Hallo und herzlich willkommen zurück! Im heutigen ausführlichen Tutorial werden wir tiefer in die Anwendung von For-Schleifen und Bedingungen in MATLAB eintauchen. Am Ende dieses Tutorials wirst du in der Lage sein, nicht nur Daten zu analysieren, sondern auch komplexe Algorithmen zu implementieren.

Vertiefung in die For-Schleifen

In unserem vorherigen Beispiel haben wir eine einfache For-Schleife verwendet, um durch Datenpunkte zu iterieren. Nun werden wir einige erweiterte Konzepte betrachten. Du kannst nicht nur von 1 bis n durchlaufen, sondern auch durch benutzerdefinierte Vektoren. Hier ein Beispiel:

In diesem Fall wird die Schleife nur die Werte durchlaufen, die im Vektor definiert sind. Du kannst auch den break-Befehl verwenden, um die Schleife vorzeitig zu beenden, wenn eine Bedingung erfüllt ist.

Mehrstufige Bedingungen und Logik

Matlab ermöglicht es, komplexe Bedingungen mit logischen Operatoren zu erstellen. Zum Beispiel:

Hier wird die Bedingung nur dann wahr, wenn x größer als 0 und y kleiner als 10 ist. Du kannst auch den logischen ODER (||) verwenden.

Fortgeschrittene Plotting-Optionen

In unserem Beispiel haben wir einfache Punkte geplottet. MATLAB bietet jedoch eine Vielzahl von Plotting-Optionen. Du kannst Linien, Flächen und sogar 3D-Diagramme erstellen. Hier ist ein Beispiel, wie du eine Linie zwischen den Punkten zeichnen kannst:

Diese Darstellung kann besonders nützlich sein, wenn deine Daten eine zeitliche oder sequenzielle Komponente haben.

Optimierung und Vektorisierung

In MATLAB ist es oft effizienter, Vektoroperationen anstelle von Schleifen zu verwenden. Die sogenannte Vektorisierung kann die Ausführungsgeschwindigkeit erheblich verbessern. Zum Beispiel:

Hier verwenden wir die Funktion find, um die Indizes der grünen und roten Punkte zu extrahieren, und verwenden dann diese Indizes für das effiziente Plotten.

Zusammenfassung

In diesem erweiterten MATLAB-Tutorial haben wir uns intensiv mit For-Schleifen und Bedingungen beschäftigt. Du hast gelernt, wie du nicht nur durch Daten iterierst, sondern auch komplexe Bedingungen und Plotting-Optionen anwendest. Die Vektorisierung wurde als effiziente Technik zur Optimierung von MATLAB-Code vorgestellt.

Jetzt bist du bereit, MATLAB für anspruchsvolle Datenanalysen und Algorithmusimplementierungen zu nutzen. Experimentiere weiter und erkunde die umfangreichen Möglichkeiten dieser mächtigen Sprache.

Viel Erfolg beim Programmieren in MATLAB!

Das Video zum Artikel

Das folgende Video stammt vom Youtube-Kanal https://www.youtube.com/@StipsShow

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Herzlich willkommen zurück! In diesem Tutorial werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie du mit dem plot-Befehl in Matlab arbeiten kannst, um Daten grafisch darzustellen. Das Video, auf dem dieser Blogpost basiert, zeigt bereits einige grundlegende Funktionen. Lass uns das Gelernte vertiefen und erweitern.

Einführung in den Plotbefehl

Wir haben bereits eine Funktion erstellt, um Daten anzuzeigen und zu plotten. Die grundlegende Syntax des plot-Befehls sieht so aus:

Dabei sind x und y die Daten, die du plotten möchtest. Es gibt verschiedene Optionen, die du dem Befehl hinzufügen kannst, um das Erscheinungsbild des Plots anzupassen.

Änderungen an einzelnen Linien vornehmen

Um spezifische Eigenschaften einer Linie zu ändern, kannst du den Befehl hold on verwenden. Dadurch wird der aktuelle Plot im Speicher gehalten, und du kannst weitere Linien hinzufügen oder Eigenschaften ändern, ohne die vorherigen zu löschen.

Modifizieren von Linien nach der Erstellung

Wenn du bereits mehrere Linien erstellt hast und nachträglich Änderungen vornehmen möchtest, kannst du die Funktion handle = plot(x, y) verwenden. Diese gibt dir einen „Handle“ auf die erstellte Linie, den du dann verwenden kannst, um bestimmte Eigenschaften zu ändern.

Anpassung der Darstellung

Matlab bietet zahlreiche Optionen, um die Darstellung deines Plots anzupassen:

• Gitter hinzufügen: grid on
• Achsen gleichmäßig skalieren: axis equal
• Achsenbeschriftungen ändern: xlabel, ylabel
• Achsenlimits festlegen: xlim, ylim
• Legende hinzufügen: legend('Daten1', 'Daten2')

Zusammenfassung

Der plot-Befehl in Matlab ist äußerst vielseitig und bietet viele Möglichkeiten zur Anpassung von Plots. Ob du einzelne Linien verändern, zusätzliche Daten hinzufügen oder die Darstellung verbessern möchtest, mit den gezeigten Techniken solltest du gut gerüstet sein.

Ich hoffe, dieses Tutorial hat dir geholfen, den Umgang mit dem plot-Befehl in Matlab zu verstehen. Experimentiere weiter und entdecke die vielfältigen Möglichkeiten dieses mächtigen Werkzeugs! Bis zum nächsten Mal und viel Spaß beim Programmieren!

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Willkommen zum nächsten Tutorial! Heute schauen wir uns an, wie man in MATLAB eine Funktion erstellt, um Daten zu laden und anzuzeigen. Dies ist besonders nützlich, wenn du regelmäßig mit ähnlichen Daten arbeitest. Lass uns gemeinsam durchgehen, wie das funktioniert.

Was ist eine Funktion?

Eine Funktion in MATLAB ist eine benutzerdefinierte Operation oder ein Algorithmus, die durch einen Namen aufgerufen werden kann. Der Vorteil dabei ist, dass du den Code wiederverwenden kannst, anstatt ihn jedes Mal neu zu schreiben.

Erstellen einer Funktion

Um eine Funktion zu erstellen, geh auf „New“ und wähle „Function“. Es öffnet sich ein neues Fenster mit dem Grundgerüst einer Funktion.

Funktionsweise erklärt

• function Antwort = DatenLadenUndAnzeigen(dateiName): Hier definieren wir den Funktionsnamen und die Eingabeparameter (in diesem Fall ‚dateiName‘).
• geladeneDaten = importdata(dateiName): Hier verwenden wir importdata, um die Daten aus der angegebenen Datei zu laden.
• plot(geladeneDaten, ‚LineWidth‘, 3): Mit plot erstellen wir einen einfachen Linienplot der geladenen Daten. Du kannst die Linienbreite nach deinem Geschmack anpassen.

Anwendung der Funktion

Um diese Funktion zu nutzen, ruf sie einfach auf und übergib den Dateinamen als Parameter:

Probier es aus und sieh dir den erstellten Plot an! Du kannst diese Funktion auch mit verschiedenen Dateien verwenden, um schnell unterschiedliche Datensätze anzuzeigen.

Warum Funktionen verwenden?

Funktionen bieten nicht nur Wiederverwendbarkeit, sondern auch eine verbesserte Lesbarkeit deines Codes. Stell dir vor, du hättest hunderte Zeilen Code, die Daten laden und plotten, und dann möchtest du etwas ändern. Wenn du eine Funktion hast, musst du nur an einer Stelle Änderungen vornehmen.

Fortgeschrittene Funktionsoptionen

Nun, da du eine Grundfunktion erstellt hast, kannst du sie nach Bedarf erweitern. Du könntest Optionen hinzufügen, um den Plot anzupassen, oder Funktionen für zusätzliche Analysen integrieren.

Wichtige Schritte beim Erstellen von Funktionen

1. Funktionskopf: Definiere klar, was die Funktion macht und welche Eingaben sie benötigt.
2. Code: Implementiere den Code innerhalb der Funktion. Halte ihn einfach und leicht verständlich.
3. Teste deine Funktion: Stelle sicher, dass die Funktion wie erwartet funktioniert. Verwende verschiedene Datensätze, um ihre Vielseitigkeit zu überprüfen.

Fazit

Das Erstellen von Funktionen in MATLAB ermöglicht es dir, effizienter zu arbeiten und deinen Code besser zu organisieren. Es ist eine gute Praxis, Funktionen für häufig durchgeführte Aufgaben zu erstellen.

Das war's für dieses Tutorial. Wir haben gelernt, wie man eine Funktion erstellt, die Daten lädt und anzeigt. Im nächsten Tutorial werden wir uns genauer mit den Plot-Optionen befassen.

Bis bald und viel Spaß beim Programmieren!

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Grundrechenarten in Matlab

Die Grundrechenarten in Matlab sind vielfältig und mächtig. Du hast bereits gelernt, wie du Variablen definierst. Zum Beispiel kannst du mit den folgenden Zeilen Code Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durchführen:

Matrixoperationen in Matlab

Die Stärke von Matlab liegt in seiner Fähigkeit zur Matrixmanipulation. Du kannst Matrizen einfach definieren und auf sie zugreifen. Hier ist ein Beispiel:

Du kannst auch einzelne Elemente, Zeilen oder Spalten einer Matrix ansprechen:

Matrixmultiplikation und Transponieren

Matlab ermöglicht auch die Matrixmultiplikation und das Transponieren von Matrizen. Beachte dabei die Anordnung von Zeilen und Spalten:

Punktweise Matrixoperationen

Für elementweise Operationen zwischen Matrizen verwende den Punktoperator:

Ändern von Matrixelementen

Du kannst auch einzelne Zahlen in einer Matrix ändern. Hier ist ein Beispiel:

Zusammenfassung

In diesem Tutorial haben wir die Grundrechenarten und Matrixoperationen in Matlab erkundet. Diese Kenntnisse bilden die Basis für fortgeschrittenere Anwendungen, die wir in zukünftigen Tutorials behandeln werden. Bleib dran und vertiefe dein Verständnis für Matlab!

Wir hoffen, dass diese Erläuterungen hilfreich für dich waren. Bei Fragen oder Anregungen hinterlasse gerne einen Kommentar. Bis zum nächsten Mal und viel Spaß beim Programmieren!

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Herzlich willkommen zu einem MATLAB-Tutorial für Anfänger! In den kommenden Videos werden wir uns Schritt für Schritt mit den Grundlagen von MATLAB vertraut machen. Hier ist eine kurze Zusammenfassung des ersten Teils unseres Tutorials.

MATLAB in Aktion

Wir starten mit einer Einführung in MATLAB, in der wir viele praktische Beispiele durchgehen werden. Von der Dateneingabe aus Excel- und TXT-Dateien bis zur Erstellung von Grafen, Datenanalyse und mehr. Diese Serie ist so konzipiert, dass ihr in kurzen, gut strukturierten Videos Pausen einlegen könnt, um das Gelernte zu vertiefen.

Die MATLAB-Oberfläche

Die MATLAB-Oberfläche von Version 2017 wird in den Videos verwendet, aber ältere Versionen sollten ebenfalls problemlos funktionieren. Ihr werdet sehen, wie einfach es ist, ein neues Skript zu erstellen und verschiedene Dateitypen zu laden. Zudem geben wir euch Tipps zur Anpassung der Oberfläche nach euren Vorlieben.

Arbeiten mit Daten

Ein wichtiger Teil der MATLAB-Einführung ist das Laden, Filtern und Darstellen von Daten. Wir werden uns anschauen, wie man Bilder lädt, manipuliert und Daten speichert. Dabei legen wir besonderen Fokus auf die grafische Oberfläche und die verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten von Daten.

Grundlegende Operationen

Im Video wird auch erklärt, wie man grundlegende Operationen durchführt. Ihr werdet sehen, wie einfach es ist, Variablen zu deklarieren, mit ihnen zu rechnen und sie zu manipulieren. Die MATLAB-Umgebung ermöglicht eine interaktive Programmierung, die besonders für Anfänger zugänglich ist.

Hilfe und Dokumentation

Wenn ihr jemals auf Probleme stoßt oder Fragen habt, zeigt euch das Tutorial, wie ihr die eingebaute Hilfe- und Dokumentationsfunktion von MATLAB nutzen könnt. Dies ist ein wertvolles Werkzeug, um schnell Antworten auf eure Fragen zu finden.

Fazit

Das MATLAB-Tutorial für Anfänger bietet eine klare und verständliche Einführung in die Welt von MATLAB. Im nächsten Video werden wir uns tiefer mit der Deklaration von Variablen und grundlegenden Rechenoperationen befassen. Viel Spaß beim Lernen und Experimentieren! Bis zum nächsten Mal!

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Studieren an der Hochschule Furtwangen

Die Hochschule Furtwangen ist in vielen verschiedenen Kompetenzfeldern führend. Dazu gehören Ingenieurswissenschaften, Mechanical & Medical Engineering, Wirtschaftsinformatik, Medien, Wirtschaftsingenieurswesen, Internationale Wirtschaft und Gesundheit. Was die Hochschule Furtwangen besonders ausmacht, ist die wissenschaftlich fundierte und praxisnahe Aus- und Weiterbildung. Vor allem für technische Studienfächer ist das die ideale Lernumgebung.

Die Dauer für ein Bachelorstudium in Regelstudienzeit beträgt sieben Semester. Es setzt sich zusammen aus einem zweisemestrigen Grundstudium und einem fünfsemestrigen Hauptstudium. Die Studierenden nehmen zunächst im Grundstudium an Modulen teil und vertiefen die Studieninhalte anschließend im Hauptstudium. Mehr zum Ablauf gibt es auf der Homepage der HS Furtwangen.

Mit aktuell etwas mehr als 5000 Studierenden, die sich auf die drei Standorte Furtwangen, Villingen-Schwenningen und Tuttlingen verteilen, bietet die Hochschule Furtwangen neben der praxisnahen und innovativen Lernumgebung vor allem auch einen Ort, wo auf jeden Student persönlich eingegangen wird.

Elektrotechnik studieren an der Fakultät Mechanical & Medical Engineering

Die Fakultät Mechanical & Medical Engineering befindet sich am Standort Furtwangen und ist mit 2800 Studierenden die meistbesuchte der Hochschule Furtwangen. Die Kernthemen sind Nachhaltigkeit und Mobilität, wobei die Ingenieursstudiengänge sowohl eine Breite im Ausbildungsangebot als auch eine spezialisierte Tiefe mit sich bringen. So ist es der Hochschule Furtwangen gelungen, auf den Anforderungen der Zukunft abgestimmte und gleichzeitig modernste Studienausrichtungen anzubieten. Je nachdem, für welches Studienfach sich jemand entscheidet, besteht die Möglichkeit zur Spezialisierung je nach individuellen Interessen. Eine Übersicht der Studiengänge gibt es hier.

Die Kreisstadt Villingen-Schwenningen ist mit 85.500 Einwohnern ein idealer Standort zum Studieren. Es ist zwar keine Metropole, doch es haben sich viele namhafte Industrieunternehmen angesiedelt. Will jemand Elektrotechnik studieren, gibt es hier gute Chancen auf einen direkten Anschluss an die Berufswelt.

Gelehrt wird in kleinen Gruppen mit viel persönlicher Ansprache und Betreuung, wobei die Professoren ihre praktische Expertise in die vermittelten Inhalte mit einbringen. Die Hochschule legt großen Wert auf eine eng verbundene Studiengemeinschaft und bietet deshalb eine Vielzahl an gemeinsamen Freizeitangeboten an.

Voraussetzungen für ein Studium

Voraussetzung für ein Studium an der Hochschule Furtwangen ist eine Hochschulzugangsberechtigung – üblicherweise ein Abschlusszeugnis einer Schule. Einige Studiengänge verlangen zudem bestimmte Sprachkenntnisse oder den Nachweis eines Vorpraktikums.

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BGV A3 Prüfung

Zu den Leistungen der E Service Check GmbH gehören verschiedene Prüfungen, die die Sicherheit von jeglichen elektrischen Betriebsmitteln und allen elektrischen Anlagen sowie Maschinen sicherstellen. Die Vorschriften, nach denen diese Prüfungen ablaufen, enthalten sämtliche Standards, die für die Gewährleistung der Sicherheit nötig sind. Der Name BGV A3 Prüfung ist veraltet, heutzutage ist es die Prüfung nach DGUVV3.

Das Ziel ist es, Risiken beim Betrieb von technischen Anlagen zu minimieren. Um sicherzustellen, dass die Standards dieser Vorschrift auch eingehalten werden, erfolgt die Prüfung regelmäßig. Die Prüfung nach DGUVV3 entspricht einer technischen Sicherheitsprüfung. Jedes Unternehmen, jeder Betrieb und jede öffentliche Einrichtung ist zu einer regelmäßigen Prüfung nach dieser Vorschrift verpflichtet. Nur so lässt sich sicherstellen, dass die maximale Sicherheit der eingesetzten Technik jederzeit gewährleistet ist.

Prüfung der Elektrogeräte

Die DGUV 3 ist die Vorschrift, die die Prüfung der von Unternehmen verwendeten Elektrogeräte beinhaltet. Sie ist für alle Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen gesetzlich vorgeschrieben. Das Ziel von einem solchen E-Check ist, die Sicherheit von elektrischen Anlagen zu gewährleisten. Jedes Unternehmen muss nachweisen, dass alle elektrischen Geräte durch eine anerkannte und normgerechte Prüfung die Einzelheiten der Vorschrift erfüllen.

