Strom- und Spannungsversorgung

Navigationshilfe

Diese Navigationshilfe zeigt die ersten Schritte zur Verwendung der Präsentation. Sie kann mit ⟶ (Pfeiltaste rechts) übersprungen werden.

Navigation

Zwischen den Folien und Abschnitten kann man mittels der Pfeiltasten hin- und herspringen, dazu kann man auch die Pfeiltasten am Computer nutzen.

Navigationspfeile für die Präsentation

Weitere Funktionen

Mit ein paar Tastenkürzeln können weitere Funktionen aufgerufen werden. Die wichtigsten sind:

F1
Help / Hilfe
o
Overview / Übersicht aller Folien
s
Speaker View / Referentenansicht
f
Full Screen / Vollbildmodus
b
Break, Black, Pause / Ausblenden der Präsentation
Alt-Click
In die Folie hin- oder herauszoomen

Übersicht

Die Präsentation ist zweidimensional aufgebaut. Dadurch sind in Spalten die einzelnen Abschnitte eines Kapitels und in den Reihen die Folien zu den Abschnitten.

Tippt man ein „o“ ein, bekommt man eine Übersicht über alle Folien des jeweiligen Kapitels. Das hilft sich zunächst einen Überblick zu verschaffen oder sich zu orientieren, wenn man das Gefühlt hat sich „verlaufen“ zu haben. Die Navigation erfolgt über die Pfeiltasten.

Referentenansicht

Referentenansicht

Tippt man ein „s“ ein, bekommt man ein neues Fenster, die Referentenansicht.

Indem man „Layout“ auswählt, kann man zwischen verschieden Anordnungen der Elemente auswählen.

Praxistipps zur Referentenansicht

  • Wenn man mit einem Projektor arbeitet, stellt man im Betriebssystem die Nutzung von 2 Monitoren ein: Die Referentenansicht wird dann zum Beispiel auf dem Laptop angezeigt, während die Teilnehmer die Präsentation angezeigt bekommen.
  • Bei einer Online-Präsentation, wie beispielsweise auf TREFF.darc.de präsentiert man den Browser-Tab und navigiert im „Speaker View“ Fenster.
  • Die Referentenansicht bezieht sich immer auf ein Kapitel. Am Ende des Kapitels muss sie geschlossen werden, um im neuen Kapitel eine neue Referentenansicht zu öffnen.
  • Um mit dem Mauszeiger etwas zu markieren oder den Zoom zu verwenden, muss mit der Maus auf den Bildschirm mit der Präsentation gewechselt werden.

Vollbild

Tippt man ein „f“ ein, wird die aktuelle Folie im Vollbild angezeigt. Mit „Esc“ kann man diesen wieder verlassen.

Das ist insbesondere für den Bildschirm mit der Präsentation für das Publikum praktisch.

Ausblenden

Tippt man ein „b“ ein, wird die Präsentation ausgeblendet.

Sie kann wie folgt wieder eingeblendet werden:

  • Durch klicken in das Fenster.
  • Durch nochmaliges Drücken von „b“.
  • Durch klicken der Schaltfläche „Resume presentation:
Schaltfläche für Resume Presentation

Zoom

Bei gedrückter Alt-Taste und einem Mausklick in der Präsentation wird in diesen Teil hineingezoomt. Das ist praktisch, um Details von Schaltungen hervorzuheben. Durch einen nochmaligen Mausklick zusammen mit Alt wird wieder herausgezoomt.

Das Zoomen funktioniert nur im ausgewählten Fenster. Die Referentenansicht ist hier nicht mit dem Präsenationsansicht gesynct.

Stromquellen

Abbildung 51: Ersatzschaltbild Stromquelle $R_i$ hochohmig

Anwendung einer Stromquelle

  • Labornetzgeräte
  • Ladetechnik von Akkus

Innenwiderstand

Spannungsquelle

Abbildung 51: Ersatzschaltbild Spannungsquelle

Innenwiderstand

  • Nicht messbar mit einem Multimeter
  • Rechnerisch ermitteln:
    $R_i$ = $\frac{\Delta U}{\Delta I}$

Innenwiderstand Spannungsquelle

$(\Delta U = 0V)$; $R_i = \frac{\Delta U}{\Delta I} = \frac {0}{xxx} = 0\ \Omega$

Ideale Spannungsquellen sollen einen sehr niedrigen Innenwiderstand $R_i$$\ll$$R_L$ aufweisen, im Idealfall: 0 Ω, dann bleibt die Ausgangsspannung bei Belastung unverändert.

