Leistungsanpassung

Aufgaben:

Aufgabe 1

Der Innenwiderstand eines Messgenerators kann auf die Werte und eingestellt werden. Mit einem hochohmigen Oszilloskop wurde in allen Bereichen eine Leerlaufspannung von gemessen.

  1. Welcher Innenwiderstand muss eingestellt werden, damit die Ausgangsspannung durch die Belastung mit einem Widerstand möglichst wenig abfällt? Welche Ausgangsspannung tritt in diesem Fall auf?
  2. Welcher Innenwiderstand ist einzustellen, damit am Widerstand die maximal entnehmbare Leistung auftritt?
Aufgabe 2

Mit einem Drehspulmesswerk soll ein Multimeter aufgebaut werden. Vorgesehen sind zwei Spannungs- und zwei Strom-Messbereiche. Das zugehörige Schaltbild ist nebenstehend angegeben.

 

Das Multimeter soll nur durch Wahl der Anschlussklemmen als Voltmeter oder als Amperemeter verwendbar sein. Umschalter sind nicht vorgesehen.

Abbildung

Das zur Verfügung stehende Messwerk zeigt bei einem Strom von A Vollausschlag an und besitzt einen Innenwiderstand von . Folgende Messbereiche sind vorgesehen:

Klemmen (B) und (A)

Strommessung mit 1 mA Vollausschlag

Klemmen (C) und (A)

Strommessung mit A Vollausschlag

Klemmen (D) und (A)

Spannungsmessung mit 5 V Vollausschlag

Klemmen (E) und (A)

Spannungsmessung mit Vollausschlag
  1. Welche Spannung am Messwerk wird benötigt, um den Zeiger auf Vollausschlag zu bringen?
  2. Berechnen Sie die Widerstände und um die beiden Strommessbereiche zu realisieren.
  3. Berechnen Sie die Widerstände und um die beiden Spannungsmessbereiche zu realisieren.
  4. Welche Empfindlichkeit in hat das Multimeter für die Spannungsmessbereiche?
Aufgabe 3

Um eine Glühlampe mit einer Nennspannung von an die Spannungsquelle anschließen zu können, verwenden Sie den Vorwiderstand .

 

Aus dem Datenblatt der Glühlampe entnehmen Sie die Strom-Spannungs-Charakteristik (s. Abbildung unten).

Abbildung

  1. Welchen Widerstand benötigen Sie, um bei einer Versorgungsspannung von die Glühlampe bei Nennspannung betreiben zu können?
  2. Welche Leistung nimmt die Glühlampe bei Nennspannung auf?
  3. Die Versorgungsspannung wird auf reduziert. Welche Spannung stellt sich an der Glühlampe ein, wenn sich der Widerstand gegenüber Aufgabenteil a) nicht verändert? Ermitteln Sie den Arbeitspunkt grafisch.

Abbildung

Aufgabe 4

Der folgende Aufbau zeigt ein Netzgerät, das als Ladegerät an einen NC-Akku angeschlossen wird. Der Akku kann näherungsweise als Spannungsquelle mit Innenwiderstand beschrieben werden.

Die Spannungs-Strom-Charakteristik des Netzgerätes ist in der unteren Abbildung gegeben.

  1. Welcher Strom und welche Spannung stellen sich am -Akku ein, wenn dieser an das Netzgerät angeschlossen wird?
  2. Welche Leistung wird dabei dem Netzgerät entnommen?
  3. Der NC-Akku soll durch einen Widerstand ersetzt werden. Welchen Widerstandswert müssen Sie wählen, damit der gleiche Strom wie zuvor entnommen wird und wie groß ist die Spannung in diesem Fall?

Abbildung

Abbildung

Aufgabe 5

Gegeben ist eine Schaltung, bestehend aus einer idealen Stromquelle, Widerständen und einer Diode.

Die Diode wird durch die nebenstehende Strom-Spannungs-Charakteristik beschrieben.

  1. Wie groß ist der durch die Diode fließende Strom?
  2. Wie groß ist die in der Diode umgesetzte Leistung?
  3. Mit welcher Leistung muss die Schaltung versorgt werden?