In der Vorschrift gibt es zwei Grundsätze: Der erste Grundsatz besagt, dass Unternehmer dafür Sorge zu tragen haben, dass alle vorhandenen elektrischen Betriebsmittel den Regeln entsprechend installiert wurden und auch nach ihnen geändert und instand gehalten werden. Die Instandhaltung hat dabei immer durch eine Elektrofachkraft oder unter Aufsicht dieser zu erfolgen. Der Betrieb der elektrischen Anlagen hat ebenfalls immer nach den gegebenen Regeln zu erfolgen.

Der zweite Grundsatz handelt davon, wie ein Unternehmen bei einem Mangel eines elektrischen Betriebsmittels vorzugehen hat. Ein Mangel liegt vor, wenn ein Betriebsmittel nicht mehr der Vorschrift entspricht. Mängel sind unverzüglich zu beheben und im Falle, dass von einer dringenden Gefahr auszugehen ist, darf die Anlage nicht weiter verwendet werden.

Prüfung zur Vermeidung von Unfällen

Das Ziel der Prüfung nach DGUV A3 ist die Vermeidung von Unfällen am Arbeitsplatz, die bei der Verwendung elektrischer Betriebsmittel entstehen können. Immer wieder kommt es zu Stromunfällen. Deshalb wird mit dieser Vorschrift die vollständige Funktionstüchtigkeit überprüft, sodass gängige Anforderungen des Arbeitsschutzes erfüllt sind. Dabei werden Defekte frühzeitig entdeckt und behoben, was die Anzahl der Unfälle deutlich senkt.

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Industriemeister Elektrotechnik – Spannende Weiterbildung mit guten Aufstiegschancen

Die Weiterbildung zum Industriemeister Elektrotechnik bietet dem an der Elektrotechnik interessierten mit einer abgeschlossenen Berufsausbildung in diesem Bereich also nicht nur ein tieferes technisches Verständnis im Bereich Elektrotechnik. Weitere Kompetenzen auch aus dem Bereich Wirtschaft und der Unternehmensführung runden das Profil ab und bilden die Grundlage für ein interessantes und lukratives Arbeitsfeld.

Wie werde ich Industriemeister der Elektrotechnik

Um zur ersten Prüfung (Basisqualifikation) zugelassen zu werden, muss der Prüfling einen der drei folgenden Nachweise erbringen:

• Eine abgeschlossene Berufsausbildung im Bereich der Elektrotechnik
• Eine abgeschlossene, sonstige Berufsausbildung und mindestens 6 Monate Berufspraxis in der Elektrotechnik
• Mindestens vier Jahre Berufspraxis in der Elektrotechnik

Die erste Prüfung besteht aus fünf Teilen, die alle an einem einzigen Tag und direkt nacheinander zu absolvieren sind:

• Rechtsbewusstsein
• Betriebswirtschaft
• Methodik der Information, Kommunikation und Planung
• Betriebliche Zusammenarbeit
• Naturwissenschaften und Technik

Um am zweiten Teil der Abschlussprüfung (Handlungsspezifische Qualifikationen) teilnehmen zu dürfen, muss die erste Prüfung erfolgreich abgeschlossen worden sein und zusätzlich ist mindestens ein ganzes Jahr Berufspraxis und ein Ausbilderschein vorzuweisen. Diese Prüfung unterteilt sich in den Handlungsbereich „Technik“ mit Aufgaben zu

• Infrastruktursystemen und Betriebstechnik
• Automatisierungs- und Informationstechnik

und in den Handlungsbereich „Organisation“ mit Fragen aus den Bereichen

• Betriebliches Kostenwesen
• Planungs-, Steuerungs- und Kommunikationssysteme
• Arbeits-, Umwelt- und Gesundheitsschutz

Anschließens findet ein Fachgespräch statt, in dem der Prüfling Fragen zum Handlungsbereich „Führung und Personal“ beantworten muss. Hier geht es um Personalführung und -entwicklung sowie Aspekte des Qualitätsmanagements.

Wie gestalten sich die Vorbereitungskurse für die Prüfungen?

Es gibt zahlreiche Varianten, um sich auf die Prüfung vorzubereiten. Theoretisch können angehende Industriemeister vollkommen autodidaktisch lernen, ohne sich zu einem Kurs anzumelden. Üblich sind jedoch Lehrgänge in Vollzeit oder Teilzeit. Teilzeitkurse finden meistens abends und an Samstagen statt.
Die Länge der Vorbereitungskurse variiert dabei stark. So gibt es Intensivkurse, die in nur 16 Wochen das gesamte Wissen vermitteln sollen, das für die Prüfung notwendig ist.

Lohnt sich die Weiterbildung zum Industriemeister Elektrotechnik?

Spaß an seinem Beruf und der Thematik vorausgesetzt, lohnt sich die Weiterbildung für jeden, der sein Wissen erweitern und eine Führungsposition einnehmen möchte, um mehr Geld zu verdienen und Verantwortung zu übernehmen.

Hier findest Du weitere Information zur Weiterbildung und zum Beruf des Industriemeister Elektrotechnik.

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Zur Darstellung komplexer Übertragungsfunktionen im Frequenzbereich gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.

Der Beitrag Amplitudengang und Phasengang im Bode-Diagramm erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Wie funktioniert Dimmen bei 230V?

Das Dimmen funktioniert durch das schnelle Ein- und Ausschalten des Wechselstroms. Und zwar zu dem gewünschten, einstellbaren Phasenwinkel.
Hierbei wird nicht die gesamte Sinus-Spannung (siehe rechts) an die Lampe bzw. den Transformator für die LED angelegt, sondern nur ein Teil davon.

Grundsätzlich gibt es hierfür zwei Techniken, die Phasenanschnittsteuerung und die Phasenabschnittsteuerung.

Phasenanschnittdimmer

Die für ältere Glühfaden-Leuchtmittel verbauten Dimmer arbeiten mit einer Phasenanschnittsteuerung. Bei einer Phasenanschnittsteuerung wird die Lampe zu einem späteren Phasenwinkel eingeschaltet.

Diese Art der Ansteuerung ist in erster Linie für ohmsche Lasten geeignet. Viele Dimmer dieses Typs benötigen eine höhere Mindestlast (Leistung des Angeschlossenen Leuchtmittels), welche nur von klassischen Leuchtmitteln erreicht wird.

Phasenabschnittdimmer

LED Lampen stellen eine kapazitive Last dar. Die alten Dimmer sind deshalb für die neuen LED Lampen meist ungeeignet. Die meisten LED Lampen erfordern einen Phasenabschnitt-Dimmer.

Bei einer Phasenabschnittsteuerung wird die Lampe bzw. die Ansteuerung für die LED bei dem gewünschten Phasenwinkel abgeschaltet. Die für LED geeigneten Dimmer kommen einer geringen oder sogar ohne Mindestlast aus.

Ein geeigneter Dimmer für die LED Lampe

Leider tun sich oft noch heute sogar renommierte Schalterhersteller schwer, geeignete Dimmer mit einer niedrigen Mindestlast für LED anzubieten.

Diese Marktlücke nutzen auf Lichtsteuerung spezialisierte Spezialfirmen, die mit den gängigen Schalterprgrammen kompatiblen LED Dimmern anbieten.

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AC Sweep in PSPICE

Im Programm PSPICE nutzt man dazu die Funktion AC-Sweep.
Nach der Konfiguration der Simulationsparameter durchläuft PSPICE also automatisch den gewünschten Frequenzbereich und Simuliert die Schaltung.
Anschließend werden die Dateien in ein sogenanntes Output-File geschrieben. Mit den Graphikfunktionen von PSPICE kann man sich die Daten dann anschließend anzeigen lassen.
Auf diese Weise erhält man beispielsweise die Amplitude des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Frequenz, also den Amplitudengang.
Oder auch den Phasenwinkel des Ausgangssignales, also den Phasengang.

Untersuchung des RC-Tiefpasses

Im Video führe ich die Simulation einmal für den in den letzten Videos besprochenen RC-Tiefpass mit der Zeitkonstanten T = 1s durch.
Ich wähle dazu C=100µF und R = 10 kOhm, andere Kombinationen, die eine Zeitkonstante T = 1s ergeben, sind natürlich ebenfalls möglich.
Anschließend starte ich die Simulation und lasse mir Amplitudengang und Phasengang in den Probe-Fenstern anzeigen.
Das Ergebnis entspricht den in den vergangenen Artikeln berechneten Funktionen.

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Es gibt hunderte von Kabel und Leitungen die jeweils für ihren speziellen Einsatzzwecke gefertigt und eingesetzt werden. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Leitungen für die Energie-, Signal- und Datenübertragung.

Kabel vs. Leitung

Im Gegensatz zu Leitungen sind Kabel auch für die Verlegung im Erdreich geeignet, sie müssen also widerstandsfähig gegen die Witterungsbedingungen im Erdreich sein. Das häufigste Kabel in der Gebäudeinstallation trägt die Bezeichung NYY.

Energieleitungen

Energieleitung sind für die Übertragung von (großer) elektrischer Energie vorgesehen. Das bedeutet, sie müssen große Ströme führen können, ohne dass die Leitungsisolation durch die Stromwärme Schaden nimmt. Die genaue Ausführung der Leitung hängt vom Ort der Leitungsverlegung und vom anzuschließenden Gerät ab. Einfluss nehmen:

1. Aderart und Aderaufbau
2. Isolierwerkstoff der Ader und des Mantels
3. Bewehrung gegen Schutz vor mechanischer Belastung
4. Leiterwerkstoff
5. Maßnahmen zum Schutz gegen elektromagnetische Störeinflusse

Bezeichnung von Energieleitungen

Die häufigste Leitungskennzeichnung beruht auf einer deutsche Norm (genormte Leitung) oder einer internationalen Normung (harmonisierte Leitung).

Alle Leitungen die nach der deutschen Norm bezeichnet sind beginnen mit einem N. Beispiel: PVC Mantelleitung zur festen Verlegung in Gebäuden: NYM-J

Alle Leitungen die nach der internatonalen Norm bezeichnet werden beginnen mit einem mit einem H oder einem A. Beispiel: Gummischlauchleitung  für den Anschluss von Elektrogeräten mit mittlerer mechanischer Beanspruchung: H07RN-F

Signalleitungen

Signalleitungen sind für die Übertragung von elektrischen Signalzuständen in Kommunikations- und Meldeanlagen, in der Gebäudesystemtechnik (KNX) oder in elektrischen Maschinen vorgesehen. Elektrische Signale werden mit relativ kleinen Spannungen und Strömen übertragen, sodass die Leiterquerschnitte gegenüber den Energieleitungen deutlich geringer sind. Meistens enthält eine Signalleitung vergleichsweise viele Einzeladern, um eine Vielzahl von Geräten anschließen zu können bzw. um möglichst viele Signale gleichzeitig übertragen zu können. In der Gebäudeinstallation verwendet man häufig eine PVC isolierte Mantelleitung mit der Bezeichnung „J-Y(St)Y“ (gesprochen „Isti“).

Datenleitungen

Datenleitung sind auch zur Übertragung von elektrischen Signalzuständen vorgesehen. Im Gegensatz zur Signalleitung muss die Datenleitung nur deutlich mehr Signale pro Sekunde übertragen, die sogenannte „Datenrate“ ist also bei Datenleitungen deutlich größer. Damit bei der Datenübertragung möglichst wenig Daten verloren gehen, müssen diese Leitungen besonders gut gegen Störeinflüsse von außen geschützt werden.

Zur Datenübertragung über kurze und mittelgroße Strecken verwendet man hauptsächlich Twisted Pair Leitungen mit der Bezeichnung „S/FTP“. Die Twisted Pair Leitung ist in acht Kategorien eingeteilt CAT 1 bis CAT 8. Dabei wird die mögliche Datenübertragungsrate mit größer werdender Kategorie immer besser.

Zur Datenübertragung über große Strecken verwendet man Lichtwellenleiter genannt LWL.

Im folgenden Video findest du ein Blockschaltbild zur Unterscheidung von Kabel und Leitungen:

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Bei der Aufputz-Verlegung wird die Leitung entweder direkt mit Nagelschellen oder geschützt durch Kunststoff-Montagehilfsrohre auf der Wand verlegt und in Abzweigdosen verdrahtet. Da die Leitungsverlegung nach Fertigstellung der Installationsarbeiten sichtbar bleibt, sollten die Installationsarbeiten optisch besonders ansprechend durchgeführt werden. Dazu hat man sich nach gängiger Praxis auf einige Grundregeln geeinigt, die zum Teil auch in der DIN VDE festgehalten sind.

Allgemeine Anforderungen bei der Leitungsverlegung Aufputz

1. Wird die Leitung in Bögen verlegt, müssen beim Biegen minimale Biegeradien eingehalten werden. Der Radius sollte dem Vierfachen des Leitungsdurchmessers entsprechen. Bei Leitungen mit einem Durchmesser größer 8mm wird der Radius auf das Fünf- bis Sechsfache erhöht.
2. Mehrere Leitungen auf dem gleichen Leitungsweg werden parallel verlegt.
3. Der Leitungsmantel sollten mindestens 2mm in das Installationsgerät hineinragen.
4. Bei senkrechter Leitungseinführung sollte die Dichtung am Installationsgerät nach außen gewölbt sein, damit sich auf der Dichtung kein Stauwasser bildet.

Leitungsverlegung mit Nagelclips (Nagelschellen)

Bei der Leitungsverlegung mit Nagelclips oder Abstandsschellen wird die Mantelleitung ohne zusätzlichen mechanischen Schutz auf der Unterlage befestigt. Dabei muss beachtet werden:

1. Die Nagelclips müssen so befestigt werden, dass sich der Nagel unterhalb der Leitung befindet, damit die Leitung vom Nagel getragen wird. Ausnahmen bilden Leitungen, die auf einem Vorsprung aufliegen und somit nur noch vom Nagelclip fixiert werden müssen.
2. Die Anordnung der Nagelclips sollte auch bei senkrechter Leitungsverlegung gleichbleiben.
3. Die Befestigungsabstände zwischen den Nagelschellen und zu den Installationsgeräten (8cm) bzw. den Leitungsbögen (5cm) müssen einheitlich sein. Die Befestigungsabstände bei waagerechter Verlegung (25cm – 40cm) sollten kleiner sein als bei senkrechter Verlegung (40cm – 55cm). Grundsätzlich gilt, je größer der Leitungsdurchmesser, desto kleiner die Befestigungsabstände.
4. Der Durchmesser der Schelle muss dem Leitungsdurchmesser entsprechen. Bei zu kleinem Schellendurchmesser entsteht eine Bruchstelle in der Kunststoffschelle und die Leitung wird unzulässig gequetscht.

Leitungsverlegung mit Montagehilfsrohr (Isofix-Kunststoff-Stangenrohr)

Durch die Verlegung im Montagerohr (Durchmesser zw. 1,6cm und 5,8cm) ist die Leitung vor mechanischer Beschädigung geschützt, außerdem kann die Montagezeit verringert werden. Die Leitungsbögen werden dabei ohne Rohr ausgeformt. Dabei muss beachtet werden:

1. Die Befestigungsabstände zwischen den Rohrschellen (<80cm) und zu den Installationsgeräten (<15cm) bzw. den Leitungsbögen (<15cm) müssen einheitlich sein.
2. Zwischen dem Ende des Montagerohrs und den Installationsgeräten (Verteilerdose, Gerätedose) sollte etwas Platz sein, um die Leitung ohne Quetschungen in die Dose einzuführen.

In dem nachfolgenden Video werden alle Punkte nochmal anschaulich dargestellt und erläutert:

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So werden beispielsweise in Transformatoren, mit denen aus großen Spannungen kleine Spannungen erzeugt werden, oder umgekehrt, aber auch elektrische Motoren und Generatoren Eisenkerne verwendet

Warum man das macht: Darum geht es in diesem Artikel.

Zur Erzeugung des Magnetfeldes nutzt man Spulen. Durch die Spulen schickt man einen elektrischen Strom und leitet dann das Magnetfeld durch einen Eisenkern.

Der Eisenkern bringt hierbei enorme Vorteile.

Zum einen werden die Magnetfeldlinien geführt. Da Eisenkerne einen geringeren magnetischen Widerstand haben als die Umgebung (Luft) bleibt der größte Teil der Magnetfeldlinien im Eisenkern.

Ähnlich wie beim elektrischen Stromkreis, bei dem die Elektronen in den Leitungen bleiben und nicht an die Umgebung abgegeben werden.

Es gibt jedoch noch einen zweiten Vorteil. Und um den geht es im heutigen Video.

Verstärkung des Magnetfeldes durch den Eisenkern

Ein Eisenkern verstärkt das Magnetfeld.

Das kann man sich so vorstellen.

Ein Eisenkern besteht im Inneren aus vielen kleinen Elementarmagneten. Diese Elementarmagnete sind zunächst einmal ungerichtet. Das heisst: Es gibt keine Vorzugsrichtung, alle Ausrichtungen (Nord-Süd) sind gleich wahrscheinlich und kommen gleich häufig vor.

Der Eisenkern ist also nicht magnetisch. Es gibt keinen ausgeprägten Nord- , bzw. Südpol.

Wenn nun eine Spule um diesen Eisenkern gewickelt und einen elektrische Strom durch die Spule geschickt wird, erzeugt die Spule ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld bewirkt zusätzlich, dass die Elementarmagnete des Eisenkerns ausgerichtet werden.