Strombegrenzung

  • In Labornetzteilen eingebaut
  • Laststrom übersteigt eine maximale Stromstärke
  • → Klemmenspannung wird abgesenkt
  • → Laststrom bleibt konstant
  • Funktion der Konstantstromquelle

Innenwiderstand Stromquelle

$R_i = \frac{\Delta U}{\Delta I}$; $(\Delta I = „\textrm{Null}“ A)$; $R_i = \frac{\Delta U}{„\textrm{Null}“} = „\textrm{unendlich}“\ \Omega$

Ideale Stromquellen sollen einen sehr hohen Innenwiderstand $R_i$$\gg$$R_L$ aufweisen. Idealfall: „unendlich“ Ohm, dann bleibt der Laststrom bei Änderung des Lastwiderstandes konstant, deshalb spricht man auch von Stromanpassung.

AB201: Welche Eigenschaften sollten Strom- und Spannungsquellen nach Möglichkeit aufweisen?

A: Stromquellen sollten einen möglichst hohen Innenwiderstand und Spannungsquellen einen möglichst niedrigen Innenwiderstand haben.

B: Strom- und Spannungsquellen sollten einen möglichst niedrigen Innenwiderstand haben.

C: Strom- und Spannungsquellen sollten einen möglichst hohen Innenwiderstand haben.

D: Stromquellen sollten einen möglichst niedrigen Innenwiderstand und Spannungsquellen einen möglichst hohen Innenwiderstand haben.

Leistungsanpassung

  • Optimale Leistungsabgabe von Sender zu Antenne
  • $R_i = R_L$
Zusammenfassung Innenwiderstand Innenwiderstand
Spannungsanpassung bei einer Konstantspannungsquelle $R_i$ = „sehr niederhohmig“ ; theoretisch $0\ \Omega$; $R_i$$\ll$$R_L$ identisch mit $R_L$$\gg$$R_i$
Stromanpassung bei einer Konstantstromquelle $R_i$ = „sehr hochohmig“ ; $R_i$$\gg$$R_L$ identisch mit $R_L$$\ll$$R_i$
Leistungsanpassung bei Verstärkern $R_L$ = $R_i$
AG401: Welche Lastimpedanz ist für eine Leistungsanpassung erforderlich, wenn die Signalquelle eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω hat?

A: 50 Ω

B: 200 Ω

C: 1/50 Ω

D: 100 Ω

AB202: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_\textrm{i}$ einer Strom- oder Spannungsquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_\textrm{L}$ stehen, damit Leistungsanpassung vorliegt?

A: $R_\textrm{L} = R_\textrm{i}$

B: $R_\textrm{L} \gg R_\textrm{i}$

C: $R_\textrm{L} = \dfrac{1}{R_\textrm{i}}$

D: $R_\textrm{L} \ll R_\textrm{i}$

AB203: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_{\textrm{i}}$ einer Spannungsquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_{\textrm{L}}$ stehen, damit Spannungsanpassung vorliegt?

A: $R_{\textrm{L}} \ll R_{\textrm{i}}$

B: $R_{\textrm{L}} = \frac{1}{R_{\textrm{i}}}$

C: $R_{\textrm{L}} = R_{\textrm{i}}$

D: $R_{\textrm{L}} \gg R_{\textrm{i}}$

AB204: In welchem Zusammenhang müssen der Innenwiderstand $R_\textrm{i}$ einer Stromquelle und ein direkt daran angeschlossener Lastwiderstand $R_\textrm{L}$ stehen, damit Stromanpassung vorliegt?

