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12-2018

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Grundlagen Aktives

Grundlagen Aktives Lernmodul für die Fortbildung Das ADALM1000- Modul von Analog Devices ist ein aktives Lernwerkzeug, das die Beziehung zwischen Strom, Spannung, Impedanz (Widerstand, Induktivität, und Kapazität) illustriert und dabei in die Grundlagen der Elektrotechnik einführt. Bild 1: Blockschaltbild des ADALM1000 Die ADALM1000 bereichert das Lernen mit einem persönlichen, tragbaren Labor bei Verwendung mit einem Laptop oder Tablet- PC. Die PixelPulse-Anwendungs-Software bietet dabei eine innovative grafische Benutzeroberfläche (GUI) für die Visualisierung und Manipulation von analogen Signalen. Der Artikel stellt anhand der Untersuchung des Einschwingverhalten von RC-Schaltungen Einsatzmöglichkeiten vor. rator (100 kS/s) vereint bei 16 Bit (0,05%) Grundmessgenauigkeit mit vierstelliger Auflösung. Quellen- und Senkenbetrieb ist möglich. Bild 1 zeigt die innere Struktur. Die PixelPulse-Open- Source-Software unterstützt Windows, Linux und OS X. Das ADALM1000-Modul eignet sich somit für Vorlesungen und Laborübungen gleichermaßen. Kursmaterialien stehen zum kostenlosen Herunterladen bereit. nung am Kondensator mithilfe von Impulsbetrieb zu verstehen. Dazu wird eine Impulsfolge an die RC-Schaltung gelegt. Die Zeitkonstante ist bekanntlich ein Maß für die Zeit, die vergehen muss, bis bestimmte Spannungs- und Stromänderungen in RC- und RL-Schaltungen erfolgt sind. Im Allgemeinen nimmt man an, dass der Kondensator im RC-Glied nach vier bis fünf Zeitkonstanten als komplett geladen/entladen angesehen werden kann, obwohl diese Zustände in endlicher Zeit theoretisch nie erreicht werden. Doch beträgt die Spannung über dem Kondensator bei Ladung dann ungefähr 98 bzw. 99% des möglichen Maximalwertes. Dies wird als Einschwingverhalten des Schaltkreises bezeichnet. Der eingeschwungene Zustand wird im Englischen Steady- State Response (SSR) genannt. Tabelle 1 zeigt die prozentualen Spannungs- und Stromwerte für den Kondensator im RC-Ladeschaltkreis bei einer bestimmten Zeitkonstante während des Aufladens. Es lässt sich zeigen, dass sich die Spannung über dem Kondensator so berechnet: Autoren: Doug Mercer Antoniu Miclaus Analog Devices, Inc. www.analog.com Das ADALM1000-Modul bietet Zugriff auf die tatsächlichen Schaltungen und Konzepte in einer realen Echtzeit-Entwicklungsumgebung. Es handelt sich um ein USB-versorgtes Lernwerkzeug, welches Oszilloskop (100 kS/s) und Funktionsgene- Zeitverhalten der RC-Schaltung Ziel des hier dokumentierten Laborversuchs ist es, das Verhalten eines RC-Glieds zu untersuchen und den Einfluss seiner Zeitkonstanten auf die Span- Darin ist V die zum Zeitpunkt 0 angelegte konstante Spannung. Sie steigt gemäß Bild 2 an. Die Entladespannung für den Kondensator ist: Darin ist Vo die im Kondensator bei t = 0 gespeicherte Initialspannung. Die Verlaufskurve ist durch eine abfallende Exponentialfunktion gekennzeichnet (Bild 3). Tabelle 1: Prozentuale Spannungs- und Stromwerte für bestimmte Zeitpunkte RC-Schaltung im Experiment Es wurde mit zwei Widerständen (2,2 und 10 kOhm) und zwei Kondensatoren (10 nF und 32 hf-praxis 12/2018

Grundlagen Bild 2: Aufladen eines Kondensators mit einem Sprungsignal Bild 3: Spannung bei Kondensatorentladung 1 µF) gearbeitet. Damit wurde die in Bild 4 gezeigte Schaltung auf einer Steckplatine lötfrei zunächst mit den Bauteilwerten 2,2 kOhm und 1 µF aufgebaut. Das weitere Vorgehen könnte so aussehen: • öffnen Sie die Oszilloskop- Software Alice • stellen Sie den Kanal A des AWG (Arbitrary Waveform Generator) auf den Minimalwert 0,5 V und den Maximalwert auf 4,5 V ein und legen Sie eine Rechteckwelle mit 4 Vss, zentriert um 2,5 V, als Eingangsspannung an • wählen Sie im AWG-A-Mode- Dropdown-Menü SVMI • wählen Sie in den AWG-A- Shape-Dropdown-Menüs Square • wählen Sie im AWG-B-Mode- Dropdown-Menü Hi-Z • wählen Sie im Alice-Curves- Dropdown-Menü CA-V und CB-V für die Anzeige • wählen Sie im Trigger-Dropdown-Menü CA-V und Auto Level • stellen Sie die Zeitbasis solange ein, bis Sie ungefähr zwei Zyklen der Rechteck- Bild 4: Anschaltung der Bauelemente Bild 5: Oszilloskopkonfiguration hf-praxis 12/2018 33

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