Das resultierende Magnetfeld ergibt sich nun aus beiden Magnetfeldern.

1. Das Magnetfeld der Spule
2. Das Magnetfeld der nun ausgerichteten Elementarmagneten

Das sich Magnetfeld, das so entsteht, ist also stärker als ein Magnetfeld ohne Eisenkern.

Und zwar erheblich stärker, wie wir in einem späteren Video sehen werden.

Video zum Eisen im Magnetfeld

Im heutigen Video versuche ich diese Vorgänge noch einmal zu verdeutlichen.

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Im Gegensatz zu EIB / KNX ist in der klassischen Elektroinstallation die Steuerfunktion fest mit der Energieverteilung verknüpft. Ein betätigter Schalter schaltet beispielsweise ein Leuchtmittel unmittelbar ein oder aus.

Nachträgliche Änderungen sind oft sehr schwierig durchzuführen, häufig ist eine Neuverkabelung hierzu notwendig.

Komplizierte zusätzliche Steuerfunktionen können in einer klassischen Elektroinstallation nur mit sehr hohem Aufwand realisiert werden.

KNX ist eine technische Weiterentwicklung des EIB. KNX ist mit EIB kompatibel. Zwischenzeitlich KNX auch als Konnex bezeichnet. Dies nur um die Begrifssverwirrung zu komplettieren ;-).

Video zum EIB-System

In diesem Video werden die Anwendungsmöglichkeiten von EIB kurz vorgestellt.

EIB ist ein BUS-System

Im Gegensatz zu EIB ist in der klassischen Elektroinstallation die Steuerfunktion fest mit der Energieverteilung verknüpft. Ein betätigter Schalter schaltet beispielsweise ein Leuchtmittel unmittelbar ein oder aus.

Nachträgliche Änderungen sind oft sehr schwierig durchzuführen, häufig ist eine Neuverkabelung hierzu notwendig. Komplizierte zusätzliche Steuerfunktionen können in einer klassischen Elektroinstallation nur mit sehr hohem Aufwand realisiert werden.

EIB trennt die Steuerfunktionen und die Energieverteilung voneinander. Neben der Energieverteilung sind die Geräte und Betriebsmittel über ein EIB-Bussystem miteinander verbunden und können so Daten austauschen.

Dieses EIB-Bussystem kann entweder über einen separaten BUS oder über die Modulation der BUS-Signale auf die bestehende Elektroinstallation, Stichwort: Powerline, realisiert werden.

Die einzelnen Geräte am Bussystem werden programmiert. Die Funktion der EIB-Komponenten können so durch einfache Programmierung geändert werden.

Die Hauptziele von EIB sind höherer Komfort und größere Flexibilität.

Einsatz findet ein EIB-System, wenn komfortable Steuerungsfunktionen in Form einer komplexen Gebäudeautomation gefordert ist.

Über das BUS-System können alle EIB-Komponenten programmiert werden und so komplexe Funktionen in der Gebäudeautomation realisieren.

Ein zweiter Vorteil von EIB liegt in der großen Flexibilität. In Bürokomplexen, in denen beispielsweise die Raumaufteilung durch das Umbauen von Stellwänden häufiger geändert wird, spielt ein EIB-System seine Stärken aus.

Eine neue Zuordnung von Schaltern zu Leuchtmitteln erfolgt hier einfach durch Umprogrammierung der EIB-Komponenten. An der Verkabelung muss nichts geändert werden.

Weitere Informationen zu EIB

Frank Völkel ist Diplomingenieur und arbeitet als Fachjournalist in München. In seinem Buch
Smart Home mit KNX selbst planen und installieren – Der Praxis-Ratgeber für Ihr Smarthome mit EIB/KNX im Eigenbau!
beschreibt der technologiebegeisterte Autodidakt die von ihm konzipierte und errichtete EIB/KNX-Vernetzung. Der Stern berichtete in Ausgabe 42/2009 mit einem zweiseitigen Artikel über Haus V . In der Süddeutschen Zeitung erschien im Januar 2010 ein halbseitiger Artikel über das Haus.

Dieses Praxisbuch beschreibt detailliert den Neubau des Einfamilienhauses. Dabei Franz Völkel bewusst auf den Lehrbuchstil einschlägiger Literatur und schildert Schritt für Schritt, wie ein Smart Home in der Praxis realisiert wird.

Der Beitrag EIB KNX erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Es gibt jedoch Fälle, in denen eine if-Abfrage eher ungünstig ist.

Manchmal kann eine Variable nämlich potentiell viele unterschiedliche Werte haben.
Diese unterschiedlichen Werte müsste man jeweils in einzelnen if-Abfragen auswerten.

Diese Auswertung der Variablen kann dann sehr aufwändig werden. Oft sind lange und geschachtelte if-/ else if- Abfragen die Folge.

Effektiver und deutlich lesbarer ist häufig eine Alternative, die ich heute vorstellen möchte.
Mit einer switch-case-Abfrage lassen sich solche Abfragen manchmal eleganter lösen.

Mit switch-case ist es möglich, sehr übersichtlich – abhängig vom aktuellen Wert der Variablen- unterschiedliche Anweisungen ausführen.

In der heutigen Folge möchte ich die Abfrage mit switch–case vorstellen:

Viel Spaß mit dem Video.

[ >> Hier geht es zurück zur Übersichtsseite des Mikrocontroller-Kurses .]

Der Beitrag Bedingte Anweisungen mit switch–case erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

1. Verlegen der Leitungen „Unterputz“

Bei der Unterputz-Verlegung werden die elektrischen Leitungen in herausgefrästen Mauerschlitzen unterhalb der Putzschicht verlegt.

Die Mauerschlitze werden zunächst mit einer „Mauernutfräse“ oder mit einem Winkelschleifer und einem Stemmhammer ins Mauerwerk eingebracht. Anschließend wird die Leitung bündig mit der unverputzten Mauer eingebracht und mit Nagelschellen oder Gipsbrücken fixiert. Aderleitungen werden durch ein flexibles Installationsrohr vor mechanischer Beschädigung geschützt. Bei langen Aderleitungen oder mehreren Bögen müssen zusätzliche Zugdosen eingesetzt werden, um die Aderleitung im Nachhinein problemlos durch das Rohr ziehen zu können.

2. Verlegen von Leitungen „Imputz“

Bei der Imputz-Verlegung werden Flachleitungen (Stegleitungen) in der Putzschicht auf dem Mauerwerk verlegt. Die Leitung wird zunächst entweder mit einem Stahlnagel mit Kunststoffunterlegscheibe fixiert oder auf staubfreien Unterlagen geklebt. Nach der Verlegung verschwindet die extra flache Leitung nicht sichtbar in der Putzschicht. Die Putzschicht muss die Leitung vollständig bedeckten. Sie dient neben der mechanischen Fixierung auch der Wärmeabgabe durch den elektrischen Strom. Flachleitungen dürfen nur in trockenen Räumen und auf nicht brennbaren Unterlagen verlegt werden, was Holz bspw. ausschließt.

Der Vorteil dieser Leitungsverlegung liegt in dem Einsparen der Mauerschlitze. Nachteilig ist die mechanisch anfällige Verlegung (besonders auf Zugkräfte) innerhalb der Putzschicht zu nennen.

3. Verlegen von Leitungen „Aufputz“

Bei der Aufputz-Verlegung wird die Leitung entweder direkt mit Nagelschellen oder geschützt durch Kunststoff-Montagehilfsrohren auf der Wand verlegt und in Abzweigdosen verdrahtet. Auch die Betriebsmittel wie Schalter und Steckdosen werden auf der Wand angebracht. Da die Leitungsführung anschließend zu sehen ist, sollte die Ausführung optisch besonders ansprechend durchgeführt werden.

4. Verlegen von Leitungen „Überputz“

Bei der Überputz-Verlegung wird die Leitung nicht direkt, sondern mit Abstandsschellen auf der Wand verlegt, damit sich in feuchten oder nassen Räumen kein Stauwasser zwischen Wand und Leitung bilden kann. Die Feuchtigkeit könnte in die Leitung eindringen und zu Isolationsfehlern führen.

Eine Zusammenfassung aller Verlegearten findest du in dem nachfolgenden Video:

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Installationszonen definieren Bereiche in Böden, Wänden und Decken in denen elektrische Leitungen verlegt werden sollten. Diese Einteilung von Bereichen ist notwendig, damit jedes Gewerk den Platz im Gebäudekomplex optimal für sich nutzen kann, ohne dass sich diese gegenseitig beeinflussen oder einschränken.

Grundsätzlich gibt es in allen Räumen vier waagerechte und zwei senkrechte Installationszonen. Alle waagerechten Installationszonen sind 30cm breit alle senkrechten Installationszonen sind 20 cm breit.

Waagerechte Installationszonen (30cm):

1. „Unter der Decke“ mit einem Mindestabstand von 20cm zur Deckenkannte. Die Leitungen werden hier Unterputz, Imputz, in Hohlräumen oder auch in der abgehängten Decke verlegt. Bei der Verlegung in abgehängten Decken muss die Leitungsverlegung gegen verrutschen fixiert werden.

Für die Verlegung von Leitungen in Betondecken für den Anschluss von Lampen und Steckdosen in der Decke, gibt es keine festgelegte Installationszone.

2. Im Abstand 15cm unterhalb der Deckenkante. In dieser Zone werden bei Aufputz-Installationen die Verteilerdosen installiert.
3. Im Abstand von 15cm über der Fußbodenkannte. In dieser Zone werden die Steckdosen installiert.
4. „Auf der Decke“ mit einem Mindestabstand von 20cm zur Fußbodenkannte. Leitungen sind gegen mechanische Beschädigungen zu schützen.

In Räumen mit Arbeitsflächen wie Küchen, Hausarbeitsräumen, Werkstätten oder Waschküchen gibt es eine weitere (30cm breite) waagerechte Installationszone in 100cm Höhe. Diese Zone dient zur Installation von Steckdosen und Schaltern, die sich oberhalb der Arbeitsfläche befinden.

Senkrechte Installationszonen (20cm):

1. Im beidseitigen Abstand von 10cm in den Raumecken.
2. Im Abstand von 10cm zu den Rohbaukanten an Fenstern und Türen (Klinkenseite). In dieser Zone befinden sich in der Regel auch die Schalter für die Raumbeleuchtung an den Türen. Diese werden in einer Höhe von 105cm installiert. Bei mehr als einem Schalter wird der höchste Schalter auf eine Höhe von 115cm installiert.

Im nachfolgenden Video werden nochmal alle Installationszonen dargestellt und erläutert:

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In der Gebäudeinstallation unterscheidet man meistens zwischen zwei Varianten zur Verlegung der elektrischen Leitungen.

Variante 1: Installationen mit Gerätedosen und Verteilerdosen

Bei dieser Installationsvariante unterscheidet man zwischen Gerätedosen, die für den Einbau und den Anschluss der elektrischen Betriebsmittel, wie Schalter, Lampen und Steckdosen vorgesehen sind und Verteilerdosen die ausschließlich zur Verbindung der verschiedenen elektrischen Leitungen mit Hilfe von Dosen- bzw. Wagoklemmen eingesetzt werden. Auf den Verteilerdosen ist jeweils die maximale Anzahl von Leitungen und Klemmen angegeben, die in diese Dose eingeführt werden dürfen.

Diese Installationsvariante wird heute nahezu ausschließlich noch bei Aufputzinstallationen verwendet, bei der die Leitungen sichtbar auf der Wand verlegt werden. Sie hat den Vorteil, dass die Leitungsführung insgesamt sehr übersichtlich und ordentlich erscheint.

Früher wurde diese Installationsvariante auch bei Unterputzinstallationen angewendet, dies hat jedoch den Nachteil, dass bei einer Fehlersuche oder einer Erweiterung der elektrischen Anlage, die Verteilerdose unterhalb der Tapete freigelegt werden muss, was nach Beendigung der Arbeit immer eine sichtbare Beschädigung hinterlässt.

Variante 2: Installationen mit Geräteverbindungsdosen

Die Geräteverbindungsdose ist eine Kombination aus der Gerätedose und der Verteilerdose. Sie ist etwas tiefer als die herkömmlichen Gerätedose und bietet neben dem Anschluss des Betriebsmittels auch noch Platz für die Verbindung der eingeführten Leitungen. Diese Verbindung erfolgt dann unterhalb des Betriebsmittels. Diese Installationsvariante erfordert insgesamt etwas weniger Leitungen und führt zur Reduzierung der Aderzahlen, wie man im nachfolgenden Video sehr einfach erkennen kann. Ein weiterer Vorteil entsteht bei der Fehlersuche, bei der in den Geräteverbindungsdosen zur Durchführung von Messungen oder Anpassungen an den Leitungsverbindungen nur der Betriebsmitteleinsatz entfernt werden muss, was durch schrauben erfolgt. Es muss also keine Tapezierung beschädigt werden.

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Was ist eine Impedanz?

Die Impedanz Z gibt den Wechselstromwiderstand eines Bauelements oder einer Schaltung an. An der Impedanz ist sowohl die Größe des Wechselstromwiderstands (U/I) als auch der Phasenwinkel zwischen den sinusförmigen Größen Strom und Spannung zu erkennen.

Aber der Reihe nach…

Der Wechselstromwiderstand, die Impedanz Z

Im Gegensatz zu rein ohmschen Widerständen R im Gleichstromkreis spricht man in Wechselstromkreisen von der Impedanz Z. Bei einem Wechselstromwiderstand kommt zusätzlich zum reinen Widerstandswert, also dem Verhältnis aus Spannung und Stromstärke, zusätzlich eine Phasenverschiebung hinzu.

Das Verhältnis aus Spannung und Strom ( U/I) wird dabei wie bei einem ohmschen Widerstand in Ohm angegeben. Zusätzlich kommt also noch die Information zu Phasenwinkel hinzu.

Schreibweise: Z=Z∠φ

Hierbei ist Z (ohne Unterstrich) lediglich der Betrag der Impedanz, also nur das Verhältnis U/I.

Ein Beispiel

Z=10Ω/∠50°

Wenn an diesen Wechselstromwiderstand beispielsweise eine sinusförmige Spannung von 40V angelegt wird, fließt hierdurch eine Stromstärke von I=4A (40V/10Ω = 4 A).

Diese Stromstärke eilt der angelegten Spannung um 50° nach. Diese Information ist dem Winkel der Impedanz zu entnehmen.

Anwendungen

In allen Systemen, in denen sinusförmiger Wechselstrom verwendet wird, wird mit Impedanzen gerechnet.

In der Energietechnik, also beispielsweise in den Netzen zur elektrischen Energieversorgung, werden sinusförmige Spannungen und Ströme mit einer Frequenz von f=50 Hz (Hertz) verwendet. Zur Berechnung diese Netze und die Auswirkungen von Energieerzeugern und –verbrauchern verwendet man Impedanzen.
Aber auch die in der Nachrichtentechnik verwendeten Audio- und Videosignale, sind Wechselstromsignale. Nicht-sinusförmige Wechselstromsignale werden mathematisch beispielsweise durch die Fourier-Analyse auf sinusförmige Signale zurückgeführt.
In der Regelungstechnik wird die Reaktion von Systemen (Regelstrecken) und Reglern auf sinusförmige Signale unterschiedliche Frequenz untersucht. Hier findet man also Impedanzen, die nicht nur von den Bauteilen selbst, sondern zusätzlich von der Frequenz f abhängig sind.

Die Admittanz – der komplexe Leitwert

Wie in Gleichstromkreisen, gibt es in Wechselstromkreise ebenfalls einen Leitwert als Kehrwert des Widerstandes.

Y= 1/Z

Die Größe des Leitwertes berechnet sich als Kehrwert des Widerstandsbetrags.

Der Winkel des Leitwertes ist gleich dem negativen Winkel der Impedanz.
Das kann man mit Hilfe der komplexen Zahlen leicht zeigen.

Wirkwiderstand und Reaktanz

Impedanzen werden auch als Scheinwiderstände bezeichnet. Analog zu Wechselstromleistungen (Scheinleistungen), die aus Wirkleistungen und Blindleistungen bestehen, spricht man bei Impedanzen auch von einem Wirkanteil (auch ohmscher Anteil) und einem Blindanteil.

Der Blindanteil wird als Reaktanz bezeichnet.

Sonderfälle: Induktive und Kapazitive Wechselstromwiderstände

Bei Reaktanzen, also Wechselstromwiderstände, die nur einen reinen Blindwiderstand besitzen, ist der Phasenwinkel entweder +90°oder -90°.

Per Definition ist der Phasenwinkel

– einer reinen Induktivität +90°. Der Zeiger zeigt also nach oben.
– einer reinen Kapazität -90°. Der Zeiger zeigt also nach unten.

Reine Admittanzen gibt es jedoch nur in der Theorie. Besonders Induktivitäten treten nicht alleine auf.

Um Induktivitäten zu realisieren muss man Spulen wickeln. Und gewickelte Spulen bestehen nun einmal aus leitendem, aber trotzdem widerstandsbehafteten Material.

Dieses widerstandsbehaftete Material bildet also einen ohmschen Widerstand, so dass man in der Praxis nie (außer bei Supraleitung) reine Induktivitäten findet.

Die Kombination aus ohmschen Widerständen und reinen Blindwiderständen (oder Reaktanzen) nennt man Impedanz.