A: $R_{\textrm{L}} \gg R_{\textrm{i}}$

B: $R_{\textrm{L}} = \dfrac{1}{R_{\textrm{i}}}$

C: $R_{\textrm{L}} = R_{\textrm{i}}$

D: $R_{\textrm{L}} \ll R_{\textrm{i}}$

AB207: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,5 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 2 A abgibt, sinkt die Klemmenspannung auf 13 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 4 Ω

B: 0,25 Ω

C: 1 Ω

D: 6,75 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $U_0 = 13,5V$
  • gegeben: $U_{Kl} = 13V$
  • gegeben: $I = 2A$
  • gesucht: $R_i$

$R_i = \frac{U_i}{I} = \frac{U_0-U_{Kl}}{I} = \frac{13,5V-13V}{2A} = 0,25Ω$

AB208: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,8 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 20 A abgibt, bleibt die Klemmenspannung auf 13,6 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 0,2 Ω

B: 10 m$\Omega$

C: 0,1 Ω

D: 20 m$\Omega$

Lösungsweg

  • gegeben: $U_0 = 13,8V$
  • gegeben: $U_{Kl} = 13,6V$
  • gegeben: $I = 20A$
  • gesucht: $R_i$

$R_i = \frac{U_i}{I} = \frac{U_0-U_{Kl}}{I} = \frac{13,8V-13,6V}{20A} = 10mΩ$

AB206: Die Leerlaufspannung einer Gleichspannungsquelle beträgt 13,5 V. Wenn die Spannungsquelle einen Strom von 0,9 A abgibt, sinkt die Klemmenspannung auf 12,4 V. Wie groß ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 0,82 Ω

B: 1,22 Ω

C: 0,99 Ω

D: 15,0 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $U_0 = 13,5V$
  • gegeben: $U_{Kl} = 12,4V$
  • gegeben: $I = 0,9A$
  • gesucht: $R_i$

$R_i = \frac{U_i}{I} = \frac{U_0-U_{Kl}}{I} = \frac{13,5V-12,4V}{0,9A} = 1,22Ω$

AB205: Die Leerlaufspannung einer Spannungsquelle beträgt 5,0 V. Schließt man einen Belastungswiderstand mit 1,2 Ω an, so geht die Klemmenspannung der Spannungsquelle auf 4,8 V zurück. Wie hoch ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle?

A: 0,25 Ω

B: 0,17 Ω

C: 8,2 Ω

D: 0,05 Ω

Lösungsweg

  • gegeben: $U_0 = 5,0V$
  • gegeben: $U_{Kl} = 4,8V$
  • gegeben: $R_L = 1,2Ω$
  • gesucht: $R_i$

$I = \frac{U_{Kl}}{R_L} = \frac{4,8V}{1,2Ω} = 4A$

$R_i = \frac{U_i}{I} = \frac{U_0-U_{Kl}}{I} = \frac{5,0V-4,8V}{4A} = 0,05Ω$

Akkus

Akku-Typen

Die häufigsten Akku-Typen im Amateurfunk:

  • Bleiakku (Pb)
  • Nickel-Metallhydrid (NiMH)
  • Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4)
Abbildung 52: LiFePO4
  • Kapazität: 4200 mAh
  • Spannung: 4S1P / 13,2 V

Verschaltungen

Beispiele:

  • 4S1P: 4 Zellen in Serie, 1 in Parallel
  • 4S2P: 4 Zellen in Serie, 2 in Parallel

Pro Zelle ca. 3,2V bis 3,3V, also
$3,3V \cdot 4 = 13,2V$

Kapazität

Beispiel-Akku: 4200 mAh = 4,2 Ah

→ 1 Stunde mit 4,2 A oder 2 Stunden mit 2,1 A belasten

$t = \frac{Q}{I}$

$t = \frac{4,2Ah}{1A} = 1h$

Elektrische Energie

Gespeicherte elektrische Energie im Akku

$E = Q \cdot U$

Beispiel-Akku: $E = 4,2Ah \cdot 13,2V = 55,44Wh$

Entladestrom

Angabe auf dem Beispiel-Akku: 30C

Die Entladung kann mit 30 mal der Kapazität Q erfolgen

Entladestrom = $30\frac{1}{h} \cdot 4,2Ah = 126A$

Der Akku wäre in 128 Sekunden entladen.

