Simulieren mit TARGET 3001! Seite 1 von 24
Zusammenstellung der in TARGET 3001! simulierten Grundschaltungen
Alle simulierten Schaltungen sind als TARGET 3001!-Schaltungen vorhanden und beginnen mit SIM-
LED- Kennlinie...........................................................................2
LED- Kennlinie...........................................................................2
LED an Gleichspannung...........................................................2
Einweggleichrichter ohne Kondensator.................................4
Einweggleichrichter mit Kondensator....................................5
Gleichrichterschaltung mit Z-Dioden-Stabilisierung............6
Einweggleichrichter mit Spannungsregler 7805....................7
Zweiweggleichrichter................................................................8
Zweiweggleichrichter mit Spannungsregler..........................9
Transistorschaltung : Bestimmung von B...........................10
Kondensator-Auf- und Entladung.........................................12
RC-Rechteckgenerator...........................................................14
Widerstand an Wechselspannung........................................16
Kondensator an Wechselspannung......................................17
RC-Reihenschaltung...............................................................19
einfacher RC-Tiefpass............................................................21
verbesserter Tiefpass.............................................................22
RC-Bandpass aus HP und TP................................................23
Bandpass mit Schwingkreis..................................................24
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 2 von 24
LED- Kennlinie
Die Kennlinie erhält man mit einer DC-Analyse.
DC-Analysis:
Probe:Strom, auf den Bauteilanschluss klicken
Hinweis: die Durchlass-Spannung läßt sich im Modell mit der Größe IS ändern.
LED an Gleichspannung
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
LEDD1
+
-1V
V1
50m
40m
30m
20m
10m
0 0,5 2,0 1,5 1,0
I in A
U in V
2,5
VM2
-
+ DC
002,774VV
VM1
-
+ DC
002,224VV
AM2
-
+ DC
012,611mAA
220
R1
rot
D1
+
-5V
V1UR
Uled
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 3 von 24
LED an Wechselspannung ohne Schutzdiode
Die LED wirkt wie ein Gleichrichter.Am Widerstand sieht man die typische pulsierende Gleichspannung.Während den positiven Halbwellen leuchtet die LED und begrenzt die Spannung auf ca. 2,2vWährend den negativen Halbwellen sperrt die LED und muss die gesamte negative Spannung von –10V aufnehmen. dies kann auf Dauer zur Zerstörung der LED führen
LED an Wechselspannung mit Schutzdiode
Die LED leitet bei der positiven Halbwelle und begrenzt die Spannung auf 2,2V.Die Diode leitet bei der negativen Halbwelle und begrenzt die Spannung auf 0,7V. Dadurch schützt sie die LED vor zu großen negativen Spannungen.
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
rot D2
-
+
10V
V1 100Ω
R1
1N4001 D1
UR
UDiode
Uein
Frequenz 50Hz
rotD2-
+
10V
V1100
R1UR
UDiode
Uein
Frequenz 50Hz
+10
0
-10 10 40 30 20
Uein , UR , UDiode in V
Zeit in ms
50
+10
0
-10 10 40 30 20
Uein , UR , UDiode in V
Zeit in ms
50
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 4 von 24
Einweggleichrichter ohne Kondensator
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , Uaus in V
0
-10
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , Uaus , UDiode in V
0
-10
-
+10V
V1
100
R11N4001
D1
UDiode
UausUein
Frequenz 50Hz
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 5 von 24
Einweggleichrichter mit Kondensator
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , Uaus in V
0
-10
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , Uaus , UDiode in V
0
-20
-
+
10V
V1
100
R1
1000µF
C1+1N4001
D1
UDiode
UausUein
Frequenz 50Hz
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 6 von 24
Gleichrichterschaltung mit Z-Dioden-Stabilisierung
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
ZPD5,1V
D210
R1
-
+
10V
V1
100
R2
1000µF
C1 +1N4001
D1
UR1
Uc
UDiode
UausUein
Frequenz 50Hz
10
50
Zeit im ms 40 30 10 20
Uein , UC , Uaus in V
0
-10
10
50
Zeit im ms 40 30 10 20
Uein , UC , UR1 , Uaus in V
0
-10
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 7 von 24
Einweggleichrichter mit Spannungsregler 7805
Hinweis: Lässt man die beiden 100nF-Kondensatoren weg, so werden die im Diagramm sichtbaren Einschwingvorgänge deutlich stärker. Die Kondensatoren dienen der Schwingungsunterdrückung. Schwingungen können immer auftreten, wenn die Größe der Eingangsspannung oder die Belastung am Ausgang schwankt.