Impedanzen werden als Zeiger dargestellt, da sie nicht nur wie ohmsche Widerstände das Verhältnis von Spannung und Strom festlegen, sondern auch für die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom verantwortlich sind.

Impedanz aus Induktivität und ohmschem Widerstand

Im Video dieses Artikels möchte den Begriff Impedanz am Beispiel einer Reihenschaltung aus Induktivität und ohmschem Widerstand erläutern.

Um eine Impedanz zu berechnen, berechnet man zunächst einmal den Wert des Wechselstromwiderstandes der Induktivität.

Induktivitäten sorgen dafür, dass der Strom durch die Induktivität um 90° der Spannung nacheilt. Der Wechselstromwiderstand erhält daher den Winkel +90°.

Am ohmschen Widerstand gibt es keine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.

Der Winkel eines ohmschen Widerstandes ist demnach 0°.

Um die Gesamt-Impedanz zu bestimmen, muss diese beiden Werte nun geometrisch(!) addieren. Geometrisch bedeutet, dass man nicht einfach die Beträge der Widerstände addieren kann, sondern die Zeiger addieren muss. Man muss also den Winkel der beiden Widerstände berücksichtigen.

Bei senkrecht aufeinander stehenden Widerständen erhält man, wie in diesem Fall, ein rechtwinkliges Dreieck.

Der Wert der Impedanz lässt sich also mit Hilfe des Satz des Pythagoras berechnen.

Für die Berechnung des Winkels nimmt man entweder den Sinus, Cosinus oder Tangens.

Video zur Berechnung der Impedanz

Im Video führe ich die Berechnung einmal durch.

Wenn man die Impedanz berechnet hat, kann man damit die Stromstärke in Betrag und Phase ermitteln.

Auch dies zeige ich im Video und zeige am Ende des Videos mit Hilfe von PSPICE, dass die Rechnung stimmt.

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Zur Auswahl der richtigen Anschlussleitung prüfe ich zunächst, mit welchem Strom die Leitung belastet wird (Strombelastbarkeit) und berechne anschließend den Spannungsfall auf der Leitung.

Betriebsstrom berechnen

Zur Bestimmung der Strombelastbarkeit ist es zunächst notwendig mit Hilfe der Anschlusskennwerte den Betriebsstrom I_b des Durchlauferhitzers zu berechnen.

I_b=P / (√3*U*cos(φ)) = 21000W / (√3 *400V*1) = 30,31A

Die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung beträgt wie bei fast allen Elektrowärmegeräten Null Grad, damit wird der Leistungsfaktor cos(φ) zu Eins.

Leitungsabsicherung auswählen

Anschließend wählen wir eine Sicherung mit einem Nennstrom I_n=32A aus. Dieser muss größer sein  als der Betriebsstrom des Durchlauferhitzers I_b, damit die Sicherung im normalen Betrieb nicht einfach auslöst.

Umgebungsbedingungen bestimmen und Leitung auswählen

Anschließend wählen wir eine Leitung aus. Dazu müssen wir die nicht idealen Umgebungsbedingungen, die zu einer zusätzlichen Erwärmung der Leitung führen, mit einem entsprechenden Faktor berücksichtigen. Die Umgebungstemperatur von 25°C ist ideal, jedoch für die Verlegung von zwei gemeinsamen Energieleitungen im Installationskanal ergibt sich der Faktor f₂=0,8.

I_r=I_n/f₂=32A/0,8=40A

Durch die zusätzliche Erwärmung der mitverlegten Leitung, muss die Anschlussleitung des Durchlauferhitzers jetzt nicht nur mit bis zu 32A sondern mit bis zu 40A belastet werden können. Unter Berücksichtigung der Referenzverlegeart mit der schlechteren Wärmeabgabe (Verlegeart B2: Im Installationskanal) und der Anzahl belasteter Adern (die drei Außenleiter), können wir uns aus der entsprechenden Tabelle nach DIN VDE 0298-4 eine Leitung heraussuchen, die mit min. 40A belastet werden darf. Wir wählen eine Leitung mit einem Querschnitt von q=10mm² aus, die mit bis zu I_r=49A belastet werden darf. Die ausgewählte Leitung dürfte also unter idealen Verlegebedingungen mit bis 49A belastet werden. Mit einer weiteren Leitung im Installationskanal ergibt sich hingegen nur noch eine Strombelastbarkeit von:

I_z=f₂*I_r=0,8*49A=39,2A

Dieser Strom I_z=39A ist völlig ausreichend, da wir unseren Stromkreis ja mit I_n=32A abgesichert haben, wodurch in diesem Stromkreis dauerhaft auch kein höherer Strom als 32A zu erwarten ist. Es gilt:

I_b≤I_n≤I_z

30,31A≤32A≤39,2A

Spannungsfall berechnen

Den maximalen Spannungsfall ΔU auf der Anschlussleitung berechnen wir mit Hilfe des Leitungswiderstandes eines Außenleiters und dem Nennstrom der Sicherung, als maximal zulässigen Leitungsstrom.

ΔU= √3*I_n*l*cos(φ) / (κ*q) =√3 *32A*18m*1 / (56m/(Ω*mm²)*10mm²)=1,78V

Das entspricht, bezogen auf die Außenleiterspannung U_N=400V, einem prozentualen Spannungsfall Δu von:

Δu=ΔU*100% / Δu= 1,78*100% / 400V = 0,45%

Für Endstromkreise ist häufig ein Spannungsfall kleiner 3% vorgesehen, der in unserem Fall in ausreichendem Maße eingehalten wird.

Im nachfolgenden Video gehe ich alle Schritte nochmal ausführlich durch:

Wenn du alles verstanden hast, zeige ich dir im nächsten Schritt wie man die Zuleitung für eine kleine Unterverteilung dimensioniert.

Der Beitrag Anschlussleitung Durchlauferhitzer dimensionieren erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

• Eine Umgebungstemperatur die von 25°C abweicht. (Korrekturfaktor f₁)
• Eine gebündelte Leitungsverlegung. (Korrekturfaktor f₂)
• Mehr als 2 belastete Adern bei Wechselstromverbrauchern. (Korrekturfaktor f₃)
• Mehr als 3 belastete Adern bei Drehstromverbrauchern. (Korrekturfaktor f₃)
• Erhöhte Oberschwingungsanteile auf den Leitungen. (Korrekturfaktor f₄)

Um den korrekten Wert für die Strombelastbarkeit der Leitung I_r in der Tabelle aus DIN VDE 0298-4 zu ermitteln müssen die veränderten Umgebungsbedingungen erst über Korrekturfaktoren der gleichen Normenvorschrift miteinberechnet werden. Die Tabelle zur Strombelastbarkeit und die Korrekturfaktoren sind in jedem Tabellenbuch der Elektrotechnik abgedruckt. Zur Berechnung der „neuen Strombelastbarkeit“ unter Berücksichtigung der veränderten Umgebungsbedingungen, teil man einfach nur den Nennstrom der zuvor ausgewählten Sicherung I_n durch die ermittelten Korrekturfaktoren:

I_r = I_n / (f₁ * f₂ * f₃ * f₄ )

Beispiel

Wir haben im vorherigen Schritt einen Betriebsstrom von I_b=13A bei 400V berechnet und eine entsprechend größere Sicherung mit I_n=16A ausgewählt. Durch die erhöhte Umgebungstemperatur von 45°C (f₁=0,75) und der gemeinsamen Leitungsverlegung mit zwei weiteren Leitungen im Elektroinstallationskanal (Also insgesamt drei Leitungen) (f₂=0,7) ergeben sich Korrekturfaktoren die jetzt zur Ermittlung der korrekten Strombelastbarkeit miteinberechnet werden müssen:

I_r = I_n / (f₁ * f₂) = 16A / (0,75 * 0,7) = 30,47A

Aufgrund der Wärmeentwicklung durch die erhöhte Umgebungstemperatur und der gebündelten Leitungsverlegung müssen wir jetzt eine Leitung auswählen, die unter idealen Bedingungen für eine Strombelastbarkeit von 30,47A statt 16A zugelassen ist. Aus der Normentabelle wählen wir unter Berücksichtigung der Referenzverlegeart und der Anzahl belasteter Adern die nächst größere Strombelastbarkeit und den entsprechenden Querschnitt heraus.

Die Leitung aus unserem Beispiel wird im Installationskanal verlegt, das entspricht der Referenzverlegeart B2 und verfügt aufgrund des Drehstromanschlusses über 3 belastete Adern. Entsprechend ermitteln wir aus der Normtabelle das ein Leiterquerschnitt von q=6mm² mit bis zu I_r=36A belastet werden darf.

Das bedeutet unter idealen Bedingungen wäre unsere ausgewählte Leitung mit bis zu 36A dauerhaft belastbar, unter den gegebenen Bedingungen verringert sich die Strombelastbarkeit I_z zu:

I_z = I_r * f₁ * f₂ = 36A * 0,75 * 0,7 = 18,9A

Zusammenfassend lässt sich für unser Beispiel also feststellen, dass wir einen Verbraucher mit einem Betriebsstrom I_b=13A über eine q=6mm² Leitung anschließen, die mit I_n=16A abgesichert ist und die unter idealen Verlegebedingungen mit I_r=36A belastet werden dürfte, aber unter den nicht idealen Verlegebedingungen nur mit maximal I_z=18,9A belastet werden darf. Damit wird das entscheidene Kriterium eingehalten:

I_b ≤ I_n ≤ I_z

13A ≤ 16A ≤ 18,9A

Im nachfolgenden Video zeige ich dir noch einmal Schritt für Schritt das Berechnungsverfahren zur Querschnittermittelung bei nicht idealen Umgebungsbedingungen an einem weiteren Beispiel:

Als letztes müssen wir den Spannungsabfall auf der Leitung prüfen.

Der Beitrag Strombelastbarkeit und Leiterquerschnitt unter nicht idealen Verlegebedingungen bestimmen erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Wenn du eine Ausbildung zum „Elektroniker für Energie- und Gebäudetechnik“ machst bist du hier genau richtig. Alle aufgelisteten Inhalte sind sowohl Teil des ersten Ausbildungsjahres als auch Hauptbestandteil der Gesellenprüfung Teil 1.

1. Schaltzeichen und Messgeräte für die Elektroinstallation

2. Schaltpläne der Elektroinstallation

2.1 Der Installationsplan

2.2 Der Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung

2.3 Der Übersichtsschaltplan

2.4 Der Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung

3. Installationsschaltungen mit Lampen

3.1 Die Serienschaltung

3.2 Die Wechselschaltung

3.3 Die Sparwechselschaltung

3.4 Die Kreuzschaltung

3.5 Die Stromstoßschaltung

4. Installationsvorschriften für das Verlegen von Kabel und Leitungen

4.1 Installationszonen

4.2 Installationsvarianten

4.3 Verlegearten in Wohngebäuden

4.4 Installationsvorschriften bei Aufputzinstallationen

5. Kabel und Leitungen

5.1 Übersicht Energie-, Signal- und Datenleitung

6. Dimensionierung von Querschnitten fest verlegter Kabel und Leitungen

6.1 Übersicht Leitungsdimensionierung/ Auswahl von Leitungen/ Mindestquerschnitte

6.2 Betriebsströme berechnen und Sicherungen auswählen

6.3 Strombelastbarkeit der Leitung unter idealen Bedingungen bestimmen

6.4 Strombelastbarkeit unter erschwerten Umgebungsbedingungen bestimmen

6.5 Spannungsfall der Leitung berechnen

6.6 Zusammenfassung Leitungsdimensionierung

6.7 Beispiel: Anschlussleitung eines Durchlauferhitzers dimensionieren

Der Beitrag Installationstechnik erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Zur Dimensionierung einer elektrischen Energieleitung muss zunächst der Betriebsstrom I_b des betreffenden Stromkreises ermittelt werden. Bei vorgegebenem Verbraucher kann der Betriebsstrom durch die Angabe der Anschlussleistung und der Anschlussspannung berechnet werden. Bei Steckdosenstromkreisen ergibt sich der maximale Betriebsstrom aus der Überstromabsicherung des betreffenden Stromkreises.

Im zweiten Schritt wählt man eine Sicherung mit einem Nennstrom I_n aus, der größer ist als der ermittelte Betriebsstrom. Hier ist Augenmaß gefragt. Ist der gewählte Sicherungsnennstrom nur wenig größer, als der Betriebsstrom, dann kann es schnell zu einer Überlast kommen. Ist der gewählte Sicherungsnennstrom viel größer als der Betriebsstrom, dann muss anschließend eine Leitung mit zu großer Strombelastbarkeit und einem entsprechend großen Leiterquerschnitt ausgewählt werden.

Im dritten Schritt muss eine Leitung ausgewählt werden, deren Strombelastbarkeit größer ist als der Nennstrom der Sicherung. Zur richtigen Auswahl der Strombelastbarkeit ist die Kenntnis der Verlegeart und die Anzahl belasteter Adern nötig. Anschließend gibt es zwei Möglichkeiten die Strombelastbarkeit mit dem passenden Leiterquerschnitt aus der entsprechenden Tabelle nach DIN VDE 0298-4 abzulesen:

1. Die Leitung wird als Einzelleitung bei einer Umgebungstemperatur von 25°C, für den Anschluss nur eines Verbrauchers verlegt. In diesem Fall wählt man eine Strombelastbarkeit I_r aus, die größer ist als der Sicherungsnennstrom. Es gilt: I_b≤I_n≤ I_r

2. In allen anderen Fällen ermittelt man zunächst die Korrekturfaktoren (f₁ bis f₄) für die „erschwerten“ Verlegebedingungen und errechnet dann den kleinsten Tabellenwert der Strombelastbarkeit I_r . Anschließend wählt man den nächstgrößeren Tabellenwert aus. Die wirkliche Strombelastbarkeit der Leitung I_z ist um die gewählten Faktoren kleiner als der Tabellenwert I_r. An dieser Stelle ist der Leiterquerschnitt hinsichtlich seiner Strombelastbarkeit korrekt ausgewählt, wenn folgendes Kriterium erfüllt ist: I_b≤I_n≤ I_z

Im letzten Schritt wird jetzt geprüft ob der Spannungsfall auf der Leitung ausreichend klein ist.

Eine Zusammenfassung findest du auch nochmal in dem nachfolgenden Video:

Die weiteren Beispiele helfen dir das Verfahren noch besser zu verstehen:

Anschlussleitung eines Durchlauferhitzers dimensionieren

Zuleitung einer Unterverteilung richtig auswählen

Der Beitrag Zusammenfassung Leitungsdimensionierung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Strombelastbarkeit unter idealen Bedingungen bestimmen

Ideale Bedingungen zur Bestimmung der Strombelastbarkeit herrschen immer dann, wenn außer dem elektrischen Strom keine weiteren Wärmequellen die Leitung erwärmen. Das bedeutet die Leitung wird einzeln verlegt, die Umgebungstemperatur beträgt 25°C und ein Wechselstromverbraucher wird über zwei belastete Adern (Außenleiter und Neutralleiter) und ein Drehstromverbraucher über drei belastete Adern (Alle drei Außenleiter) angeschlossen.

Unter diesen Bedingungen ermittelt man zunächst die korrekte Referenzverlegeart der Leitung. Anschließend wählt man aus der Tabelle aus DIN VDE 0298-4 (in jedem Tabellenbuch der Elektrotechnik zu finden) eine Strombelastbarkeit I_r aus, die mindestens so groß ist wie der Nennstrom der Sicherung In: I_n ≤ I_r
Jeder Strombelastbarkeit I_r ist in der Tabelle ein Leiterquerschnitt q zugeordnet.

Bei der Leitungsverlegung unter idealen Bedingungen gilt also: I_b ≤ I_n ≤ I_r

In dem nachfolgenden Video fasse ich die bisherigen Schritte nochmal zusammen und erläutere schrittweise die Bestimmung der richtigen Strombelastbarkeit mit dem richtigen Leitungsquerschnitt.

Im nächsten Schritt zeige ich dir, wie man vorgeht, wenn keine idealen Bedingungen zur Leitungsverlegung vorherrschen.

Der Beitrag Strombelastbarkeit bestimmen und Querschnitt auswählen erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Betriebsstrom I_b bestimmen

Handelt es sich um eine Leitung, die nur für den Anschluss eines einzigen Verbrauchers vorgesehen ist, dann ergibt sich der Betriebsstrom aus der Anschlussleistung P, der Anschlussspannung U und dem Leistungsfaktor cos(φ) des Verbrauchers:

Gleichstrom: I_b=P/U

Wechselstrom: I_b=P/(U∙cos⁡(φ))

Drehstrom: I_b=P/(√3∙U∙cos⁡(φ))

Wenn die Leitung für den Anschluss von mehr als einem bekannten Verbraucher vorgesehen ist, dann müssen die Betriebsströme aller Verbraucher zusammengerechnet werden. Die Leistungen dürfen nur dann zusammengerechnet werden, wenn entweder der Leistungsfaktor cos(φ) für alle Verbraucher gleich ist oder ein mittlerer Leistungsfaktor (Mittelwert für alle Verbraucher gemeinsam) bekannt ist.

Betriebsstrom bei Steckdosenstromkreisen

Handelt es sich um eine Leitung für einen Steckdosenstromkreis dann entspricht der Betriebsstrom I_b dem Nennstrom der zugehörigen Stromkreissicherung I_n. Handelt es sich um eine Zuleitung für mehrere Stromkreise bspw. für eine Unterverteilung, dann werden zur Bestimmung des Betriebsstrom I_b, die Nennströme der Sicherungen aller Stromkreise addiert.

