%7B2ex%7D I_3\cdot R_3+I_4\cdot R_4-U=0 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \\ \textbf%7BIII%7D:\hspace%7B2ex%7D I_a\cdot R_a-I_2\cdot R_2-I_4\cdot R_4=0\,\,\,\,\,\\ \end%7Bgather*%7D |
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|
...
Gegeben ist das folgende Netzwerk.Image Removed
...
Es sind die folgenden Werte bekannt:
...
Es liegen mit
bis
und
Mathinline |
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body | --uriencoded--U_%7BAB%7D |
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vier Unbekannte vor, demnach sind zum lösen des LGS vier Gleichungen notwendig.
Image Removed...
Maschen:
Mathinline |
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body | --uriencoded-- \textbf%7BI%7D \hspace%7B2ex%7D U_%7B02%7D-I_1\cdot R_1+I_2 \cdot R_2=0\\ \textbf%7BII%7D \hspace%7B2ex%7D U_%7BAB%7D-U_%7B02%7D-I_2\cdot R_2+I_3\cdot R_3=0\\ \textbf%7BIII%7D \hspace%7B2ex%7D U_%7B03%7D-U_%7BAB%7D+I_3\cdot R_4=0\\ |
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|
...
Gegeben sind:
Mathinline |
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body | I_0=2\;A;\;\;\;\;\;\; U_0=10\;V;\;\;\;\;R_1=5\;\Omega;\;\;\;\;R_2=5\;\Omega;\;\;\;\;R_3=2\;\Omega;\;\;\;\;R_i=5\;\Omega.\;\;\;\; |
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|
Berechnen Sie den Strom
mit Hilfe des Überlagerungsverfahrens.
Image Removed...
Lösung:
Betrachtung
:
...
Mathinline |
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body | --uriencoded--I%5e%7B'%7D |
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berechnen:
Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_%7Bges%7D= R_i +\frac%7BR_3\cdot (R_1+R_2%7D%7BR_1+R_2+R_3%7D= 5\Omega + \frac%7B20 \Omega%5e2%7D%7B12 \Omega%7D = 6,67 \Omega \end%7Bgather*%7D |
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|
...
Mathinline |
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body | --uriencoded--I%5e%7B''%7D |
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berechnen:
Image Removed...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_2 + (R_i%7C%7CR_3) = 5\Omega + \frac%7B10\Omega%5e2%7D%7B7 \Omega%7D= 6,43 \Omega \end%7Bgather*%7D |
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|
...
Gegeben ist folgende Schaltung:Image Removed
...
Nehmen Sie
und
als bekannt an.
Der linke Teil der Schaltung, bestehend aus den vier Komponenten
und
, wird im folgenden als Quelle betrachtet. Der Recht Teil, bestehend aus dem Schalter und R
3 wird als Verbraucher betrachtet.
...
9.1 Berechnen Sie den Strom
.
9.2 Bestimmen Sie eine Ersatzspannungsquelle (
,
) bezüglich der Klemmen
A und
B.
Nun sei S geschlossen.
9.3 Berechnen Sie den Strom
mit Hilfe der Ersatzspannungsquelle bezüglich der Klemmen
A und
B. (Zusatzaufgabe: Bestimmen Sie den gesuchten Strom über die Knoten- und Maschengleichungen und prüfen Sie, ob dieser Strom identisch ist.)
9.4 Wie muss
gewählt werden, damit
wird?
9.5 Wie groß wird für
der Kurzschlußstrom
?
9.6 Geben Sie eine Ersatzstromquelle mit der Spannung
bezüglich der Klemmen
A und
B an, die ebenfalls eine Berechnung des Stromes
gestattet.
9.7 Bei welchem Wert für
ist die an
abgegebene Leistung maximal. Geben Sie
und
an.
Lösung 9.1:
Überlagerungsverfahren: Image Removed
...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_1%5e%7B' %7D= \frac%7BU_q%7D%7BR_1+R_2%7D\\ \end%7Bgather*%7D |
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...