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10
50
Zeit im ms 40 30 10 20
Uein , UC , Uaus in V
0
-10
100NF
C3
100NF
C2GND
IN OUT
7805CTIC1
-
+
10V
V1
100
R2
1000µF
C1 +1N4001
D1
U7805
Uc
UDiode
UausUein
Frequenz 50Hz
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 8 von 24
Zweiweggleichrichter
ohne Kondensator
mit Kondensator
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , Uaus in V
0
-10
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , Uaus in V
0
-10
-
~
~
+
BR1
B80C1000
-+
10V
V1
100
R1Uaus
Uein
Frequenz 50Hz
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 9 von 24
Zweiweggleichrichter mit Spannungsregler
Lastwiderstand zu kleinbzw. Eingangsspannung zu kleinbzw. Kondensator zu klein
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , UC , Uaus in V
0
-10
10
50
Zeit im ms
40 30 10 20
Uein , UC , Uaus in V
0
-10
-
~
~
+BR1
B80C1000
100NF
C3
100NF
C2GND
IN OUT
7805CTIC2
100
R3
1000µF
C1+
-
+
10V
V1
U7805
Uc Uaus
Uein
Frequenz 50Hz
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 10 von 24
Transistorschaltung : Bestimmung von BBei der messtechnischen Bestimmung des Gleichstromverstärkungsfaktors B werden Kollektorstrom und Basisstrom gemessen und anschließend der Quotient gebildet. Es ist jedoch zu beachten, dass der Transistor auf keinen Fall übersteuert sein darf.D.h. die Größe des Kollektorstromes muss vom Basisstrom abhängen und nicht wie bei der Übersteuerung von der Größe des Kollektorwiderstandes! Daher wird auch UCE gemessen. Ist UCE deutlich größer als UCEsat , so ist der Transistor nicht übersteuert. Bei dem Darlingtontransistor BC517 beträgt UCEsat ≈ 1V.Die Stromverstärkung ist außerdem abhängig von der Größe des Kollektorstromes. Daher werden einige „Messungen“ bei unterschiedlichen Kollektorströmen durchgeführt.
B = IC / IB = 417mA / 16µA = 26.000
B = IC / IB = 266mA / 8µA = 33.000
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
VM2
-
+ DC
001,735VV
T2
BC517
+
-10V
V1
VM1
-
+ DC
004,649VV
AM2
-
+ DC
000,008mAA
AM1
-
+ DC
000,266AA
1M
eg
R2
20R1
VM2
-
+ DC
002,030VV
T2
BC517
+
-10V
V1
VM1
-
+ DC
005,793VV
AM2
-
+ DC
000,016mAA
AM1
-+ DC
000,417AA
50
0k
R2
10R1
B=I CI B
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 11 von 24
B = IC / IB = 168mA / 4µA = 42.000
Laut Datenblatt ergibt sich folgender Verlauf von B
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
VM2
-
+ DC
001,533VV
T2
BC517
+
-10V
V1
VM1
-
+ DC
006,633VV
AM2
-
+ DC
000,004mAA
AM1
-
+ DC
000,168AA
2M
eg
R2
20R1
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 12 von 24
Kondensator-Auf- und Entladung
In den unteren Bildern lädt der Kondensator sich schneller auf, weil die Kapazität kleiner ist.
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
Die Schaltung mit R = 1kΩ und C = 1µF besitzt eine Zeitkonstante von τ = 1ms.Im linken oberen Bild hat sich der Kondensator nach 1msauf 6,3V aufgeladen.
Zeit
10 UR in V
-10
0
10
0
8
6
4
2
Uges, Uc in V
Zeit in ms 2 1
10
8
6
4
2
0
Uges, Uc in V
1 Zeit in ms
Zeit
10
0
-10
UR in V
1 Zeit in ms
+
-10V
V11µF
C1
+
1K
R1
UR
UcUges
Periodendauer = 2msImpulszeit = 1ms
+
-10V
V1100nF
C1
+
1K
R1
UR
UcUges
Periodendauer = 2msImpulszeit = 1ms
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 13 von 24
Überprüfung der Formel der Aufladekurve:
Im Graphenrechner eingegebene Funktion: 10*(1-exp(-t/1m)) wobei hier Umax = 10V und τ = 1ms ist.