Ein Beispiel für die Dimensionierung einer Unterverteilung finden Sie hier.

Im nachfolgenden Video zeige ich dir anhand eines Beispiels nochmal Schritt für Schritt wie du den Betriebsstrom I_b bestimmen kannst.

Nennstrom der Sicherung I_n bestimmen

Der Nennstrom der Sicherung I_n muss so ausgewählt werden, dass dieser größer oder gleich groß ist, wie der Betriebsstrom: I_b ≤ I_n
Würde ein Nennstrom ausgewählt der kleiner ist als der Betriebsstrom, dann käme es regelmäßig zu unerwünschten Auslösungen im störungsfreien Betrieb des Verbrauchers.
Dabei sollte der Nennstrom nicht übermäßig viel größer sein als der Betriebsstrom, damit im Anschluss kein unnötig großer Leitungsquerschnitt ausgewählt werden muss. Als Faustregel wählt man eine Sicherung mit dem nächst größeren oder eine Stufe größeren Nennstrom aus. Folgende Nennströme sind für Sicherungen erhältlich:
Schmelzsicherungen: I_n=2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 35A, 40A, 50A, 63A, 80A, 100A, 125A, 160A, 200A, 250A, 315A, 400A, 500A, 630A, 800A, 1000A, 1250A
Leitungsschutzschalter: I_n=2A, 6A, 10A, 13A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A, 100A, 125A

Bei der Auswahl einer Leitung zur Versorgung von mehreren Verbrauchern oder Stromkreisen, kann durch die Verwendung eines Gleichzeitigkeitsfaktor g berücksichtigt werden, dass nicht mit dem gleichzeitigen Betrieb aller Verbraucher bzw. der vollen Auslastung aller Stromkreise gerechnet werden muss. In diesem Fall verringert sich der Betriebsstrom um den Gleichzeitigkeitsfaktor. Der Gleichzeitigkeitsfaktor wird vom Anlagenplaner festgelegt.

Fließt in einer Anlage unter Volllast bspw. ein Betriebsstrom I_b=23A würde man eine Sicherung mit I_n=25A auswählen. Unter Berücksichtigung eines Gleichzeitigkeitsfaktors von g=0,65 (im Betrieb sind nur 65% aller Verbraucher eingeschaltet) verringert sich der Betriebsstrom auf I_b=0,65*23=14,95A. Damit wäre ein Sicherungsnennstrom von I_n=16A ausreichend.

Im nachfolgenden Video zeige ich dir anhand eines Beispiels nochmal Schritt für Schritt, wie du den Nennstrom der Sicherung bestimmen kannst.

Im erfährst du im nächsten Schritt, wie man die Strombelastbarkeit einer Leitung ermittelt und den passenden Leitungsquerschnitt auswählt.

Der Beitrag Betriebsstrom und Nennstrom der Sicherung ermitteln erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

1. Der Verbraucher arbeitet mit einer kleineren Spannung, demzufolge stellt sich ein kleinerer Strom ein und die Leistungsaufnahme sinkt. Beispiel: Wärmegerät
2. Der Verbraucher hält die aufgenommene Leistung konstant. Bei kleiner werdender Spannung muss der Strom größer werden. Der Betriebsstrom I_b steigt an. Beispiel: Elektromotor

Der Spannungsfall wird mit ΔU bezeichnet. Das Δ symbolisiert, dass der Spannungsfall dem Unterschied zwischen der Quellenspannung und der Verbraucherspannung entspricht.

Spannungsfall berechnen

Der Spannungsfall auf der Leitung ist abhängig vom Leiterwiderstand R_L und dieser wiederum vom Leitermaterial (spezifischer Leitwert κ), Leiterquerschnitt q und der Leitungslänge l abhängig ist:

R_L=l/(κ*q)

Der Widerstand der Anschlussleitung liegt in Reihe zum Verbraucher. Es ergibt sich also eine Reihenschaltung aus dem Leitungswiderstand der Hinleitung, dem Verbraucher und dem Leitungswiderstand der Rückleitung. In einer Reihenschaltung ist der Strom I an allen Widerständen gleich groß. Der Spannungsfall an den beiden Leitungswiderstand ergibt sich also zu:

ΔU= 2*R_L*I

Für R_L setzt man jetzt die entsprechenden Größen für den Leitungswiderstand von oben ein. Setzt man für den Stromwert den Nennstrom der Sicherung I_n ein, dann berechnet man den maximalen Spannungsfall (wie hier). In allen anderen Fällen setzt man für I den Betriebsstrom I_b ein:

ΔU= 2*l*I_n / (κ*q)

Diese Formel gilt jedoch lediglich für Gleichstromkreise. Im Wechselstromkreis wird mit dem Leistungsfaktor cos(φ) eine mögliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung berücksichtigt. Dann berechnet sich der Spannungsfall zu:

ΔU= 2*l*I_n*cos(φ) / (κ*q)

Bei symmetrischen Drehstromverbrauchern heben sich die drei Außenleiterströme gegenseitig auf, sodass kein Rückstrom auftritt und der Spannungsfall nur auf dem Widerstand eines Außenleiters entsteht. Demzufolge fällt der Faktor 2 in der Formel weg. Da der Spannungsfall aber in der Regel auf die Außenleiterspannung (400V) bezogen wird, die um den Faktor √3 größer ist als die Strangspannung (230V), fügt man in der Formel den Faktor √3 hinzu. Damit ergibt sich der Spannungsfall zu:

ΔU= √3*l*I_n*cos(φ) / (κ*q)

Zusätzliche Anmerkungen zur Spannungsfallberechnung:

• Alle Berechnungen beziehen sich auf eine Leitertemperatur von 25°C. Sollte die Umgebungstemperatur deutlich davon abweichen ist mit einem entsprechend größeren Leitungswiderstand zu rechnen.
• Es wurde vereinfacht angenommen, dass der ohmsche Teil des Leitungswiderstandes überwiegt, was bei Leiterquerschnitten bis 70mm² vertretbar ist.
• Häufig wird der Spannungsfall nicht in Volt, sondern als Prozentwert der Netzspannung U₀ angegeben (U₀=230V bei Wechselspannung; U₀=400V bei Drehstrom). Das Formelzeichen ist ein kleines Δu:

  Δu= (ΔU / Δu) * 100%

• In Verbraucheranlagen sollten die Leitungsquerschnitte so gewählt werden, das der Spannungsfall nicht mehr als 3% der Nennspannung beträgt. Kann die Vorgabe nicht erfüllt werden, dann muss der Leitungsquerschnitt um eine Normgröße erhöht werden.

In dem nachfolgenden Video erläutere ich noch einmal Schritt für Schritt die Berechnung des Spannungsfalls an einem Beispiel:

In dem nachfolgenden Beitrag findest du eine Zusammenfassung zur Dimensionierung von Leiterquerschnitten.

Der Beitrag Spannungsfall auf Leitungen erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

In diesem Artikel stelle ich zunächst das Verfahren zur Ermittlung des passenden Leitungsquerschnittes vor. Detaillierte Ausführungen zu den einzelnen Arbeitsschritten, findet ihr dann auf den Folgeseiten und den entsprechenden Videos.

Übersicht Leitungsauswahl

Zunächst wählt man eine Leitungsart aus, die an die Umgebungsbedingungen für die spätere Leitungsverlegung angepasst ist. Wird die Leitung beispielsweise im Mauerwerk in einem trockenen Raum verlegt, benötigt man eine andere Leitungsart als wenn diese im Beton, im Erdreich oder unter dem Einfluss direkter Sonneneinstrahlung verlegt wird.
Hier erhaltet ihr weitere Informationen zu den verschiedenen Leitungsarten.
Im nächsten Schritt wird geprüft, ob zur Verlegung der Leitung ein Mindestquerschnitt eingehalten werden muss. Im Anschluss wird der erwartete Betriebsstrom I_b des/der angeschlossenen Verbraucher ermittelt. Ist der Betriebsstrom bekannt, kann unter Berücksichtigung eventueller Gleichzeitigkeitsfaktoren, der Nennstrom der Leitungsabsicherung I_n (Schmelzsicherung oder Leitungsschutzschalter) ausgewählt werden. Es folgt die Auswahl eines Normquerschnitts q für die zu verlegende Leitung. Dazu wird die Strombelastbarkeit der Leitung unter Berücksichtigung der Leitungsverlegung, der Umgebungstemperatur und der Anzahl belasteter Leitungsadern analysiert. Kommen weitere Faktoren hinzu, die eine zusätzliche Erwärmung der Leitung zur Folge haben, dann werden diese bei der Auswahl des Normquerschnitts miteinberechnet.
Im letzten Schritt muss geprüft werden, ob der Spannungsabfall (in der Norm als „Spannungsfall“ bezeichnet) auf der Leitung aufgrund des Leitungswiderstandes ausreichend klein ist.

Im ersten Video erläutere ich das ganze Verfahren zur Leitungsdimensionierung mit Hilfe eines Blockschaltbilds. Außerdem stelle ich ein Beispiel zur Leitungsdimensionierung vor, auf das ich mich anschließend bei der genaueren Betrachtung der einzelnen Schritte beziehen werde.

Im zweiten Video habe ich aufgelistet, welche Mindestquerschnitte bei der Verlegung von Leitungen eingehalten werden müssen.

Als nächstes schauen wir uns etwas genauer an, wie man den Betriebsstrom I_b und den Nennstrom der Sicherung I_n ermittelt.

Der Beitrag Dimensionierung von Querschnitten fest verlegter Kabel und Leitungen erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Die Stromstoßschaltung ist eine Installationsschaltung, die immer dann angewendet wird, wenn ein Verbraucher von mehreren Schaltstellen aus geschaltet werden soll.

Zur Installation benötigt man für jede Schaltstelle einen Taster. Außerdem braucht man ein sogenanntes „Stromstoßrelais“ und mindestens einen Verbraucher. Mit jedem Taster kann der Verbraucher dann beliebig ein- und ausgeschaltet werden.

Das Stromsoßrelais

Um eine Stromstoßschaltung verstehen zu können, sollte man sich zunächst die Funktion eines Stromstoßrelais vor Augen führen. Dieses Relais besteht aus einem Elektromagneten (Spule+magnetischem Eisenkern) und einem oder mehreren Schaltkontakten, die von diesem Elektromagnet geschaltet werden. Die Anschlüsse des Elektromagneten heißen A1 und A2, die Schaltkontakte sind häufig einfach durchnummeriert. Dabei können die Schaltkontakte entweder als Schließer-, Öffner- oder als Wechselkontakte ausgeführt sein. Fließt ein Strom durch den Elektromagneten, dann werden die Kontakte durch seine magnetische Anziehung geschaltet und verbleiben anschließend in ihrem Schaltzustand, auch wenn kein Strom mehr fließt. Ein erneutes Schalten der Kontakte erfolgt erst, wenn der Stromfluss einmal unterbrochen war und ein neuer „Stromstoß“, also ein kurzzeitig fließender Strom, auftritt.

Aufbau einer Stromstoßschaltung

Für die Installation einer Stromstoßschaltung führt man zunächst den Außenleiter zu allen Tastern. Der „Tasterdraht“ wird dann zum Stromstoßrelais geführt, sodass alle angeschlossenen Taster parallelgeschaltet sind. Mit jedem Tasterdruck fließt also nur so lange ein Strom zum Stromstoßrelais, wie der Taster gedrückt wird, also für wenige Augenblicke. Dieses Umschalten von „kein Strom fließt“ zu „Strom fließt“ durch den Taster bezeichnet man als „Stromstoß“. Wie oben beschrieben, werden mit jedem Stromstoß die Kontakte des Stromstoßrelais geschaltet.

Nicht die Taster schalten den Verbraucher sondern das Stromstoßrelais

Diese Kontakte schalten jetzt den Verbraucher. Dazu schließt man an die eine Seite des Kontakts (die mit der kleineren Ziffer) den Außenleiter an und führt die andere Seite zum Verbraucher. An den Verbraucher muss abschließend nur noch der Neutralleiter angeschlossen werden, um den Stromkreis zu schließen und die Stromstoßschaltung funktioniert.

Außerdem muss zum „Schutz gegen den elektrischen Schlag“ zu jedem Betriebsmittel (Taster, Stromstoßrelais und Verbraucher) der Schutzleiter mitgeführt werden. Der Anschluss richtet sich nach der Schutzklasse des Betriebsmittels.

Zusammenfassend betrachtet ergeben sich bei der Stromstoßschaltung zwei voneinander getrennte elektrische Stromkreise. Ein „Steuerstromkreis“ bestehend aus der Spannungsquelle, dem Taster und dem Elektromagneten und ein „Laststromkreis“ bestehend aus der Spannungsquelle, dem Stromstoßkontakt und dem Verbraucher. Beide Stromkreise sind nur durch die magnetische Wirkung des Elektromagneten miteinander verbunden. Man sagt Steuer- und Laststromkreis sind voneinander „galvanisch getrennt“, also nichtleitend miteinander gekoppelt.

Da Stromstoßschaltungen für Installationen mit vielen Schaltstellen angewendet werden, beispielsweise für die Beleuchtung in einem Treppenhaus, verwendet man häufig beleuchtete Taster, damit diese leichter zu erkennen sind. Die Glimmlampe im Taster wird dann einfach parallel zum Tasterkontakt geschaltet und liegt damit in Reihe zum Elektromagneten. Dabei ist die Stromaufnahme bei unbetätigtem Taster groß genug damit die Glimmlampe leuchtet, aber zu klein damit der Elektromagnet im Stromstoßrelais schaltet. Durch den Tasterdruck wird die Glimmlampe überbrückt und erlischt für diese Zeit.

Bei Steuerstromkreisen mit kleineren Spannungen verwendet man statt den Glimmlampen LEDs zur Beleuchtung der Taster.

Im ersten Video zeige ich dir noch einmal Schritt für Schritt, wie die Stromstoßschaltung im Installationsplan, im Übersichtsplan und im Stromlaufplan gezeichnet wird.

Im zweiten Video zeige ich dir, wie man eine Stromstoßschaltung verdrahtet.

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Eine Sparwechselschaltung ist eine Installationsschaltung, mit der ein Verbraucher von zwei Schaltstellen aus, geschaltet werden kann. Die Sparwechselschaltung unterscheidet sich von einer herkömmlichen Wechselschaltung nur in der Verdrahtung, die Funktion ist identisch. Der Vorteil einer Sparwechselschaltung ergibt sich bei der zusätzlichen Installation einer Steckdose unterhalb der Wechselschalter, außerdem ist man flexibler beim Anschluss des Verbrauchers.

Möchte man den „Spar-Effekt“ verstehen, dann muss man sich mit dem Aufbau der Sparwechselschaltung auseinandersetzen. Wie bei der herkömmlichen Wechselschaltung auch benötigt man dazu zwei Wechselschalter und mindestens einen Verbraucher. Außerdem wird der Spareffekt verdeutlicht indem unterhalb der Wechselschalter jeweils eine Steckdose installiert wird.

Aufbau der Sparwechselschaltung

Entscheidend ist, dass der spannungsführende Außenleiter diesmal nicht nur auf den Fußkontakt des ersten Wechselschalters geführt wird, sondern an jeweils einen Wechselkontakt beider Wechselschalter. Somit liegt bei der Sparwechselschaltung im Gegensatz zur herkömmlichen Wechselschaltung an beiden Wechselschaltern ein Außenleiter mit Dauerspannung. Dieser kann bei der zusätzlichen Installation einer Steckdose unterhalb der Wechselschalter ganz einfach jeweils im Schalter abgegriffen werden. Bei der herkömmlichen Wechselschaltung wäre der Abgriff der Dauerspannung nur im ersten Wechselschalter möglich. Zur Installation einer Steckdose unterhalb des Wechselschalters mit dem „Schalterdraht“ wäre demnach die Verlegung einer zusätzlichen Ader nötig die zunächst zum Schalter und anschließend zur Steckdose weitergeführt würde. Diese zusätzliche Ader spart man bei der Sparwechselschaltung ein, was zur Namensgebung führte.

Zur Fertigstellung der Sparwechselschaltung müssen außerdem die Fußkontakte der beiden Wechselschalter miteinander verbunden werden. Außerdem wird auch der jeweils andere Wechselkontakt der beiden Wechselschalter miteinander verbunden. Dieser Wechselkontakt dient gleichzeitig als „Schalterdraht“ der zum Verbraucher geführt wird. Auch hier bietet sich der Vorteil, dass der Schalterdraht jetzt an beiden Wechselschaltern abgegriffen werden kann. So lassen sich dann Leitungswege einsparen, wenn der Verbraucher näher am ersten als am zweiten Wechselschalter liegt. Zusätzlich benötigt der Verbraucher natürlich noch den Neutralleiteranschluss, der den Stromkreis zurück zur Spannungsquelle schließt. Weitere Verbraucher können dann einfach parallelgeschaltet werden.

Zum Schutz gegen den elektrischen Schlag, muss außerdem der Schutzleiter zu jedem Betriebsmittel mitgeführt werden. Der Anschluss richtet sich nach der Schutzklasse des Betriebsmittels.

Schaltzustände der Sparwechselschaltung

Die Schalter unterbrechen den Stromkreis. Es fließt kein Strom durch die Lampe.

Der linke Schalter verbindet den Fußkontakt mit dem Außenleitser. Der Strom fließt durch den linken Schalter über die Fußkontakte durch den rechten Schalter zur Lampe.

