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Wir betrachten Spannungen an einer blinkenden LED.


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Spannungen an einer blinkenden LED

Im Praktikum Blinkende LED haben wir die Schaltung eines einfachen Blinklichts untersucht.

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Bild 1: Ein einfaches Blinklicht

Wir haben uns auf das zeitliche Verhalten des Blinkens konzentriert. Wie schnell blinkt die LED: Frequenz und Periode.

Mittelwerte

Jetzt betrachten wir die Spannung am Ausgang des LMC555 genauer.

Die Spannung ist für eine gewisse Zeit 5V und eine andere Zeit 0V.

Bisher hatten wir meistens mit Spannungen zu tun, die immer den gleichen Wert hatten. Jetzt haben wir es mit einer stark schwankenden Spannung zu tun.

Wenn wir die Spannung am Ausgang des LMC555 messen, ist das Voltmeter völlig irritiert. Es liefert immer wieder andere Werte. Bei einem Kondensator von 0,1µF ist es zwar etwas ruhiger, aber es schwankt immer noch.

Dieses Verhalten ist nachvollziehbar, weil die Spannung immer wieder ein- und ausgeschaltet wird.

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Bild 2: Eine Spannung glätten

Die Schaltung in Bild 2 glättet die Schwankungen vom Ausgang des LMC555. Das gelingt bei niedrigen Frequenzen nicht gut. Bei C=0,1µF erhalten wir am Kondensator C2 etwa 2V. Entfernen wir LED2 sind es etwa 2,2V. Entfernen wir beide LEDs sind es nicht ganz 2,4V. Wenn LED2 angeschlossen ist, fällt eine Spannung am Widerstand R4 ab. Die LED1 belastet den Ausgang des LMC555, dass er nicht ganz 5V liefert.

Diese 2,5V sind der Mittelwert der Spannung am Ausgang des LMC555. Er ist für die Hälfte der Zeit je 5V und 0V, also 5V/2=2,5V. Der Kondensator C2 mittelt die Ausgangsspannung. Diese wird als Glättung bezeichnet.

Die 2,5V stimmen nicht ganz, weil das Verhältnis R1+R2/R2=110kΩ/100kΩ=1,1 ist.

Um = Uv * (R1+R2) / (R1+2*R2) = 5V * (10kΩ+100kΩ) / (10kΩ+2*100kΩ) = 2,62V

Das sehen wir uns später genauer an.

Wechselspannung

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Wechselspannung

Wechselspannungen sind ziemlich unanschaulich:

  • Wir können Wechselspannungen nicht mit dem Voltmeter verfolgen.
  • Wechselspannungen sind andererseits abstrakt.
  • Wir müssten Wechselspannungen anzeigen können.
  • Das geht mit dem Oszilloskop.

Die Spannung am Ausgang des LMC555 besteht aus zwei Anteilen:

  • Einer konstanten Gleichspannung Ug von 2,5V
  • die ihre Polarität nicht wechselt. Daher Gleichspannung.
  • Einer Wechselspannung Uw von ±2,5V.
  • Sie ist für eine gewisse Zeit +2,5V oder -2,5V
  • Sie wechselt ihre Polarität. Daher Wechselspannung.
  • Die Ausgangsspannung ist eine Mischspannung aus Gleich- und Wechselspannung
  • Sie ist Ua=Ug+Uw
  • 2,5V+2,5V=5V
  • 2,5V-2,5V=0V

Wechselspannung-Gleichspannung.png

Durch einen Widerstand und einen Kondensator kann der Gleichspannungsanteil bestimmt werden.

Eine Mischung aus Gleich- und Wechselspannung wird als Mischspannung bezeichnet.

Regeln

  • Eine Gleichspannung hat immer den gleichen Wert in Volt.
  • Eine Wechselspannung hat einen positiven und negativen Spannungsanteil.
  • Sie wechselt die Polarität.
  • Eine Mischspannung ist eine Überlagerung (Addition) einer Gleich- und Wechselspannung
  • Mit einer Schaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator kann der Mittelwert einer Mischspannung bestimmt werden.
  • Es ist der Gleichspannungsanteil
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Messen mit dem Oszilloskop

Mit einem Oszilloskop kann der Verlauf von Wechselspannungen und Mischspannungen gemessen werden. Die ersten Untersuchungen werden wir in Einfache Anzeige eines Oszilloskops vornehmen.