Reihenschaltung von Akkus

Abbildung 53: Reihenschaltung

Parallelschaltung von Akkus

Abbildung 54: Parallelschaltung

Balancer

Abbildung 55: LiFePO4 Anschlüsse
AB210: Auf dem Akku-Pack eines Handfunksprechgerätes stehen folgende Angaben: 7,4 V – 2200 mAh – 16,28 Wh. Welcher Begriff ist für die Angabe 2200 mAh zutreffend.

A: Nennleistung

B: Nennkapazität

C: maximaler Entladestrom pro Stunde

D: maximaler Ladestrom pro Stunde

AB209: Folgende Schaltung eines Akkus besteht aus Zellen von je 2 V. Jede Zelle kann 10 Ah Ladung liefern. Welche Daten hat der Akku?

A: 2 V/60 Ah

B: 12 V/60 Ah

C: 12 V/10 Ah

D: 2 V/10 Ah

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 2V$
  • gegeben: $Q = 10Ah$
  • gegeben: $N = 6$
  • gesucht: $U_{ges}, Q_{ges}$

$U_{ges} = N \cdot U = 6 \cdot 2V = 12V$

$Q_{ges} = Q \cdot 1 =10Ah$

AB211: Wie lange könnte man idealerweise mit einem voll geladenen Akku mit 60 Ah einen Amateurfunkempfänger betreiben, bis dieser auf 10 % seiner Kapazität entladen ist und einen Strom von 0,8 A aufnimmt?

A: 67 Stunden und 30 Minuten

B: 74 Stunden und 60 Minuten

C: 48 Stunden und 0 Minuten

D: 43 Stunden und 12 Minuten

Lösungsweg

  • gegeben: $Q_{max} = 60Ah$
  • gegeben: $Q_{10\%} = 0,1 \cdot Q_{max} = 6Ah$
  • gegeben: $I = 0,8A$
  • gesucht: $t$

$Q = I \cdot t \Rightarrow t = \frac{Q}{I} = \frac{Q_{max} – Q_{10\%}}{I} = \frac{54Ah}{0,8A} = 67,5h$

AB501: Ein 12 V Akku hat eine Kapazität von 5 Ah. Welcher speicherbaren Energie entspricht das?

A: 2,4 Wh

B: 12,0 Wh

C: 60,0 Wh

D: 5,0 Wh

Lösungsweg

  • gegeben: $U = 12V$
  • gegeben: $Q = 5Ah$
  • gesucht: $W$

$W = P \cdot t = U \cdot I \cdot t = U \cdot Q = 12V \cdot 5Ah = 60,0Wh$

Photovoltaik

Abbildung 56: Schaltzeichen Photoelement (Solarzelle)
Abbildung 57: Aufbau einer monokristallinen Silizium Solarzelle
AB212: Was ist die primäre Aufgabe einer Solarzelle?

A: Die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie.

B: Die Umwandlung von thermischer Energie in Strahlungsenergie.

C: Die Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie.

D: Die Umwandlung von Strahlungsenergie in thermische Energie.

Kenngrößen von Solarzellen

Bezeichnung   Abkürzung Erklärung
Leerlaufspannung ${U}_{OC}$ Ist die Spannung, die ohne Last bei voller Sonneneinstrahlung anliegt.
Kurzschlussstrom ${I}_{SC}$ Ist der Strom, welcher bei einem Kurzschluss am Ausgang, bei voller Sonneneinstrahlung, fließen wird.

Zusammenschaltung von Solarzellen

Abbildung 58: Solarzellenverbund in einem Solarmodul
AD301: Ein Photovoltaikmodul besteht aus vier parallel geschalteten Reihen von je 30 Solarzellen mit je Zelle 0,6 V Leerlaufspannung und 1 A Kurzschlussstrom. Welche Leerlaufspannung und welchen Kurzschlussstrom liefert das Modul?