Der rechte Schalter unterbricht den Stromkreis. 

Der linke Schalter verbindet den spannungsführenden Fußkontakt mit der Lampe. Der Strom fließt durch den rechten Schalter über die Fußkontakte durch den linken Schalter zur Lampe.

Die Sparwechselschaltung in Aktion

Sparwechselschaltung mit Glimmlampen

Sollen beide Wechselschalter als beleuchtete Schalter installiert werden, dann muss die Glimmlampe in den Schaltern jeweils an den Fußkontakt und den Wechselkontakt mit dem Schalterdraht angeschlossen werden. Dazu ist keine weitere Leitungsader am Schalter notwendig.

Sollen beide Wechselschalter als Kontrollwechselschalter ausgeführt werden, dann muss die Glimmlampe an den Wechselkontakt mit dem Schalterdraht und am Neutralleiter angeschlossen werden. Es ist also zusätzlich der Neutralleiter zum Wechselschalter zu führen. Die Glimmlampe ist in diesem Fall parallel zum Verbraucher geschaltet.

Als Fazit lässt sich feststellen, dass eine Sparwechselschaltung einige Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Wechselschaltung mitbringt. Neben der Einsparung einer Ader bei der Installation einer Steckdose unterhalb des „zweiten“ Wechselschalters, kann der Verbraucher an beide Wechselschalter angeschlossen werden. Es reicht also aus, eine fünfadrige Leitung zu beiden Wechselschaltern zu verlegen, um den Anschluss der Wechselschaltung und der Steckdosen unterhalb der Wechselschalter zu realisieren. Außerdem können bei der Sparwechselschaltung beide Wechselschalter als Kontrollwechselschalter ausgeführt werden.

Als Nachteil lässt sich anführen, dass eine Sparwechselschaltung im Gegensatz zur herkömmlichen Wechselschaltung nicht so einfach zur Kreuzschaltung umverdrahtet und so um weitere Schaltstellen ergänzt werden kann.

Im ersten Video zeige ich dir nochmal Schritt für Schritt, wie die Sparwechselschaltung im Installationsplan, im Übersichtsplan und im Stromlaufplan gezeichnet wird.

Im zweiten Video zeige ich dir, wie die Verdrahtung mit echten Wechselschaltern aussieht.

Der Beitrag Die Sparwechselschaltung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Die Kreuzschaltung ist eine Installationsschaltung, die immer dann benötigt wird, wenn ein Verbraucher von drei oder mehr Schaltstellen aus, geschaltet werden soll.

Zur Installation einer Kreuzschaltung benötigt man zwei Wechselschalter und mindestens einen sogenannten „Kreuzschalter“. Für jede weitere Schaltstelle wird jeweils ein Kreuzschalter benötigt. Die Leitungsführung erfolgt immer zunächst auf den ersten Wechselschalter, anschließend auf einen oder mehrere Kreuzschalter und zum Schluss immer auf den zweiten Wechselschalter. Von diesem aus wird zum Schluss der „Schalterdraht“ zum Verbraucher geführt. Bei mehr als einem Verbraucher, werden alle weiteren Verbraucher einfach parallel zum Ersten geschaltet. Durch den Kreuzschalter, der zwischen die beiden Wechselschalter geschaltet ist, kann jede herkömmlich Wechselschaltung (nicht die Sparwechselschaltung) mit nur zwei Schaltstellen zu einer Kreuzschaltung mit drei oder mehr Schaltstellen erweiterbar.

Aufbau der Kreuzschaltung

Für den Aufbau einer Kreuzschaltung schließt man zunächst den spannungsführenden Außenleiter auf den Fußkontakt des ersten Wechselschalters an. Anschließen führt man von beiden Wechselkontakten des Wechselschalters eine Verbindung zum Kreuzschalter. Ein Kreuzschalter verfügt über vier Kontakte zwei für die ankommenden korrespondierenden Adern (in dieser Erklärung mal mit 1a und 1b bezeichnet) und zwei für die abgehenden korrespondierenden Adern (hier 2a und 2b). Die korrespondierenden Adern vom ersten Wechselschalter werden nun an die Anschlüsse 1a und 1b und die abgehenden korrespondierenden Adern zum zweiten Wechselschalter an die Anschlüsse 2a und 2b angeschlossen.

Die Funktion des Kreuzschalter ist einfach. In einer Schaltstellung werden die korrespondierenden Adern der beiden Wechselschalter einfach durchverbunden. Das bedeutet in unserem Beispiel werden schlicht 1a und 2a sowie 1b und 2b miteinander verbunden. In der anderen Schalterstellung werden die korrespondierenden Adern überkreuz miteinander verbunden (daher der Begriff „Kreuzschalter“). Für uns heißt das 1a und 2b sowie 1b und 2a werden miteinander verbunden. Durch das Durchverbinden bzw. Überkreuzlegen der korrespondierenden Adern, wird der Verbraucher mit jeder Schalterbetätigung ein- und ausgeschaltet.

Vom Fußkontakt des zweiten Wechselschalters führt dann der „Schalterdraht“ zum Verbraucher. Außerdem muss der Neutralleiter an den Verbraucher angeschlossen werden, um den Stromkreis zurück zur Spannungsquelle zu schließen.

Möchte man die Kreuzschaltung von drei auf beliebig viele weitere Schaltstellen erweitern, dann führt man einfach die korrespondierenden Adern des ersten Kreuzschalters auf den nächsten Kreuzschalter. In unserem Beispiel also 2a und 2b vom ersten Kreuzschalter auf 1a und 1b des nächsten Kreuzschalters usw..

Natürlich darf auch bei der Kreuzschaltung der Schutz gegen den elektrischen Schlag nicht fehlen. Darum ist die Verlegung des Schutzleiters zu jedem Betriebsmittel verpflichtend. Der Anschluss richtet sich dann nach der jeweiligen Schutzklasse des Betriebsmittels.

Kreuzschalter mit Glimmlampen

Beleuchtete Schalter sind auch bei der Kreuzschaltung problemlos realisierbar, indem die Glimmlampen in den Wechsel- und Kreuzschaltern einfach zwischen die korrespondierenden Adern geschaltet werden. Bei den Kreuzschaltern ist es egal, ob der Glimmlampenanschluss auf der Zugangs- oder der Abgangsseite erfolgt.

Eine Kontrollkreuzschaltung ist nur mit einer Glimmlampe im letzten Wechselschalter möglich. Dazu wird die Glimmlampe wie bei der herkömmlichen Wechselschaltung auch zwischen den Fußkontakt mit dem „Schalterdraht“ und den Neutralleiter geschaltet. In diesem Fall ist also der Neutralleiter als zusätzliche Ader mit zum zweiten Wechselschalter zu verlegen.

Im ersten Video zeige ich dir Schritt für Schritt, wie die Kreuzschaltung im Installationsplan, im Übersichtsplan und im Stromlaufplan gezeichnet wird.

In zweiten Video zeige ich dir, wie man eine Kreutsschaltung mit drei Schaltstellen verdrahtet.

Im dritten Video zeige ich dir, wie man eine Kreuzschaltung mit vier Schaltstellen verdrahtet.

Der Beitrag Die Kreuzschaltung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Eine Wechselschaltung wird immer dann installiert, wenn ein Verbraucher über genau zwei Schaltstellen geschaltet werden soll. Dabei kann der Verbraucher von jeder der beiden Schaltstellen oder wechselseitig ein- und ausgeschaltet werden.

Für den Aufbau einer Wechselschaltung benötigt man zwei Wechselschalter und mindestens einen Verbraucher. Ein Wechselschalter verfügt über einen Fußkontakt (rote Markierung) und zwei Wechselkontakte. Mit jedem Schaltvorgang wechselt die Verbindung zwischen dem Fußkontakt und einem der beiden Wechselkontakte.

Aufbau der Wechselschaltung

Dazu schließt man den spannungsführenden Außenleiter zunächst an den Fußkontakt des ersten Wechselschalters an. Die beiden Wechselkontakte des ersten Wechselschalters werden dann an die Wechselkontakte des zweiten Wechselschalters angeschlossen. Die Leitungsverbindungen zwischen den beiden Wechselkontakten nennt man „korrespondierende Adern“. Der Fußkontakt des zweiten Wechselschalters wird dann zum Verbraucher geführt, diese Verbindung nennt man „Schalterdraht“. Außerdem wird an den Verbraucher der Neutralleiter (Farbe: Blau) als rückführender Leiter zur Spannungsquelle angeschlossen.

Stehen beide Wechselschalter in der gleichen Position, dann ist der Stromkreis über den ersten Wechselschalter, über eine der beiden korrespondierenden Adern und über den zweiten Wechselschalter hin zum Verbraucher geschlossen. Das bedeutet eine Lampe bspw. würde in diesem Schaltungszustand leuchten. Wird jetzt einer der beiden Wechselschalter betätigt, dann stehen beide Wechselschalter in unterschiedlicher Position und der Stromkreis ist unterbrochen. Wird ein weiteres Mal einer der beiden Wechselschalter betätigt, dann müssen automatisch wieder beide Schalter in der gleichen Position stehen und der Verbraucher wird erneut eingeschaltet.

Zu jedem Wechselschalter sowie zum Verbraucher muss zum Schutz gegen den elektrischen Schlag der Schutzleiter mitgeführt werden. Bei einem nichtleitenden Gehäuse wird der Schutzleiter über eine isolierte Klemme in das Betriebsmittel gelegt, bei einem elektrisch leitendem (Metall) Gehäuse wird der Schutzleiter an das Gehäuse angeschlossen.

Wechselschaltung mit Glimmlampen

Möchte man einen oder beide Wechselschalter zu beleuchteten Schaltern machen, um diese bei Dunkelheit einfacher erkennen zu können, dann muss die Glimmlampe im Wechselschalter zwischen die beiden Wechselkontakte geschaltet werden. Befinden sich beide Schalter in unterschiedlicher Position, ist der Verbraucher also ausgeschaltet, dann liegt die Glimmlampe in Reihe zum Verbraucher und leuchtet. Befinden sich beide Schalter in gleicher Position, dann sind die Glimmlampen in den Schaltern aus- und der Verbraucher eingeschaltet.

Möchte man einen Kontrollwechselschalter verbauen, dessen Glimmlampe anzeigt, dass der Verbraucher eingeschaltet ist, dann kann man dazu lediglich den zweiten Wechselschalter verwenden, also den Wechselschalter mit dem „Schalterdraht“. Dazu wird die Glimmlampe genau wie der Verbraucher auch am Schalterdraht und am Neutralleiter angeschlossen. Glimmlampe und Verbraucher liegen also parallel. Im Gegensatz zum beleuchteten Schalter benötigt der Kontrollwechselschalter also zusätzlich einen Neutralleiter.

Der Vorteil dieser Wechselschaltung ist eindeutig die einfache Nachinstallation von weiteren Schaltstellen mit Hilfe der Kreuzschaltung. Nachteile entstehen beide der zusätzlichen Installation von Steckdosen. Dann bietet sich die Sparwechselschaltung an.

In ersten Video zeige ich nochmal ganz ausführlich wie die Serienschaltung im Installationsplan, im Übersichtsplan und im Stromlaufplan aussieht:

Im zweiten Video zeige ich dir, wie die Verdrahtung mit echten Wechselschaltern aussieht.

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Eine Serienschaltung ist eine Installationsschaltung, die immer dann eingesetzt wird, wenn zwei unterschiedliche Verbraucher unabhängig voneinander von einer Stelle aus geschaltet werden sollen.

Für eine Serienschaltung benötigt man einen sogenannten „Serienschalter“ und mindestens zwei unterschiedliche Verbraucher. Im Grunde genommen ist ein Serienschalter nichts anderes als zwei Ausschalter kombiniert in einem Schalter. Dementsprechend verfügt der Serienschalter über zwei Schaltwippen, mit denen man jeweils einen Verbraucher ein- und ausschalten kann. Statt einer Serienschaltung könnte man also auch einfach zwei Ausschaltungen installieren.

Und so wirds gemacht

Möchte man eine Serienschaltung installieren, so führt man zunächst den spannungsführenden Außenleiter auf den Fußkontakt des Serienschalters. Von den beiden abgehenden Kontakten führt man je eine Leitung zu jedem Verbraucher. Außerdem wird der Neutralleiter an jeden Verbraucher angeschlossen. Möchte man mehr als einen Verbraucher mit einer Schaltwippe schalten, dann werden alle weiteren Verbraucher einfach parallelgeschaltet.

Zum Schutz gegen den elektrischen Schlag muss außerdem der Schutzleiter sowohl zum Serienschalter als auch zu jedem angeschlossenen Verbraucher geführt werden.

Serienschaltung kombiniert mit Bewegunsgmeldern

Häufig wendet man bei Lampenschaltungen eine Kombination aus Serienschaltern und Bewegungsmeldern an. Mit einer Schaltwippe des Serienschalters schaltet man die Lampe direkt ein, mit der anderen Schaltwippe schaltet man die Spannungsversorgung des Bewegungsmelders. So wird die Lampe wahlweise einmal dauerhaft geschaltet und einmal automatisch über den Bewegungsmelder.

Serienschalter mit Glimmlampen

Verfügt der Serienschalter über ein bzw. zwei zusätzliche Glimmlampen, können diese wie bei der Ausschaltung auch wahlweise als beleuchtete Schalter parallel zum Schaltkontakt oder als Kontrollserienschalter parallel zum Verbraucher geschaltet werden.

In dem nachfolgenden Video zeige ich nochmal ganz ausführlich wie die Serienschaltung im Installationsplan, im Übersichtsplan und im Stromlaufplan aussieht:

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Der „Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung“ bildet die Funktionszusammenhänge einer Schaltung ab und gibt gleichzeitig den Aufbau der Betriebsmittel und häufig auch deren räumliche Anordnung wieder.

Genau wie in der aufgelösten Darstellung lässt das Wort Stromlaufplan darauf schließen, dass man in diesem Plan den Verlauf des Stroms nachvollziehen kann. Im Gegensatz zum Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung, sind die einzelnen Betriebsmittel in der zusammenhängenden Darstellung jedoch so gezeichnet wie sie in der Realität vorzufinden sind. Stellt man beispielsweise ein Stromstoßrelais dar, dann wird dieses Relais mit seinem Gehäuse und all seinen Anschlüssen und Kontakten gezeichnet, unabhängig davon wie viele Kontakte für diese konkrete Schaltung überhaupt benötigt werden.

Die Anordnung der einzelnen Betriebsmittel orientiert sich an der räumlichen Lage zueinander. In vielen Schaltungen der Installationstechnik kann die Anordnung ganz einfach aus dem Übersichtsschaltplan übernommen werden.

Uns so wirds gemacht

Bei der Erstellung eines Stromlaufplans in zusammenhängender Darstellung geht man am einfachsten wie folgt vor. Zunächst positioniert man die Gehäuse aller Betriebsmittel einer Schaltung gemäß der Anordnung im Übersichtsschaltplan. Anschließend ergänzt man die Schaltsymbole der Betriebsmittel in der allpoligen Darstellung (natürlich im ausgeschalteten Zustand) mit den entsprechenden Betriebsmittelgehäusen. Zuletzt vervollständigt man die Schaltung indem die Betriebsmittel so miteinander verbunden werden, dass sich die korrekte Schaltungsfunktion ergibt. Die Schaltung muss im stromlosen Zustand gezeichnet werden, sodass der Verbraucher ausgeschaltet ist.

Viele Schaltungen der klassischen Gebäudeinstallation lassen sich in der zusammenhängenden Darstellung deutlich einfacher als „Aufputz-Installation“ mit Abzweigdosen zeichnen.

Stromlaufpläne Umzeichnen

Häufig kann bei gegebenem Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung ein Umzeichnen in die aufgelöste Darstellung nötig sein, um die Funktionszusammenhänge einer Schaltung richtig verstehen zu können. Dazu empfiehlt es sich, den Weg des Stroms vom Außenleiter beginnend über alle schaltenden Elemente und den Verbraucher bis zum Neutralleiter nachzuvollziehen. Dabei zeichnet man untereinander der Reihe nach alle schaltenden Elemente bis zum Verbraucher und markiert sich in der zusammenhängenden Darstellung die übertragenen Verbindungen. Anschließend ergänzt man alle Abzweigungen zu parallelen „Strompfaden“. So werden nur noch die Schaltungsteile abgebildet, die für das Verständnis der Funktion von Bedeutung sind.

Im nachfolgenden Video zeige ich dir nochmal Schritt für Schritt, wie du einen Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung anfertigen kannst:

Nachdem du jetzt einige Schaltpläne der Installationstechnik kennengelernt hast, sollten wir uns nun mit den grundlegenden Installationsschaltungen für das Schalten von Lampen und Steckdosen befassen. Dazu gehören die Serienschaltung, die Wechselschaltung, die Sparwechselschaltung, die Kreuzschaltung und die Stromstoßschaltung.

Der Beitrag Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Im Übersichtsschaltplan (häufig nur als „Übersichtsplan“ bezeichnet) sind die Betriebsmittel und die benötigten Leitungen dargestellt. Vielfach wird der Übersichtsschaltplan mit dem Installationsplan kombiniert, diesen bezeichnet man dann als Installationsschaltplan.

