Grundschaltungen der Elektronik

62 Pages·2011·1 MB·German

Grundschaltungen
der Elektronik
Arbeitsbuch
Mit CD-ROM
D1
U
R1 AC1
230V U
C1 DC
50Hz
U
R2 AC2
D2
230V/24V
UDC
t
Festo Didactic
567289 de
Bestell-Nr.: 567289
Stand: 09/2011
Autor: Karl-Heinz Drüke
Redaktion: Frank Ebel
Grafik: Anika Kuhn, Thomas Ocker, Doris Schwarzenberger
Layout: 09/2011, Frank Ebel, Beatrice Huber

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2011
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]

Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,
soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte
vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen
durchzuführen.

Hinweis
Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
Inhalt

Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV
Vorwort ______________________________________________________________________________ V
Einleitung _____________________________________________________________________________ VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise __________________________________________________________ VIII
Trainingspaket Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik (TP 1011) ______________________________ IX
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben – Grundschaltungen der Elektronik __________________________X
Gerätesatz _____________________________________________________________________________ XIII
Zuordnung von Komponenten und Aufgaben – Grundschaltungen der Elektronik ___________________ XVIII
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder __________________________________________________________ XX
Struktur der Aufgaben ____________________________________________________________________ XXI
Bezeichnung der Komponenten ____________________________________________________________ XXI
Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XXII

Aufgaben und Lösungen

Aufgabe 1: Untersuchen der Kennwerte von Transistoren ________________________________________ 3
Aufgabe 2: Unterscheiden von Transistorgrundschaltungen ____________________________________ 21
Aufgabe 3: Untersuchen mehrstufiger Verstärker _____________________________________________ 39
Aufgabe 4: Aufbauen eines Leistungsverstärkers _____________________________________________ 57
Aufgabe 5: Verstärken von Gleichspannungssignalen _________________________________________ 73
Aufgabe 6: Erzeugen von Impuls- und Sägezahnspannungen ___________________________________ 91
Aufgabe 7: Aufbauen von Sinusgeneratoren mit LC- und RC-Gliedern ____________________________ 111
Aufgabe 8: Untersuchen von Netzteilschaltungen ____________________________________________ 129
Aufgabe 9: Kennen lernen von Gleichspannungswandlern _____________________________________ 147
Aufgabe 10: Einsetzen von Thyristoren und TRIACs ___________________________________________ 163

Aufgaben und Arbeitsblätter

Aufgabe 1: Untersuchen der Kennwerte von Transistoren ________________________________________ 3
Aufgabe 2: Unterscheiden von Transistorgrundschaltungen ____________________________________ 21
Aufgabe 3: Untersuchen mehrstufiger Verstärker _____________________________________________ 39
Aufgabe 4: Aufbauen eines Leistungsverstärkers _____________________________________________ 57
Aufgabe 5: Verstärken von Gleichspannungssignalen _________________________________________ 73
Aufgabe 6: Erzeugen von Impuls- und Sägezahnspannungen ___________________________________ 91
Aufgabe 7: Aufbauen von Sinusgeneratoren mit LC- und RC-Gliedern ____________________________ 111
Aufgabe 8: Untersuchen von Netzteilschaltungen ____________________________________________ 129
Aufgabe 9: Kennen lernen von Gleichspannungswandlern _____________________________________ 147
Aufgabe 10: Einsetzen von Thyristoren und TRIACs ___________________________________________ 163

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289 III
Bestimmungsgemäße Verwendung

Das Trainingspaket Grundlagen Elektrotechnik/Elektronik ist nur zu benutzen:
• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand

Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.

Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich
Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die
Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die
in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes
außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden
vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.

IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289
Vorwort

Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen
Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des
Lernsystems:
• Technologieorientierte Trainingspakete
• Mechatronik und Fabrikautomation
• Prozessautomation und Regelungstechnik
• Mobile Robotik
• Hybride Lernfabriken

Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem
Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert.

Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,
Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare
Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben.

Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen
Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen
und elektrischen Antrieben möglich.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289 V
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:
• Hardware
• Medien
• Seminare

Hardware
Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und
Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte
der begleitenden Medien angepasst.

Medien
Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die
praxisorientierte Teachware umfasst:
• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)
• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)
• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)
• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)
• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)

Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:
• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)
• Simulationssoftware
• Visualisierungssoftware
• Software zur Messdatenerfassung
• Projektierungs- und Konstruktionssoftware
• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen

Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht
konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.

Seminare
Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und
Weiterbildung ab.

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?

Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.

VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289
Einleitung

Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma
Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und
Weiterbildung. Das Trainingspaket Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik (TP 1011) behandelt die
folgenden Themen:
• Grundlagen Gleichstromtechnik
• Grundlagen Wechselstromtechnik
• Grundlagen Halbleiter
• Grundschaltungen der Elektronik

Das Arbeitsbuch Grundschaltungen der Elektronik schließt die Reihe der Arbeitsbücher für die Grundlagen
der Elektrotechnik/Elektronik. Vor allem auf die analytische Betrachtung des Zusammenspiels der bereits
aus den ersten drei Grundlagenbüchern bekannten Bauteile wird hier Wert gelegt.

Voraussetzung für den Aufbau und das Auswerten der Schaltungen ist ein Laborarbeitsplatz, ausgestattet
mit einer abgesicherten Netzspannungsversorgung, zwei Digital-Multimetern, einem Speicher-Oszilloskop
und Sicherheits-Laborleitungen.

Mit dem Gerätesatz TP 1011 werden die kompletten Schaltungen der 10 Aufgabenstellungen zum Thema
Grundschaltungen der Elektronik aufgebaut. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser
Aufgaben enthalten die Lehrbücher
• Fachkunde Elektroberufe, Bestell-Nr. 567297 und
• Elektrotechnik, Bestell-Nr. 567298.

Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Dioden, Transistoren, Messgeräte usw.) zur
Verfügung.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289 VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise

Allgemein
• Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen
arbeiten.
• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle
Hinweise zur Sicherheit!
• Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt
werden und sind umgehend zu beseitigen.

Elektrik
• Lebensgefahr bei unterbrochenem Schutzleiter!
– Der Schutzleiter (gelb/grün) darf weder außerhalb noch innerhalb des Geräts
unterbrochen werden.
– Die Isolierung des Schutzleiters darf weder beschädigt noch entfernt werden.
• In gewerblichen Einrichtungen sind die Berufsgenossenschaftlichen Vorschriften BGV A3 "Elektrische
Anlagen und Betriebsmittel" zu beachten.
• In Schulen und Ausbildungseinrichtungen ist das Betreiben von Netzgeräten durch geschultes Personal
verantwortlich zu überwachen.
• Vorsicht!
Kondensatoren im Gerät können noch geladen sein, selbst wenn das Gerät von allen Spannungsquellen
getrennt wurde.
• Beim Ersetzen von Sicherungen: Verwenden Sie nur vorgeschriebene Sicherungen mit der richtigen
Nennstromstärke.
• Schalten Sie Ihr Netzgerät niemals sofort ein, wenn es von einem kalten in einen warmen Raum
gebracht wird. Das dabei entstehende Kondenswasser kann unter ungünstigen Umständen Ihr Gerät
zerstören. Lassen Sie das Gerät ausgeschaltet, bis es Zimmertemperatur erreicht hat.
• Verwenden Sie als Betriebsspannung für die Schaltungen der einzelnen Aufgaben nur Kleinspannungen,
maximal 25 V DC.
• Stellen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand her!
• Bauen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand ab!
• Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.
• Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den
Leitungen.

VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289
Trainingspaket Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik (TP 1011)

Das Trainingspaket TP 1011 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand
dieses Teils des Trainingspaketes TP 1011 sind die Grundschaltungen der Elektronik. Einzelne Komponenten
aus dem Trainingspaket TP 1011 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.