A: Leerlaufspannung: 18 V, Kurzschlussstrom: 30 A

B: Leerlaufspannung: 2,4 V, Kurzschlussstrom: 30 A

C: Leerlaufspannung: 2,4 V, Kurzschlussstrom: 4 A

D: Leerlaufspannung: 18 V, Kurzschlussstrom: 4 A

Lösungweg

  • gegeben: $U_0 = 0,6V$
  • gegeben: $I_k = 1A$
  • gegeben: $N_R = 30, N_P = 4$
  • gesucht: $U_{0,ges}, I_{k,ges}$

$U_{0,ges} = N_R \cdot U_0 = 30 \cdot 0,6V = 18V$

$I_{0,ges} = N_P \cdot I_k = 4 \cdot 1A = 4A$

Spannungswandler

Abbildung 59: Abwärts- (Buck) Aufwärts- (Boost) Wandler

Wirkungsgrad

  • Es entstehen Verluste durch die Bauteile in der Schaltung
  • Wirkungsgrad $\eta$, meistens in $\%$ angegeben

$\eta = \frac{P_{\textrm{AB}}}{P_{\textrm{ZU}}}$

AB213: Ein Spannungswandler setzt 12 V auf 5 V um. Er nimmt 2 A auf und gibt 3 A ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad?

A: 41,7 %

B: 27,7 %

C: 160 %

D: 62,5 %

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{\textrm{ZU}} = 12V$
  • gegeben: $U_{\textrm{AB}} = 5V$
  • gegeben: $I_{\textrm{ZU}} = 2A$
  • gegeben: $I_{\textrm{AB}} =3A$
  • gesucht: $\eta$

$\eta = \frac{P_{\textrm{AB}}}{P_{\textrm{ZU}}} = \frac{U_{\textrm{AB}} \cdot I_{\textrm{AB}}}{U_{\textrm{ZU}} \cdot I_{\textrm{ZU}}} = \frac{5V \cdot 3A}{12V \cdot 2A} = \frac{15W}{24W} = 0,625 = 62,5\%$

AB214: Ein Spannungswandler wandelt 5 V in 12 V um. Dabei nimmt er 3 A auf und gibt 1 A ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad?

A: 13,9 %

B: 125 %

C: 28,6 %

D: 80,0 %

  • gegeben: $U_{\textrm{ZU}} = 5V$
  • gegeben: $U_{\textrm{AB}} = 12V$
  • gegeben: $I_{\textrm{ZU}} = 3A$
  • gegeben: $I_{\textrm{AB}} =1A$
  • gesucht: $\eta$

$\eta = \frac{P_{\textrm{AB}}}{P_{\textrm{ZU}}} = \frac{U_{\textrm{AB}} \cdot I_{\textrm{AB}}}{U_{\textrm{ZU}} \cdot I_{\textrm{ZU}}} = \frac{12V \cdot 1A}{5V \cdot 3A} = \frac{12W}{15W} = 0,8 = 80\%$

Gleichrichter II

Abbildung 60: Einweggleichrichtung mit Kondensator
Abbildung 61: Welligkeit der Ausgangsgleichspannnung $U_L$

Am Lastwiderstand $R_L$ stellt sich eine pulsierende Gleichspannung $U_L$ ein

AD302: Berechnen Sie für diese Schaltung die Leerlaufspannung an den Klemmen A – B.

A: Zirka 30 V

B: Zirka 21 V

C: Zirka 42 V

D: Zirka 15 V

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{eff} = 15V$
  • gesucht: $\hat{U}$

$\hat{U} = U_{eff} \cdot \sqrt{2} = 15V \cdot 1,41 = 21,21V$

AD303: Welche Spannungsfestigkeit des Kondensators sollte mindestens gewählt werden, wenn das Transformationsverhältnis 20:1 beträgt und ein Sicherheitsaufschlag auf die Spannungsfestigkeit von 50 % berücksichtigt werden soll?

A: 35 V

B: 25 V

C: 10 V

D: 16 V

Lösungsweg

  • gegeben: $U_P = 230V$
  • gegeben: $\"{u} = 20:1$
  • gesucht: $\hat{U} + 50\%$

$ü = \frac{U_P}{U_S} \Rightarrow U_S = \frac{U_P}{ü} = \frac{230V}{20} = 11,5V$

$\hat{U} = U_S \cdot \sqrt{2} = 11,5V \cdot 1,41 \approx 16,26V$

$\hat{U} + 50\% \approx 25V$

AD304: Bei einem Transformationsverhältnis von 5:1 sollte die Spannungsfestigkeit der Diode (max. Spannung plus 20 % Sicherheitsaufschlag) in dieser Schaltung nicht weniger als ...