Abbildung

Abbildung

 

Aufgabe 6

Gegeben ist ein Spannungsteiler, an den der Lastwiderstand angeschlossen wird.

  1. Geben Sie die im Widerstand umgesetzte Leistung als Funktion von und an.
  2.  Wie groß ist die in umgesetzte Leistung für die Grenzfälle und ? Was können Sie über die Leistung in beiden Fällen sagen?
  3.  Bei welchem Widerstandswert von ist die dort umgesetzte Leistung maximal?

Abbildung

Aufgabe 7

Die in Bild a dargestellte Schaltung enthält zwei Spannungsquellen mit den Quellenspannungen und
Die vorhandenen Widerstände haben die Werte und .
Der Widerstand soll so eingestellt werden, dass er die maximal mögliche Leistung aufnimmt.

  1. Welcher Wert ist für den Widerstand erforderlich?
  2. Wie groß ist die Leistung die von maximal aufgenommen werden kann?

Abbildung

  1. Gegebene Schaltung
  2. Schaltung mit abgetrenntem Widerstand
  3. Ersatzspannungsquelle der letztgenannten Schaltung
Aufgabe 8

Die in Bild a dargestellte Schaltung enthält eine Spannungsquelle mit der Quellenspannung und die Widerstände , und . Der Widerstand soll so eingestellt werden, dass er die maximal mögliche Leistung aufnimmt.

  1. Welcher Wert ist für den Widerstand erforderlich?
  2. Wie groß ist die Leistung die von maximal aufgenommen werden kann?

Abbildung

  1.  Gegebene Schaltung
  2. Schaltung mit abgetrenntem Widerstand
  3. Ersatzspannungsquelle der letztgenannten Schaltung
Aufgabe 9

An einem Generator (Leerlaufspannung Innenwiderstand soll ein Verbraucher angeschlossen werden, der durch einen Ohmschen Widerstand darstellbar ist.

  1. Bei welchem Wert von wird im Verbraucher die größte Leistung umgesetzt und wie groß ist diese Leistung?
  2. Stellen Sie den Wirkungsgrad als Funktion von dar.
  3. Wie groß sind Verbraucherleistung und Wirkungsgrad für und ?
Aufgabe 10

Gegeben ist eine Spannungsquelle mit dem Innenwiderstand und einer Quellenspannung die wechselweise drei Verbraucher mit den Widerständen und betreiben soll.

  1. Berechnen Sie allgemein und für die gegebenen Zahlenwerte die in umgesetzte Leistung und den Wirkungsgrad.
  2. Stellen Sie den Verlauf der Leistung, bezogen auf die Leistung und den Wirkungsgrad als Funktion von in einem gemeinsamen Diagramm dar.
Aufgabe 11

Gegeben ist ein Generator mit einer Leerlaufspannung und einem Innenwiderstand .

  1. Dieser Generator soll so betrieben werden, dass die Leistungsabgabe mit einem Wirkungsgrad von 0,95 erfolgt. Wie groß sind dann der Belastungswiderstand , die innere Verlustleistung und die abgegebene Leistung
  2. Die Belastung soll so erfolgen, dass der Generator die maximale Leistung abgibt. Wie groß sind und
  3. Der Generator verträgt eine zulässige innere Verlustleistung . Wie muss der Belastungswiderstand gewählt werden, damit er optimale Leistung aufnimmt, ohne den Generator zu überlasten? Wie groß ist diese Leistung?
Aufgabe 12

Die Spannung eines in einer Fernüberwachungsanlage (Klemmen A B) eingesetzten Thermoelementes soll über eine Kupferleitung mit dem Querschnitt in Entfernung (Klemmen C D) gemessen werden.

Abbildung

  1. Welche Leistung kann maximal an den Klemmen A B, welche an den Klemmen C D entnommen werden
  2. Als Empfänger soll ein Drehspulinstrument verwendet werden. Welche elektrischen Daten und muss es besitzen, wenn es bei und Endausschlag anzeigen soll.

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