Zur Anfertigung eines Übersichtsschaltplans benötigt man zwei Informationen:

1. Die Anordnung der Betriebsmittel im zu installierenden Raum, welche am einfachsten aus dem Installationsplan übernommen werden kann.
2. Die Anzahl der benötigten Leitungsadern zur fachgerechten Installation der Schaltung.

Vom Installationsplan zum Übersichtsplan

Um einen Übersichtsplan in 2D für einen dreidimensionalen Raum anzufertigen geht man am einfachsten so vor, dass man sich den zu installierenden Raum auseinandergeklappt vorstellt. Dann positioniert man die Schaltsymbole der Betriebsmittel in der einpoligen Darstellung genau so, wie man im sie aufgeklappten Raum vorfinden würde. Dabei wird versucht alle Steckdosen, Schalter Abzweigdosen und Lampen, die sich in der gleichen waagerechten Installationszone befinden auch im Plan auf eine gemeinsame Höhe zu zeichnen.

Die Leitungskennzeichnung

Die Betriebsmittel werden anschließend über Leitungen mit einander verbunden. Jede Leitung wird durch einen einfachen Verbindungsstrich dargestellt. Im letzten Schritt erfolgt die Kennzeichnung der benötigen Adern zur Herstellung der fachgerechten Schaltungsfunktion. Jede potenziell stromführende Ader kennzeichnet man durch einen einfachen Querstrich. Ein einfacher Ausschalter beispielsweise hat zwei Anschlüsse, einen für die Zu- und einen für die Rückleitung. Demnach benötigt seine Anschlussleitung auch zwei potenziell stromführende Adern. Diese können entweder durch zwei parallele Querstriche oder durch einen Querstrich mit der entsprechenden Zahl (in diesem Fall „Zwei“) gekennzeichnet werden. Die Kennzeichnung des Neutral- und Schutzleiters erfolgt immer separat. In unserem Beispiel des Ausschalters müsste die Anschlussleitung auch einen Schutzleiter enthalten, welcher dann extra gekennzeichnet wird.

In dem nachfolgenden Video zeige ich dir nochmal Schritt für Schritt, wie du am einfachsten einen Übersichtsschaltplan erstellen kannst.

Um abschließend die richtige Anzahl der benötigten Adern zu ermitteln, schau dir im nächsten Beitrag an, wie man den zughörigen Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung erstellt.

Der Beitrag Der Übersichtsschaltplan erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Der „Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung“ dient der möglichst einfachen und übersichtlichen Darstellung der Wirkungsweise einer elektrischen Schaltung.

Wie das Wort „Stromlaufplan“ bereits andeutet, kann man mit Hilfe dieses Plans den Weg des elektrischen Stroms von der Spannungsquelle (meistens einer der drei Außenleiter) über verschiedene schaltende Elemente (Schalter, Schütze, elektronische Schalter etc.) zum Verbraucher (Lampe, Heizelemente etc.) und schließlich (über den Neutralleiter) zurück zur Spannungsquelle verfolgen.

Struktur des aufgelösten Stromlaufplans

Häufig stellt man Stromlaufpläne in aufgelöster Darstellung von oben nach unten und von links nach rechts dar. Das heißt, der Außenleiter wird oben und der Neutralleiter unten angeordnet. Dazwischen befinden sich dann untereinander der Reihe nach alle schaltenden Bauelemente und zuletzt der Verbraucher, der zugleich an den Neutralleiter angeschlossen wird. Weitere Verbraucher werden einfach in parallelen sogenannten „Strompfaden“ dargestellt. Zur vereinfachten Orientierung sind diese Strompfade von links nach rechts durchnummeriert.

Die wirkliche Lage der einzelnen Betriebsmittel spielt im Gegensatz zum Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung in der aufgelösten Darstellung keine Rolle. Beim Lesen des Stromlaufplans wird dann der Verbraucher vom Außenleiter (oben) über die schaltenden Bauelemente an den Neutralleiter (unten) geschaltet. Dabei werden die verschiedenen schaltenden Elemente meistens im ungeschalteten Zustand dargestellt und die Schaltung immer im stromlosen Zustand gezeichnet. Das bedeutet, der Stromkreis ist nicht geschlossen und der Verbraucher ist ausgeschaltet.

Darstellung der Schaltsymbole

Die Ausführung der Betriebsmittel erfolgt in der „allpoligen Darstellung“, in der alle für die Schaltungsfunktion notwendigen Kontakte und Anschlüsse eines Betriebsmittels dargestellt werden. Dabei müssen die Kontakte eines Betriebsmittels keineswegs nebeneinander gezeichnet sein, es muss jedoch durch die Kontaktbezeichnung eine eindeutige Zuordnung erkennbar sein.

Möchte man bspw. die Funktion einer Wechselschaltung mit drei Lampen in der aufgelösten Darstellung beschreiben, dann zeichnet man von oben nach unten zunächst den Außenleiter, anschließend die zwei Wechselschalter, die des folgen die drei parallel geschalteten Lampen und zuletzt den Neutralleiter. Die Kontakte der Wechselschalter sind dabei so miteinander verbunden, dass der Außenleiter nicht bis zur Lampe durchgeschaltet wird. Die Lampen sind im Schaltplan also ausgeschaltet.

Im nachfolgenden Video zeige ich nochmal Schritt für Schritt, wie du einen Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung anfertigen kannst.

Nach dem du jetzt weißt, wie man eine Schaltungsfunktion besonders einfach darstellen kann, geht es im Übersichtsschaltplan um das Zusammenwirken aus den elektrischen Betriebsmitteln und den verlegten Leitungen.

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In der Installationstechnik gibt es eine Reihe von Plänen, aus denen die genaue Ausführung der elektrischen Installation hervorgeht.

Im Installationsplan werden zunächst die Kundenvorgaben oder die Ideen des Anlagenplaners in den Gebäudegrundriss eingetragen. Nicht für jede elektrische Anlage wird auch ein Installationsplan angefertigt. Bei einem „einfachen“ Einfamilienhaus kommt es in der Praxis auch häufig vor, dass der „Installationsplan“ mit einem Bleistift direkt auf die Rohbetonwand gezeichnet wird.

Schaltsymbole im Installationsplan

Im Installationsplan werden ausschließlich die Schaltsymbole der elektrischen Betriebsmittel in der sogenannten „einpoligen Darstellung“ in den Gebäudegrundriss eingetragen. Die Darstellung erfolgt in der „Draufsicht“ also von oben. Hieraus folgt, dass bei mehrgeschössigen Gebäuden für jedes Stockwerk ein Installationsplan erstellt werden muss. Die Verbindungspunkte zwischen den Stockwerken werden als „Steigepunkte“ in den Installationsplan eingetragen.

Damit die Schaltsymbole in allen Installationsplänen einheitlich verwendet werden, ist ihre Darstellung auf europäischer Ebene genormt. Häufig verwendete Schaltsymbole, wie Schalter, Lampen und Steckdosen, finden sich in jedem Tabellenbuch der Elektrotechnik. Neben den eben genannten Schaltsymbolen der elektrischen Installationstechnik gibt es für zahlreiche Betriebsmittel, wie bspw. Waschmaschinen, Mikrowellen und Elektroherden, gesonderte Schaltsymbole. So kann z.B. bereits im Installationsplan festgehalten werden, dass eine Steckdose für den Anschluss eines bestimmten Betriebsmittels vorgesehen ist. Aus dieser Kennzeichnung ergibt sich dann eventuell die Forderung nach einem gesonderten Stromkreis (Elektroherd) oder einer abweichenden Montagehöhe (Dunstabzugshaube).

Montagehöhen und Betriebsmittelbezeichnung

Da in der Draufsicht natürlich keine Installationshöhen abzulesen sind, gibt es fest vorgegebene Installationszonen für Steckdosen und Schalter. Hiervon abweichende Montagehöhen müssen im Installationsplan gekennzeichnet werden.

Alle im Installationsplan eingetragenen Betriebsmittel erhalten eine eigene Bezeichnung. Zur Bezeichnung gehören mindestens der Kennbuchstabe des Betriebsmittels (bspw. E für Lampen, X für Steck- und Abzweigdosen und Q für Schalter) und eine Ziffer, die das Betriebsmittel eindeutig zuordnet (bspw. E1 und E2 für zwei Lampen).

Die Bezeichnung kann zur besseren Übersicht noch weitere Ziffern enthalten, die dem jeweiligen Betriebsmittel noch einen Zähler, einer RCD oder einen Stromkreis zuordnet.

In dem nachfolgenden Video zeige ich noch mal Schritt für Schritt wie du einen Installationsplan anfertigen kannst.

Nach dem du jetzt weißt, wie man die Positionierung der Betriebsmittel dokumentiert, geht es im Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung um die möglichst einfache und übersichtliche Darstellung der Schaltungsfunktion.

Der Beitrag Der Installationsplan erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

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09.05.2019

Kündigung der Amazon-Kreditkarte

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hiermit kündige ich meine Kreditkarte sofort, sofern nicht möglich, zum nächstmöglichen Zeitpunkt.

Bitte senden Sie mir eine schriftliche Kündigungsbestätigung unter Angabe des Beendigungszeitpunktes zu. Bitte sehen Sie davon ab, eine Rückwerbung durch Kontaktaufnahme Ihrerseits durchzuführen.

Mit freundlichen Grüßen

Unterschrift

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Der Beitrag 40 Euro Startguthaben mit der kostenlosen Amazon VISA-Karte erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Zudem lassen sich mit einer Simulationssoftware die äußeren Rahmenbedingungen, wie Bauteiltoleranzen, Temperatureinflüsse, … ideal z.B. mit der Monte-Carlo-Analyse analysieren um nicht später beim Einsatz der Hardware zu merken, dass die entwickelte Schaltung nur unter Idealbedingungen funktioniert.

Leider sind professionelle Schaltungssimulatoren sehr teuer und für den privaten Gebrauch nicht erschwinglich. Einige Hersteller bieten jedoch kostenlose Studentenversionen für den Unterricht an.
Hier findest Du z.B. die Version von PSpice, einem professionellen SPICE-Schaltungssimulator, der für Studenten kostenlos ist.

In diesem Artikel geht es jedoch um ein anderes Tool. Dem Schaltungssimulator Micro-Cap, der normalerweise knapp 5000 Euro kostet, zur Zeit jedoch kostenlos angeboten wird – völlig legal.

Micro-Cap, der kostenlose professionelle Schaltungssimulator

Zur Zeit ist Micro-Cap wohl der beste kostenlose Schaltungssimulator auf dem Markt.

Einige Features sind:
• Ein Integrierter Schaltungseditor und Simulator
• Dynamischc Analyse während der Schaltungsbearbeitung
• Digitaler Simulator
• Worst Case Analysis
• Smoke Analyse
• Integrierte Designfunktionen für aktive und passive Filter
• Device library mit über 33,000 Bauteilen
• Problemloses Hinzufügen weiterer Bauteile
• Darstellung der Ergebnisse während des Simulationvorgangs
• Smith Diagramme und Ortskurven
• Multidimensionale Parameteränderung
• Monte Carlo Analyse
• 3D Diagramme
• usw. …

Ich höre hier mal mit den Features auf.

Es handelt sich bei Micro-Cap eine hochprofessionelle Software, die mehr kann als die meisten benötigen.

Vorstellungsvideo zu Micro-Cap

Ich bin durch ein Video vom Youtuber ElektronikLabor auf dieses Angebot aufmerksam geworden, dass ich hier gerne direkt in diesem Artikel vorstelle.

In dem Video wird auch klar, warum es diese professionelle Simulationssoftware zur Zeit kostenlos gibt. Denn es drängst sich ja schon die Frage auf, warum eine Software, die sonst für 5000 Euro verkauft wird von Hersteller nun verschenkt wird.

Download des Schaltungssimulators und der Handbücher

Unter folgendem Link kannst Du die Software Micro-Cap Version 12 und die Handbücher herunterladen.

Fazit

Bei Micro-Cap handelt es sich um einen professionellen Schaltungssimulator, der vom Hersteller aktuell kostenlos in der Vollversion zum Download angeboten wird.

Ich wünsche Dir viel Spaß bei der Arbeit mit dem Schaltungssimulator.

Der Beitrag Micro-Cap Professioneller Schaltungssimulator kostenlos erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Der Beitrag Eine 3V Tesla-Spule erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

TTL ist eine Schaltungstechnik (Logikfamilie) für logische Schaltungen (Gatter), bei der als aktives Bauelement der Schaltung planare npn-Bipolartransistoren verwendet werden.

Standard-TTL-Schaltkreise sind für einen Betrieb an einer Versorgungsspannung von 5 V ausgelegt.

Auch wenn die die TTL-Technik relativ robust ist und der Betrieb meist auch bei Spannungen unter 5V funktioniert. Bei zu kleinen Spannungen sind TTL-Spannungen jedoch nicht mehr voll belastbar.

Man sollte daher Schaltungen, die auf TTL basieren mit einer relative stabilen Spannungsversorgung ausrüsten, beispielsweise mit dem Baustein 7805.

Eine hohe Spannung ist als High-Pegel (in positiver Logik eine logische 1) definiert, eine niedrige Spannung wird als Low-Pegel bezeichnet (in positiver Logik eine logische 0).

Logische Bausteine in TTL-Technik haben gegenüber CMOS-Bausteinen den Vorteil, dass sie unempfindlicher gegenüber elektrostatischen Entladungen sind. Der Nachteil liegt wegen der stromgesteuerten Transistoren in einer im Vergleich zu CMOS deutlich höheren Leistungsaufnahme (Stromverbrauch) bei statischem Betrieb.

Inverter 7404 und 7405

In der Liste der TTL findet man nun die Bausteine 7404 und 7405, die beide einen Inverter darstellen, also aus einem High-Potential ein Low-Potential machen sollen und umgekehrt.

Der Unterschied der beiden Bausteine liegt nun darin, dass der Baustein 7404 die Ausgangssignale eigenständig treibt.

Das heißt, der Baustein gibt sowohl eine hohe Spannung bei einer logischen 1 aus, als auch eine niedrige Spannung bei einer logischen 0.

Der Baustein 7405 hingegen hat einen Open-Collector-Ausgang. Das bedeutet, dass dieser Baustein zusätzlich von außen beschaltet werden muss, um die Funktionalität bereitzustellen.

Während eine logische 0 zu einer niedrigen Spannung am Ausgang führt – der Ausgangstransistor des Bausteins 7405 schaltet durch und zieht das Ausgangssignal so gegen Masse – führt eine logische 1 zu einem hochohmigen Zustand.

Der Ausgangstransistor des 7805 sperrt und der Ausgangs-Pin liegt quasi in der Luft.

Das gewünschte Potential muss also mit einer äußeren Beschaltung realisiert werden.

In diesem Artikel gibt es mehr Information zum Open-Collector-Ausgang.
Im untenstehenden Video zeige ich den Unterschied der Baustein mit Hilfe des Simulationsprogramms PSpice.

Das Video zum Unterschied 7404 vs 7405

Der Beitrag Unterschied Inverter 7404 und 7405 erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Durch die Fouriertransformation lassen sich Signale von der zeitabhängigen Darstellung, also die Darstellung des Signalwertes in Abhängigkeit von der Zeit in die frequenzabhängige Darstellung des Signals darstellen.

Bei der frequenzabhängigen Darstellung, man nennt das auch die Darstellung im Bildbereich, wird das ursprüngliche periodische Signal in seine Grundschwingung und Oberschwingungen zerlegt.

Nach Fourier besteht ein periodisches Signal nämlich aus einer sinusförmigen Grundschwingung und weiteren Oberschwingungen.
Die Frequenz der Oberschwingungen betragen ein ganzzahliges Vielfaches der Grundschwingung.

Die Entwicklung von Übertragungsgliedern zur Signalverarbeitung lassen sich im Frequenzbereich leichter durchführen.

Ein Bespiel ist die Arbeit mit Bode-Diagrammen.

Siehe dazu auch mein Intensivkurs zu Bode-Diagrammen auf der ET-Akademie.

In der Elektrotechnik wird häufig der Algorithmus Fast Fourier Transformation zur Berechnung des Frequenzbereiches verwendet.

Moderne Simulationsprogramme, wie beispielsweise PSpice, unterstützen die FFT softwarebasiert, so dass man nicht lange Rechnen muss, sondern sich per Knopfdruck die Frequenzanteile eines Signals anzeigen lassen kann.
In dem heutigen Video zeige ich, wie man sich die Fast Fourier Transformierte eines Rechteck-Signals in PSpice anzeigen lassen kann.
Hierzu baue ich in PSpice zunächst eine Spannungsquelle mit einer periodischen Rechteckspannung auf.

Anschließend lasse ich mir diese Rechteckspannung mit Hilfe einer Transientenanalyse im Zeitbereich anzeige.

Und zu guter Letzt lasse ich per Knopfdruck eine Fast Fourier Transformation dieses Rechtecksignals durchführen und erhalte so das Rechtecksignal im Frequenzbereich.

Hier sieht man seht schön, dass so ein Rechtecksignal aus verschiedenen Frequenzanteilen besteht.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entstanden.

Das Video zur Fast Fourier Transformation in PSpice

Der Beitrag Fast Fourier Transformation (FFT) erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Anders als in der Theorie, in der eine Spannungsquelle beispielsweise eine konstante Spannung von 12 V liefert, oder ein Widerstand einen konstanten Widerstandswert von 10kOhm hat, hat man in der Praxis mit Größen zu tun, die eben nicht konstant sind, sondern innerhalb eines Toleranzbereiches liegen.