A: 156 V betragen.

B: 90 V betragen.

C: 130 V betragen.

D: 78 V betragen.

Lösungsweg

  • gegeben: $U_P = 230V$
  • gegeben: $\"{u} = 5:1$
  • gesucht: $U_{SS} + 20\%$

$ü = \frac{U_P}{U_S} \Rightarrow U_S = \frac{U_P}{ü} = \frac{230V}{5} = 46V$

$\hat{U} = U_S \cdot \sqrt{2} = 46V \cdot 1,41 \approx 65,05V$

$U_{SS} + 20\% = 2 \cdot \hat{U} + 20\% \approx 156V$

Brückengleichrichter

Abbildung 62: Brückengleichrichter

Mit dem folgenden Applet kann man beide Halbperioden getrennt anschauen.

AD305: Welche der folgenden Auswahlantworten enthält die richtige Diodenanordnung und Polarität eines Brückengleichrichters?
A:
B:
C:
D:

Siebung

Abbildung 63: Gleichrichterschaltung mit Siebung
AD306: Wie groß ist die Spannung am Siebkondensator $C_{\textrm{S}}$ im Leerlauf, wenn die Netzwechselspannung von 230 V anliegt und das Windungsverhältnis 8:1 beträgt?

A: etwa 29 V

B: etwa 20 V

C: etwa 58 V

D: etwa 40 V

Lösungsweg

  • gegeben: $U_P = 230V$
  • gegeben: $\"{u} = 8:1$
  • gegeben: $U_D = 0,6V$
  • gesucht: $\hat{U}$

$ü = \frac{U_P}{U_S} \Rightarrow U_S = \frac{U_P}{ü} = \frac{230V}{8} = 28,75V$

Im Leerlauf kann die Diodenspannung vernachlässigt werden.

$\hat{U} = U_S \cdot \sqrt{2} = 28,75V \cdot 1,41 \approx 40V$

Vollweggleichrichter

Abbildung 64: Vollweggleichrichtung mit zwei Dioden

Transformator mit Mittelanzapfung und zwei Dioden

Mit dem folgenden Applet kann man beide Halbperioden getrennt anschauen.

AD307: Welche Gleichrichterschaltung erzeugt eine Vollweg-Gleichrichtung mit der angezeigten Polarität?
A:
B:
C:
D:

Negative Ausgangsspannung

  • Anoden sind an den Ausgang angeschlossen
  • Gleichspannung wird gegenüber der Mittelanzapfung negativ
  • Halbwellen befinden sich unterhalb der Nulllinie
AD308: Welche Form hat die Ausgangsspannung der dargestellten Schaltung?
A:
B:
C:
D:

Grundfrequenz

Nach der Gleichrichtung existiert eine pulsierende Gleichspannung mit doppelter Frequenz zur Eingangsspannung.

AD310: Welche Grundfrequenz hat die Ausgangsspannung eines Vollweggleichrichters, der an eine 50 Hz-Versorgung angeschlossen ist?

A: 25 Hz

B: 50 Hz

C: 200 Hz

D: 100 Hz

Restwelligkeit

  • Keine Schaltung arbeitet ideal
  • In einer Gleichrichterschaltung entsteht am Ausgang eine Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung → Restwelligkeit
  • Kann mit einem Oszilloskop betrachtet werden
AD309: Im folgenden Bild ist die Spannung am Ausgang einer Stromversorgung dargestellt. Die Restwelligkeit und die Brummfrequenz betragen ...

A: 3 V; 100 Hz

B: 13,5 V ±1,5 V; 50 Hz

C: 3 V; 50 Hz

D: 13,5 V ±1,5 V; 100 Hz

Schaltnetzteil II

Abbildung 65: Prinzipschaltbild Schaltnetzteil
AD311: Welche Funktion übernimmt der elektronische Schalter (Block E) des Schaltnetzteils?

