Praktische Übung 07 - Dioden und Gleichrichter

Material

Bauteil	Stückzahl
1uF - Kondensator	1
4,7uF - Kondensator	1
100 Ohm - Widerstand	1
LED	5
Taster	2
1N4007 - Diode	2

In dieser Übung wird zunächst mithilfe von Dioden ein OR-Gatter aufgebaut, um die Sperrwirkung von Dioden zu demonstrieren. Anschließend bauen wir verschiedene Gleichrichter auf und überprüfen ihre Wirksamkeit mithilfe des Oszilloskops. Zuletzt nutzen wir den Signalgenerator, um die Effektivität der Gleichrichter bei nicht-sinusförmigen Signalen zu untersuchen.

Aufgabe 1

In dieser Aufgabe bauen wir ein OR-Gatter auf:

Baut die Schaltung mit Dioden vom Typ 1N4007 und einem Widerstand vonnach. Schließen Sie ein Labornetzteil mit an.

Stimmt das Verhalten der Schaltung mit Ihren Erwartungen überein?

Dreht eine der Dioden um. Wie verändert sich das Verhalten beim Betätigen des entsprechenden Tasters?

Das Betätigen des entsprechenden Tasters bewirkt nun kein Aufleuchten der LED mehr, da der Strom dafür in Sperrrichtung der Diode fließen müsste.

Aufgabe 2

Nun wollen wir Gleichrichter bauen, die eine Wechselspannung, hier durch den Signalgenerator des Oszilloskops bereitgestellt, in eine möglichst glatte Gleichspannung wandeln. Zunächst bauen wir einen Einweggleichrichter mit nur einer Diode (die LED dient nur der Visualisierung):

Baut die Schaltung auf eurem Breadboard auf und wählt für den WFG eine Spannung von bei einer Frequenz von . Der Widerstand soll betragen und als Diode kommt erneut 1N4007 zum Einsatz.

Betrachtet die Gleichrichtung im Oszilloskop, deckt sich die Beobachtung mit dem Leuchtverhalten der LED?

Dreht die Diode um, was verändert sich?

Nun müsste die jeweils andere Halbwelle im geglätteten Signal zu sehen sein, da Sperr- und Durchlassrichtung umgekehrt wurden.

Zur Gleichrichtung kommen häufig Glättungskondensatoren zum Einsatz, wie in folgender Schaltung dargestellt:

Ergänzt eure Schaltung um einen solchen Glättungskondensator, experimentiert dabei mit verschiedenen Kapazitäten zwischen und .

Was lässt sich aus der Oszilloskop-Messung über den Einfluss der Größe der Kapazität auf die Glättung des Signals sagen?

Grundsätzlich glättet ein größerer Kondensator das Signal stärker. Je nach Schaltung, Eingangsamplitude und Frequenz ist dieser Effekt jedoch begrenzt.

Dreht die Diode um, was verändert sich?

Nun müsste die jeweils andere Halbwelle im geglätteten Signal zu sehen sein, da Sperr- und Durchlassrichtung umgekehrt wurden.

Welche Gründe könnte es geben, dennoch nicht beliebig große Kondensatoren zu verwenden?

Je größer ein Kondensator, desto teurer ist er (bei gleichem Aufbau).
Je größer die Kapazität eines Kondensators, desto größer ist auch das benötigte Volumen.
Große Kondensatoren sorgen für große Ströme, wenn sie von leerem Zustand geladen werden (sog. Inrush Current).

Aufgabe 3

In dieser Aufgabe bauen wir einen Zweiweggleichrichter. Aufgrund der gemeinsamen internen Erdung von Signalgenerator und Messspitzen in den Oszilloskopen lässt sich das geglättete Signal allerdings nicht mit dem Oszilloskop messen. Aus diesem Grund werden LEDs für die Gleichrichtung verwendet, um den Stromfluss visuell begreifbar zu machen.

Baut die Schaltung auf eurem Breadboard auf und wählt für den WFG eine Spannung von bei einer Frequenz von . Der Widerstand soll betragen.

Betrachtet die (Last)-LED. Wie hat sich die Gleichrichtung gegenüber dem Einweggleichrichter verändert?

Beim Einweggleichrichter kommt ausgangsseitig jeweils nur eine Halbschwingung an, beim Zweiweggleichrichter wird auch die andere Halbschwingung umgedreht. Dadurch blinkt die LED beim Zweiweggleichrichter mit der doppelten Frequenz.