Wenn in der Übungsgruppe noch nicht besprochen:Image Removed
...
Hier:
schon genutzt, deswegen
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_q = \frac%7BU_0%7D%7BR_i%7D= I_%7B3K%7D\\ R_i = \frac%7BR_1\cdot R_2%7D%7BR_1 + R_2%7D\\ \end%7Bgather*%7D |
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Lösung 9.7:
...
Im äußeren Widerstand wird die maximale Leistung umgesetzt, wenn dieser dem Innenwiderstand entspricht.
Die Leistung am Widerstand ergibt sich aus Strom und Spannung an diesem Widerstand.
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D R_3 = R_i = \frac%7BR_1\cdot R_2%7D%7BR_1 + R_2%7D\\ \end%7Bgather*%7D |
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Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D P_3 = U_%7B\mathrm R3%7D \cdot I_%7B\mathrm R3%7D=U_%7B\mathrm R3%7D%5e2 \cdot \frac%7B1%7D%7BR_3%7D=(\frac%7BR_3%7D%7BR_i+R_3%7D\cdot U_0 )%5e2 \cdot \frac%7B1%7D%7BR_3%7D= \frac%7BR_3%7D%7B(R_i+R_3)%5e2%7D\cdot U_0%5e2 \\ \end%7Bgather*%7D |
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|
Nun wird für den Wert des äußeren Widerstand der Innenwiderstand eingesetzt und der Term vereinfacht.
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D P_%7B3max%7D:R_i = R_3 \end%7Bgather*%7D |
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Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7DP_%7B3max%7D=\frac%7BR_3%7D%7B(R_3+R_3 )%5e2%7D\cdot U_0%5e2=\frac%7B(U_0%5e2)%7D%7B(4\cdot R_3 )%7D=\frac%7B1%7D%7B4%7D\cdot \frac%7B((R_1\cdot (U_q+R_2 \cdot I_0 ))%7D%7B(R_1+R_2 ))%7D%5e2\cdot \frac%7B(R_1+R_2)%7D%7B(R_1\cdot R_2 )%7D = \frac%7B1%7D%7B4%7D\cdot \frac%7BR_1\cdot (U_q + I_0 \cdot R_2)%5e2%7D%7BR_2 \cdot (R_1 +R_2)%7D \end%7Bgather*%7D |
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|
DC Schaltungen mit Entwurfsaufgaben
...
Mathinline |
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body | --uriencoded--\begin%7Bgather*%7D I_a = \frac%7BU_0%7D%7BR_i+R_a%7D= \frac%7BR_2\cdot U_1+R_1\cdot U_2%7D%7BR_1+R_2%7D\cdot \frac%7BR_1+R_2%7D%7BR_1\cdot R_2+R_1\cdot R_a + R_2 \cdot R_a%7D = \frac%7BR_2\cdot U_1+R_1\cdot U_2%7D%7BR_1\cdot R_2+R_1\cdot R_a + R_2 \cdot R_a%7D \end%7Bgather*%7D |
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Image Removed...
Lösung 10.4:
Verhältnis der Schaltelemente für
bestimmen:
...
Gegeben ist folgende Schaltung:
...
Zahlenwerte:
Mathinline |
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body | --uriencoded--U_%7Bq1%7D=10\;V;\;\;\;\;\;\;\;\;I_0=3\;A;\;\;\;\;\;\;\;\; R_1=15\;\Omega;\;\;\;\;\;\;\;\;R_2=5\;\Omega. |
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11.1 Bestimmen Sie den Innenwiderstand
des Netzwerkes bezüglich der Klemmen
A und
B.
11.2 Bestimmen Sie die Leerlaufspannung
des Netzwerks mit den beiden Quellen bezüglich der Klemmen
A und
B.
11.3 Der Belastungswiderstand
sei zwischen
und
veränderlich. Auf welchen Wert muss er eingestellt werden, damit in ihm die maximale Leistung umgesetzt wird?
...