Wichtige Komponenten des TP 1011
• Fester Arbeitsplatz mit Universal-Steckfeld EduTrainer®
• Bauteilsatz Elektrotechnik/Elektronik mit Brückensteckern und Sicherheits-Laborleitungen
• Grundlagen-Netzteil EduTrainer®
• Komplette Laboreinrichtungen

Medien
Die Teachware zum Trainingspaket TP 1011 besteht aus Fach- und Tabellenbüchern und Arbeitsbüchern. Die
Fachbücher vermitteln anschaulich und übersichtlich die Grundlagen der Halbleitertechnik. Die
Arbeitsbücher enthalten zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen
Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe
wird mit jedem Arbeitsbuch geliefert.

Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket und auf der CD-ROM zur
Verfügung gestellt.

Medien
Fachbücher Fachkunde Elektroberufe
Elektrotechnik
Tabellenbuch Elektrotechnik/Elektronik
Arbeitsbücher Grundlagen Gleichstromtechnik
Grundlagen Wechselstromtechnik
Grundlagen Halbleiter
Grundschaltungen der Elektronik
Digitale Lernprogramme WBT Elektrik 1 – Grundlagen der Elektrotechnik
WBT Elektrik 2 – Gleich- und Wechselstromschaltkreise
WBT Elektronik 1 – Grundlagen der Halbleitertechnik
WBT Elektronik 2 – Integrierte Schaltkreise
WBT Elektrische Schutzmaßnahmen
Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1011

Als Software zum Trainingspaket TP 1011 stehen die digitalen Lernprogramme Elektrik 1, Elektrik 2,
Elektronik 1, Elektronik 2 und Elektrische Schutzmaßnahmen zur Verfügung. Diese Lernprogramme
beschäftigen sich ausführlich mit den Grundlagen der Elektrik/Elektronik. Die Lerninhalte sind sowohl
fachsystematisch als auch anwendungsbezogen an praxisnahen Fallbeispielen dargestellt.

Die Medien werden in mehreren Sprachen angeboten. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren
Katalogen und im Internet.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567289 IX
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben – Grundschaltungen der
Elektronik

Aufgabe 1: Kennwerte von Transistoren
• Sie können Transistoren auf Funktion überprüfen.
• Sie können die Stromverstärkung B von Transistoren ermitteln.
• Sie kennen typische Werte der Stromverstärkung von Transistoren.
• Sie können Schaltungen für NPN-Transistoren umbauen in solche für PNP-Transistoren.
• Sie können die Spannungsverstärkung einer Schaltung ermitteln.
• Sie kennen die Wirkungen einer Arbeitspunkteinstellung.
• Sie kennen die Auswirkung einer Übersteuerung eines Verstärkers.

Aufgabe 2: Transistorgrundschaltungen
• Sie kennen den Unterschied zwischen einem Emitterfolger und einer Emitterschaltung.
• Sie erkennen die drei Transistorgrundschaltungen.
• Sie können die Spannungsverstärkung von Transistorschaltungen messen.
• Sie kennen die typische Spannungsverstärkung der Transistorgrundschaltungen.
• Sie wissen, welche Transistorgrundschaltung eine Phasendrehung von180° bewirkt.
• Sie wissen, welche Transistorgrundschaltungen nichtinvertierend arbeiten.
• Sie können die typischen Eingangs- und Ausgangswiderstände der Grundschaltungen angeben.
• Sie können die Eingangs- und Ausgangswiderstände von Verstärkerschaltungen messen.

Aufgabe 3: Mehrstufige Verstärker
• Sie wissen, was eine Darlingtonschaltung ist.
• Sie kennen eine komplementäre Darlingtonschaltung.
• Sie können Ströme im Nanoamperebereich messen.
• Sie wissen, was eine Gegenkopplung ist.
• Sie können mit zwei Widerständen den Verstärkungsfaktor programmieren.
• Sie wissen, wie man Messsignale im Millivoltbereich erzeugt.
• Sie können den Frequenzgang eines Verstärkers aufnehmen.
• Sie können die Grenzfrequenzen von Verstärkern ermitteln.

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