A: Puls-Gleichrichter

B: Gleichrichter

C: Impulsbreitenmodulator

D: Überspannungsableiter

Galvanische Trennung

  • Trennung der Eingangs- und Ausgangsseite
  • Hält Störsignale der Schaltung von der Netzspannungseite fern
  • Andernfalls wirkt das Stromnetz wie eine Antenne
AD312: Was ist der Hauptnachteil des dargestellten Schaltnetzteils?

A: Die Diode am Ausgang muss hohe Frequenzen gleichrichten.

B: Der Brückengleichrichter erzeugt eine Spannung mit Restwelligkeit.

C: Der Transformator bewirkt hohe Verluste

D: Der elektronische Schalter in Block E erzeugt ein unerwünschtes Signalspektrum.

AD313: In einem Amateurfunkempfänger werden etwa alle 120 kHz unerwünschte Signale festgestellt. Dies ist wahrscheinlich zurückzuführen auf ...

A: eine Amateurfunkstelle mit unzureichender Anpassung der Antenne.

B: unerwünschte Abstrahlungen eines linearen Netzteils.

C: einen schlecht entstörten Bürstenmotor.

D: unerwünschte Abstrahlungen eines Schaltnetzteils.

Abbildung 67: Filter am 230V Eingang eines Schaltnetzteils

Tiefpassfilter auf Eingangsseite

AD314: Welche der dargestellten Schaltungen könnte in den Netzeingang eines Schaltnetzteils eingebaut werden, um eine Verbreitung von Störungen in das Stromversorgungsnetz zu verringern?
A:
B:
C:
D:

Spannungsstabilisierung

  • Eingangsspannung kann variieren
  • Beispielsweise bei durch Akku betriebenen Geräten
  • Empfindliche Baugruppen (z.B. Oszillatoren) würden die Frequenz ändern
  • Abhilfe: Spannungsstabilisierung

Stabilisierung mit Z-Diode

Abbildung 69: Spannungsstabilisierung mit Z-Diode
AD321: Wie groß ist der Wirkungsgrad $\left(\eta = \dfrac{P_{\textrm{L}}}{P_{\textrm{IN}}}\right)$ der dargestellten Spannungsstabilisierung, wenn durch den Lastwiderstand $R_{\textrm{L}}$ = 470 Ω ein Strom von $I_{\textrm{L}}$ = 10 mA und durch die Z-Diode ein Strom $I_{\textrm{Z}}$ = 15 mA fließt.

A: 0,14

B: 0,21

C: 0,34

D: 0,17

Lösungsweg

  • gegeben: $R_L = 470Ω$
  • gegeben: $I_L = 10mA$
  • gegeben: $I_Z = 15mA$
  • gegeben: $U_{IN} = 13,8V$
  • gesucht: $\eta = \frac{P_L}{P_{IN}}$

$P_L = I_L^2 \cdot R_L = (10mA)^2 \cdot 470Ω = 47mW$

$P_{IN} = U_{IN} \cdot I_{IN} = U_{IN} \cdot (I_Z + I_L) = 13,8V \cdot (15mA + 10mA) = 345mW$

$\eta = \frac{P_L}{P_{IN}} = \frac{47mW}{345mW} \approx 0,14$

Linarer Spannungsregler

Abbildung 70: Schaltbild eines linearen Spannungsreglers
AD315: Wenn man folgendes Signal an den Eingang der gezeigten Schaltung anlegt, beträgt die Ausgangsspannung zwischen A und B ungefähr ...

A: 5 V.

B: 11,2 V.

C: 6,2 V.

D: 5,6 V.

AD319: Ein linearer Spannungsregler stabilisiert eine Eingangsspannung von 13,8 V auf eine Ausgangsspannung von 9 V. Es fließt ein Ausgangsstrom von 900 mA. Wie groß ist die Verlustleistung im Spannungsregler?