Überprüfung von Uges = UR + UC mit dem Graphenrechner
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10
8
6
4
2
0
Uges, Uc in V mit 10* (1-e(-t/1m)) berechnete Aufladekurve
1 Zeit in ms
U=Umax∗(1−e−tτ )
10
-10
0
UR, Uc in V mit UR + Uc berechnete Gesamtspannung
1 Zeit in ms
Zeit in ms
5
3
2
1
0
4
Urecht, UC in V
5 1
Zeit in ms
5
4
3
2
1
0
Urecht, Uc in V
1 5
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 14 von 24
RC-Rechteckgenerator
Die Schaltschwellen des Schmitt-Triggers lassen sich am TARGET 3001!-Oszilloskop ablesen, wenn man bei Bearbeiten den Cursor an den Graphen hängt. (Werte x, y am unteren Bildrand)obere Schaltschwelle: 2,5V untere Schaltschwelle: 1,6V
Mit C = 3µF lädt sich der Kondensator langsamer auf , daher werden die Schaltschwellen des Schmitt-Triggers später erreicht und die Frequenz sinkt
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
+
-5V
V1
IC1p
74HC14_DIN
IC1a
1µFC1+1KR1UR
Uc Urecht
des Schmitt-TriggersSpannungsversorgung
Urecht, Uc, UR in V 5
0
-5 Zeit in ms 1 5
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 15 von 24
zusätzlich wird die Spannung über dem Widerstand gemessen:
Mit dem Graphenrechner durchgeführte Addition von Uc und UR ergibt Urecht -> Beweis: die Summe der Spannungen Uc und UR ergibt zu jedem Zeitpunkt Urecht
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
5
-5
0
1 5
Urecht = Uc + UR
Zeit in ms
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 16 von 24
Widerstand an Wechselspannung
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
+1
50
Zeit im ms
40 30 10 20
UR in V, IR in A, PR in W
0
-1
+1
50
Zeit im ms
40 30 10 20
UR in V, Ueff berechneter Effektivwert IR in A , Ieff berechneter Effektivwert PR in W, berechnet: U eff * Ieff
0
-1
-
+
1V
V1
1.5Ω R1
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 17 von 24
Kondensator an Wechselspannung
Eine Quelle liefert eine sinusförmige Wechselspannung mit U = 1V bei f = 1kHz.
mit U(t) und I(t) mitTransientenanalyse
Phasenverschiebung
Im Oszillogramm ablesbar:
Der Strom eilt der Spannung um 90° voraus.
Änderung des Kondensatorsauf z.B. 200 µF:
Der Strom steigt. C ↑ → I ↑ → Xc ↓ weil Xc = U / I
⇒ Xc ~ 1/C
Änderung der Frequenz auf f = 500 Hz
Im Oszillogramm ablesbar:
Der Strom eilt der Spannung um 90° voraus.
Der Strom sinkt.
f ↓ → I ↓ → Xc ↑ weil Xc = U / I
⇒ Xc ~ 1/f
⇒ Xc ~ 1/C*f
Hinweis:Der Kondensator ist so bemessen, dass der Strom im Bereich zwischen 0,5 und 1 A liegt, da das Oszilloskop in TARGET 3001! nur eine Skale aufweist und Ströme kleiner als 0,5A nicht mehr sinnvoll dargestellt werden.