A: 4,32 W

B: 1,53 W

C: 8,10 W

D: 12,42 W

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{zu} = 13,8V$
  • gegeben: $U_{ab} = 9V$
  • gegeben: $I = 900mA$
  • gesucht: $P_V$

$U_{IC1} = U_{zu} – U_{ab} = 13,8V – 9V = 4,8V$

$P_V = U_{IC1} \cdot I = 4,8V \cdot 900mA = 4,32W$

AD320: Ein linearer Spannungsregler stabilisiert eine Eingangsspannung von 13,8 V auf eine Ausgangsspannung von 5 V. Es fließt ein Eingangsstrom von 455 mA und ein Ausgangsstrom von 450 mA. Wie groß ist der Wirkungsgrad?

A: 0,64

B: 0,56

C: 0,99

D: 0,36

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{zu} = 13,8V$
  • gegeben: $U_{ab} = 5V$
  • gegeben: $I_{zu} = 455mA$
  • gegeben: $I_{ab} = 450mA$
  • gesucht: $\eta$

$\eta = \frac{P_{ab}}{P_{zu}} = \frac{U_{ab} \cdot I_{ab}}{U_{zu} \cdot I_{zu}} = \frac{5V \cdot 450mA}{13,8V \cdot 455mA} \approx 0,36$

Festspannungsregler

Abbildung 71: Festspannungsregler
AD317: Bei dieser Schaltung mit einem 12 V-Festspannungsregler schwankt die Eingangsspannung zwischen 15 V und 18 V. Wie groß ist die Spannungsschwankung am Ausgang?

A: Die Spannungsschwankung beträgt ca. 3 V.

B: Die Spannungsschwankung beträgt ca. 0,7 V.

C: Die Spannungsschwankung liegt zwischen 0,7 V und 3 V.

D: Die Spannungsschwankung beträgt nahezu null Volt.

AD316: Welche Beziehung muss zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der folgenden Schaltung bestehen, damit der Linearspannungsregler IC1 eine stabilisierte Ausgangsspannung erzeugt?

A: Die Eingangsspannung muss kleiner als die gewünschte Ausgangsspannung sein.

B: Die Eingangsspannung muss mindestens doppelt so groß wie die gewünschte Ausgangsspannung sein.

C: Die Eingangsspannung muss größer als die gewünschte Ausgangsspannung sein.

D: Die Eingangsspannung muss gleich der gewünschten Ausgangsspannung sein

AD318: Wie groß ist die Verlustleistung im Linearspannungsregler IC1?

A: 7,9 W

B: 5,0 W

C: 4,4 W

D: 2,5 W

Lösungsweg

  • gegeben: $U_{zu} = 13,8V$
  • gegeben: $U_{ab} = 5V$
  • gegeben: $R_L = 10Ω$
  • gesucht: $P_V$

$I = \frac{U_{zu}}{R_L} = \frac{5V}{10Ω} = 500mA$

$U_{IC1} = U_{zu} – U_{ab} = 13,8V – 5V = 8,8V$

$P_V = U_{IC1} \cdot I = 8,8V \cdot 500mA = 4,4W$

Fernspeiseweiche

Abbildung 73: BIAS – T
AD322: Zu welchem Zweck wird ein Bias-T (Fernspeiseweiche) eingesetzt?

A: Zur Verteilung der Gleichspannung auf zwei unterschiedliche Geräte.

B: Zur Gleichspannungsversorgung und HF-Signalübertragung über eine gemeinsame Leitung.

C: Zur Übertragung von zwei unterschiedlichen Gleichspannungen über eine gemeinsame Leitung.

D: Zur Verteilung eines HF-Signals auf zwei Ausgänge.

AD323: Was stellt die folgende Schaltung dar?

A: Netzfilter

B: Bandsperre

C: PI-Filter

D: Bias-T

Abbildung 73: BIAS – T
AD324: Zu welchem Zweck dient $C_1$ in dem dargestellten Bias-T?

A: Zur Verbesserung des Tiefpass-Verhaltens.

B: Zur Trennung der Gleichspannung vom Empfängereingang.

C: Zur HF-Trennung von RX und LNA.

D: Zur Siebung der Gleichspannung.

AD325: Was ist bei der Dimensionierung der Spule in dem dargestellten Bias-T zu beachten?

A: Spannungsfestigkeit

B: Güte

C: Temperaturkoeffizient

D: Strombelastbarkeit

Fragen?

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