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
+1
1,5 1 0,5
0
-1 Zeit in ms
Uc in V, Ic in A
-
+
1V
V1
100µF
C1
Ic
Uc
f=1kHz
+1
1,5 1 0,5
0
-1 Zeit in ms
Uc in V, Ic in A
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 18 von 24
AC-AnalyseMit der AC-Analyse kann man die Abhängigkeit des Strom und der Spannung von der Frequenz sehen:Achtung: auf der X-Achse steht jetzt die Frequenz f
f ↑ → I ↑ → Xc ↓ weil Xc = U / I
Berechnung von Xc mit dem Graphenrechner:
Im Graphenrechner• Neu (analog) -Button• Effektivwert-Button• bei Graph: Spannung
wählen• im Eingabefeld ans Ende
der Klammer gehen• / für geteilt durch• Effektivwert-Button• Graph Strom wählen• OK
Abhängigkeit des Blindwiderstandes Xc von der Frequenz
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
+1
1000 10 0
Frequenz in Hz
Uc in V, Ic in A
109 505 208 307 406
140
1000 10 0
Frequenz in Hz
Xc = Ueff / Ieff berechnet mit dem Graphenrechner
109 208 505 307 406
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 19 von 24
RC-Reihenschaltung
Reihenschaltung aus R = 1,5Ω und C = 100µF wird an Wechselspannung U= 1V, f= 1kHz angeschlossen
Aus dem Oszillogramm lässt sich ablesen:• Einschwingvorgang bis ca. 0,3 ms• UR und I sind phasengleich• UR und UC sind 90° phasenverschoben• Die Summe aus UR und UC ergibt Uges
Uges = UC + UR berechnet mit dem Graphenrechner:
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
+1
1,5 1 0,5
0
-1 Zeit in ms
Uges, Uc, UR in V, I in A
1,5Ω
R1
-
+
1V
V1
100µF C1
Uges
UR
I
Uc f=1kHz
+1
1,5 1 0,5
0
-1 Zeit in ms
Uc, UR in V, Uges = Uc+UR berechnet mit Graphenrechner
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 20 von 24
Frequenzabhängigkeit von U und I
Frequenz
V(ges,C) V(C,GND) V(ges,GND) I(r1,1) 10 100 1K 10K
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Uges, Uc, UR in V, I in A
• logarithmische Frequenzachse!• leider sind die Linien nicht logarithmisch eingeteilt• man erkennt das typische Tiefpass-Verhalten von UC
• und das Hochpass-Verhalten von UR
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 21 von 24
einfacher RC-Tiefpass
Grenzfrequenz mit dem Cursor im Oszilloskop-Fenster ablesen!
Frequenz
100 1K 10K 100K
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Uaus / Uein
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
-
+
10V
V1 1kΩ
R1
100nF
C1
Uaus Uein
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 22 von 24
verbesserter Tiefpass
Schaltet man 2 Tiefpässe, die scheinbar die gleiche Grenzfrequenz besitzen, hintereinander, so wird erhält man einen steilen Abfall der Kurve, also einen „besseren“ Tiefpass.Die Grenzfrequenz ändert sich jedoch von ca. 1,5kHz auf 960 Hz. Beide Werte kann man im Oszilloskop-Fenster ablesen, wenn man bei „Bearbeiten“ den Cursor nacheinander an beide Graphen hängt. Warum das so ist, kann man nach einer Reihen-Parallel-Umwandlung des 2. Filters verstehen.
Frequenz
V(Uc) V(Uc2)
10 100 1K 10K 100K
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0 Uaus / Uein, U2 / Uein
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
10k
R2
10nFC2
-
+
10V
V1 1k
R1
100nFC1
UausU2Uein
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 23 von 24
RC-Bandpass aus HP und TP
Die Reihenschaltung aus RC-Hochpass und RC-Tiefpass bildet einen Bandpass.Nur wenn das Filter am Ausgang hochohmig gewählt ist gegenüber dem Filter am Eingang
lassen sich die Grenzfrequenzen näherungsweise getrennt berechnen mit f g=1
2⋅π⋅R⋅CZum Vergleich der Frequenzgänge von Hochpass, Tiefpass und Bandpass ist oben noch ein Tiefpass an die gleiche Spannungsquelle geschaltet.
Für die AC-Analyse (Frequenzgang) sind die Größe der Spannung und der Frequenz bei der Quelle ist beliebig. Alle Spannungen werden automatisch auf die Eingangsspannung bezogen, z.B. Uaus_HP / Uein. Der Frequenzbereich wird im AC-Analyse-Fenster angegeben.
Mit Cursor im Oszilloskop-Fenster ausgemessen: UHP = UTP bei 1,07 kHzUHP = 0,707 bei f = 303 HzUTP = 0,707 bei f = 3,36kHz
Frequenz
V(UHP) V(UTP) V(UBP)
10 100 1K 10K 100K
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0 Uaus_TP / Uein, Uaus_HP / Uein, Uaus_BP / Uein
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
4,7k
R3
10nFC3
4,7k
R2
10nFC2
-
+
1V
V1
530
R11µF
C1
Uaus_HP
Uaus_TP
Uaus_BPUein
TP zum Vergleich
Bandpass aus HP und TP
fgTP=3,4kHz
fgTP=3,4kHzfgHP=300Hz
Simulieren mit TARGET 3001! Seite 24 von 24
Bandpass mit Schwingkreis
Frequenz
V(Ua)
10 100 1K 10K 100K
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Uaus / Uein
In-Target-simulierte-Schaltungen-mit-Oszillogrammen.doc
200
R2
10k
R1
100m
L1
253nF
C1
-
+
1V
V1
fgrenz bei ca 300Hz und 3,4 KHz
UausUein
Bandbreite ca. 3100Hzf_Res = 1kHz