Bei Widerständen beispielsweise kann man diesen nominalen Toleranzbereich an der gegebenen E-Reihe erkennen.

Weitere Gründe für die Abweichung bei Widerständen sind neben der Fertigungsvarianz auch Temperaturschwankungen und andere äußere Einflüsse während des Betriebes.
Weil eine entwickelte Schaltung aber nicht nur auf dem Zettel, in der Simulation oder unter Laborbedingungen funktionieren soll, müssen diese möglichen Abweichungen von den Normgrößen der einzelnen Bauteile mitberücksichtigt werden und in das Design einer Schaltung einfließen.

Eine Möglichkeit die Auswirkungen der Toleranzen der einzelnen Bauteile zu untersuchen ist die sogenannte Monte-Carlo-Simulation.

Die Monte-Carlo-Simulation

Der Name Monte-Carlo ist von der gleichnamigen Spielbank in Monaco bekannt.
Wie der Fall der Kugel auf Schwarz oder Rot, gerade oder ungerade, … zufallsverteilt ist, so ist auch der Wert eines Bauteils innerhalb der Toleranz von Zufall abhängig.
In der Elektrotechnik wird also genau so gezockt wie im Spielcasino

Was ist Monte Carlo-Simulation?

Die Monte Carlo-Simulation ist eine computergestützte, mathematische Technik, mit der man das Risiko in quantitativer Analyse und Entscheidungsfindung abschätzen kann.

Durch die Monte Carlo-Simulation kann der Schaltungsentwickler in der Elektrotechnik beispielsweise erkennen erkennen, ob eine Schaltung auch in den extrem ungünstigen Fällen funktioniert.
Ein Widerstand ist sehr ungünstig extrem groß, während ein anderer Widerstand extrem klein ist und ein Transistor einen extrem niedrigen Verstärkungsfaktor hat.

Wie das Zusammenspiel dieser extrem ungünstigen Bedingen sein muss, dass es zu einem besonders schlechten Ergebnis führt muss nicht bekannt sein.
Bei der Monte-Carlo-Methode wird einfach alles „durchprobiert“.

In dem folgenden Video zeige ich einmal die Anwendung der Monte Carlo-Methode an einem sehr einfachen Beispiel.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entstanden.

Das Video zur Monte Carlo Methode

Der Beitrag Monte-Carlo Methode in der Elektrotechnik erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Ein Digital-Analog-Wandler wandelt, wie der Name schon sagt, einen digitalen Wert in eine analoge Spannung um.

In mp3-Dateien sind beispielsweise Musikdaten digital gespeichert. Um diese Musik jedoch auf einem Lautsprecher ausgeben zu können müssen diese Daten digital/analog gewandelt und anschließend verstärkt werden.

Bei einem 4-Bit DAC (Digital-Analog-Converter) soll beispielsweise die umgewandelte Zahl als Wert in Volt ausgegeben werden.

Ein Beispiel:

Ein Eingangswert von 0101 (das entspricht eine fünf) soll also als Ausgangsspannung 5 V ausgegeben werden.
Um das Prinzip zu zeigen wird im Video ein Operationsverstärker als Spannungsaddierer verwendet.

Durch die Wahl geeigneter Widerstände werden die einzelnen Bits zu gewichtet, dass das LSB (Least Significant Bit), also das niederwertigste Bit zu einer Ausgangsspannung von 1 V führt.
Das nächste Bit zu einer Ausgangsspannung von 2V, das dritte zu einer Ausgangsspannung von 4 V und das höchtswertigste Bit eben zu einer Ausgangsspannung von 8 V führt.
Im oberen Beispiel 0101 ist also das niederwertigste Bit und das dritte Bit gesetzt.
Das führt zu einer Ausgangsspannung von 1V + 4V = 5V.

Da im Video eine invertierende Addierschaltung verwendet wird, sind alle Ausgangsspannungen negativ.
Statt 5V also -5V.

Durch das Verbinden einzelner Bits mit einer Eingangsspannung können in dieser Schaltung die jeweiligen Bits gesetzt, bzw. durch das Verbinden mit dem Massepotential zurückgesetzt werden.
Auch wenn diese Schaltung die Funktionsweise eines Digital Analog Wandlers sehr vereinfacht darstellt, macht sie hoffentlich das Prinzip einer solchen Schaltung, bzw. eines Digital-Analog-Wandlerbausteins deutlich.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entstanden.

Weitere ähnliche, aber auch kompliziertere Schaltungsbeispiele findest Du hier auf ET-Tutorials.de.
Schau Dich einfach mal auf dieser Seite um.

Das Video zum einfachen Digital-Analog-Wandler

Der Beitrag Ein einfacher Digital-Analog Wandler erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Im Schaltbild erkennt man einen N-Kanal JFET an der Richtung des Pfeils zwischen Gateanschluss und Kanal. In diesem Fall, also bei einem N-Kanal, zeigt der Pfeil in Richtung des Kanals.

Mit solch einem N-Kanal JFETs soll also ein Verstärker aufgebaut werden.

Hierzu wird im Video eine Source-Schaltung aufgebaut. Eine Source-Schaltung besteht im Prinzip aus einem Spannungsteiler aus dem Feldeffekt-Transistor und einem Lastwiderstand der an den Drain-Anschluss angeschlossen wird.

Zur Arbeitspunkteinstellung wird am Sourceanschluss ein zweiter Widerstand hinzufügt, der zudem als Gegenkopplungswiderstand stabilisierend wirkt.

Hierdurch steigt das Sourcepotential des Transistors, so dass ein auf Masse gelegtes Gatepotential bereits die negative Gate-Source-Spannung erzeugt.

Eine Analyse der Schaltung zeigt hier bereits, dass sich ein sinnvoller Arbeitspunkt einstellt.

Das Spannungssignal wird anschließend über einen RC-Hochpass eingekoppelt.

Um am Ausgang der Schaltung nur die gewünschte Ausgangswechselspannung zu erhalten, wird vor dem Lastwiderstand ein Kondensator eingebaut, der den Gleichspannungsanteil der Ausgangsspannung herausnimmt.

Um die Gegenkopplung des Sourcewiderstandes nur für den Arbeitspunkt, nicht aber für die Signalspannung, wirken zu lassen, wird parallel zum Sourcewiderstand ein Kondensator eingebaut, der diesen Sourcewiderstand wechselspannungsseitig kurzschließt.

In der Simulation wird nun mit Hilfe einer Transistenanalyse die Eingangsspannung und Ausgangsspannung dargestellt.

Man erkennt, dass eine Eingangsspannung mit einer Amplitude von 10mV verstärkt wird und eine Ausgangsspannung mit einer Amplitude von 45 gemessen wird.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entstanden.

Das Video zum N-Kanal JFET als Verstärker

In diesem Video wird mit Hilfe eines N-Kanal JFET Transistors ein Verstärker in PSpice aufgebaut und simuliert.

Der Beitrag N-Kanal JFET als Verstärker erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Von einer aktiven Schaltung spricht man, wenn aktive Komponenten, also beispielsweise Operationsverstärker oder Transistoren Teil der Schaltung sind.

In der vorliegenden Schaltung wird ein Operationsverstärker verwendet.

Sinn eines Bandpasses ist es, bestimmte Frequenzen aus einem Ursprungssignal am Ausgang der Schaltung auszugeben, während niedrige Frequenzen und Frequenzen oberhalb des gewünschten Spektrums geschwächt werden.

Die vorliegende Schaltung mit einem Operationsverstärker realisiert den Bandpass folgendermaßen:

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird über einen Spannungsteiler auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt. Wir sehen hier also eine Gegenkoppliung, mit der der Verstärkungsfaktor der Schaltung über das Widerstandsverhältnis eingestellt werden kann.

Dieser Teil funktioniert also prinzipiell wie ein rückgekoppelter Operationsverstärker, als nicht-invertierender Vertärker. Unter dem Link findet man weitere Videos zur nicht-invertierenden Operationsverstärkerschaltung.

Hier wird auch erklärt, wie der Verstärkungsfaktor über das Widerstandsverhältnis eingestellt werden kann.

Interessanter ist der Mittkopplungszweig.

Im Mitkopplungszweig sehen wir in der Schaltung eine Mitkopplung über einen RC-Hochpass.

In der Kombination mit dem RC-Tiefpass über den das Eingangssignal eingekoppelt wird erhalten wir einen Bandpass, der nur die gewünschten mittleren Frequenzen an den Ausgang der Schaltung durchlässt.

Informationsvideos zu den Themen Hochpass und Tiefpass findet man in den Rubriken Wechselstrom bzw. komplexe Zahlen.

Im Video wird der Bandpass für verschiedene Frequenzen im AC-Sweep simuliert und die Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Eingangsfrequenz gezeigt.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entanden.

Das Video zum aktiven Bandpasses mit einfacher Mitkopplung

Der Beitrag Aktiver Bandpasses mit einfacher Mitkopplung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Hierzu wird das Verhalten des Transistors mit Hilfe der Simulationssoftware PSpice untersucht.

Der P-Kanal JFET gehört zu den selbstleitenden Transistoren, das heißt der Transistor leitet im „Grundzustand“, also ohne Eingangssignal. Beim Anlegen einer Eingangsspannung wird der Kanal abgeschnürt und der Transistor geht vom leitenden in den sperrenden Zustand über.

Einen P-Kanal JFET erkennt man am Schaltbild daran, dass der Pfeil des Transistors vom Kanal weg zeigt (im Gegensatz zum N-Kanal, bei der der Pfeil zum Kanal zeigt).

Einen selbstleitenden Transistor erkennt man im Schaltbild daran, dass der Kanal durchgezeigt wird (im Gegensatz zu selbstsperrenden Transistoren, bei denen der Kanal als unterbrochene Linie gezeichnet wird).

Mit einer Simulationssoftware wie PSpice kann man das Verhaltenen eines solchen Transistors sehr gut mit dem sogenannten DC-Sweep simulieren.

Bei einem DC-Sweep können die Eingangssignale automatisch verändert werden, so dass das Verhalten der Schaltung in einem Schritt analysiert werden kann, ohne dass man für jede Eingangsspannung eine eigene Simulation durchführen muss.

In dem Video wird hierzu das Eingangssignal, die Gatespannung, von 0 V bis 2V mit einem Inkrement von 0,01 V verändert, so dass in einer Simulation 200 Einzelsimulationen vorgenommen werden.

Im Ergebnis der Simulation sieht man sehr schön, dass bei einer Gatespannung von 0V ein Strom von 7mA fließt.

Ab ca. 1,3V ist der P-Kanal des Transistors abgeschnürt und der Transistor sperrt.

Eine Untersucht der Eingangsstroms, also des Gatestroms zeigt, dass der Eingangsstrom der Schaltung im pA-Bereich liegt. Die Schaltung nimmt also kaum Strom auf und belastet somit vorgeschaltete Schaltungsteile kaum.

Der Transistor wird also leistungslos gesteuert.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entanden.

Das Video zum P Kanal JFETs als Schalter

Der Beitrag P Kanal JFETs als Schalter erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Ein Oszillator besteht in den meisten Fällen aus einem Schwingkreis. Und weil die Schwingungen eines fremderregt Schwingkreises nach einigen Schwingungen wegen der ohmschen Verluste normalerweise zum Erliegen kommen wird noch ein zusätzlicher Verstärker benötigt.

Dieser Verstärker hält das Schwingungssignal aufrecht.

Hierzu muss das Signal des Schwingkreises auf den Eingang des Oszillators rückgekoppelt werden.

Bei einem Hartley Oszillator besteht der der Schwingkreis aus einer Spule mit Mittelabgriff und einem Kondensator. Das Signal wird über einen Transistor in Emitterschaltung geführt, der über einen Basisspannungsteiler in einen geeigneten Arbeitspunkt gebracht wird. Das Basispotential des Transistors wird also ca. 0,7 V höher als das Emitterpotential eingestellt, so dass der Transistor in den gerade leitenden Zustand gebracht wird.

Zur Rückkopplung wird nun das Signal des Schwingkreises auf die Basis des Transistors geführt, so dass bei positiver Spannung der Transistor noch besser leitet und bei negativer Signalspannung eben diese Spannung vom Arbeitspunkt abgezogen wird und der Transistor schlechter leitet.

So sorgt der Transistorverstärker dafür, dass die sich ergebene Schwingung des Schwingkreises nicht zum Erliegen kommt.

Da nur der Wechselanteil der Schwingung zurückgeführt werden soll, wird der Gleichspannungsanteil des Signals über einen Koppelkondensator herausgefiltert.

Der Hartley Oszilator ist somit schon funktionsfähig.

Damit die Ausgangsspannung ebenfalls eine reine Wechselspannung ist, wird auch hier der Gleichspanungsanteil über einen Koppelkondensator abgekoppelt.

In der Simulation sieht man die sich ergebene Sinusspannung am Ausgang mit einer Amplitude von ca. 2 V.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entanden.

Das Video zum Hartley Oszillator in Emitterschaltung

Der Beitrag Hartley Oszillator in Emitterschaltung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Falls Du das Video zur ungesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung noch nicht gesehen hast, empfehle ich Dir dieses Video zuerst anzuschauen.

Durch die Thyristoren hat man die Möglichkeit den Zündwinkel wie gewünscht einzustellen. Die Ausgangsspannung ergibt sich so nicht mehr direkt aus der Differenz der Eingangspotenziale, sondern wird zusätzlich durch den Zündwinkel bestimmt.

Im unten angegebenen Video ist die B6C-Gleichrichterschaltung aufgebaut. Der Zündwinkel für die Thyristoren kann über einen Parameter eingestellt werden.

Bei einem Zündwinkel von 0° verhält sich die gesteuerte Brücken Gleichrichterschaltung B6 C wie die ungesteuerte sechs Pulsbrückenschaltung B6U.

Die Ausgangsspannung ist also identisch mit der Ausgangsspannung aus dem vorherigen Video für die ungesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung.

Ändert man den Zündwinkel, so erkennt man dass die Thyristoren später zünden, d.h. später die Eingangsspannung durchschalten. Der Verlauf der Ausgangsspannung ändert sich.

In der Simulation Software PSpice kann auch der Mittelwert der Ausgangsspannung angezeigt werden. In dem Video wird hierzu ein Parametric-Sweep durchgeführt und die Mittelwerte der Ausgangsspannungen für verschiedene Zündwinkel angezeigt.

Man erkennt dass sich die Ausgangsspannungen für die unterschiedlichen Zündwinkel ändern und die Ausgangsspannung bei einem Zündwinkelwinkel von 90° gleich 0 V beträgt.
Bei größeren Zündwinkeln ist die Ausgangsspannung sogar negativ wie man am Simulationsergebnis erkennen kann.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entanden.

Das Video zur gesteuerten Sechspuls Brückenschaltung B6C

In diesem Video sieht man seht gut die Auswirkungen der unterschiedlichen Zündwinkel auf die Ausgangsspannung.

Der Beitrag Die gesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung (B6C) erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Da ein Drehspannungssystem aus drei Außenleiterspannungen besteht, besteht ein Sechspuls-Brückenschaltung besteht aus sechs Dioden.

Drei dieser Dioden werden für die positiven Potentiale der Außenleiterspannungen verwendet und drei für die negativen Potentiale.

An dem an die Sechspuls-Brückenschaltung angeschlossenen Lastwiderstand liegt so an der einen Seite immer das „positivste“ Potential an, an der anderen Seite das „negativste“.
Aus dem Drehstromsystem, das aus drei um jeweils 120° phasenverschobenen Spannungsquellen mit einer Amplitude aus 325V (230 V effektiv) und einer Frequenz von 50 Hz besteht, entsteht so pro Periode eine wellige Gleichspannung mit sechs Pulsen.

Daher der Name der Schaltung – im Video unten ist der Verlauf der Ausgangsspannung mit den sechs Pulsen sehr gut zu sehen.
Dadurch, dass an dem Lastwiderstand immer die größte Potentialdifferenz der Außenleiterspannungen abfällt liegt die sich ergebene Gleichspannung ober halb der 325 V der Amplitude einer Eingangsspannungen.

Graphisch kann man diese Ausgangsspannung ermitteln, in dem man die Differenz zwischen höchsten Potential und niedrigstem Potential für jeden Zeitpunkt misst und in einem entsprechenden U(t)-Diagramm aufzeichnet.

In der Simulation geht das natürlich einfacher.

Neben dieser ungesteuerten Sechspuls-Brückenschaltung B6U gibt es noch die gesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung B6C (C=Controlled) bei der schaltbare Thyristoren verwendet werden.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entanden.

Das Video zur Sechspuls-Brückenschaltung

Nun aber zum Video. Im Simulationsergebnis sieht man sehr schön die Ausgangsspannung der Sechspuls Brückenschaltung als Differenz der höchsten und niedrigsten Potentiale der Eingangsspannungen.

Im nächsten Video wird die gesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung B6C beschrieben.

Der Beitrag Die ungesteuerte Sechspuls-Brückenschaltung (B6U) erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Im Gegensatz zu den bipolaren Transistoren werden unipolarer Transistoren (Feldeffekttransistoren) nicht strom- sondern spannungsgesteuert, d.h. der Zustand ob leitend oder nicht leitend hängt von der Eingangsspannung und nicht von dem Eingangsstrom ab

Der vorliegende N-kanal JFET ist selbstleitend, d.h. ohne Eingangsspannung leitet der Transistor und erst beim Anlegen einer negativen Eingangsspannung wird der leitende Kanal abgeschnürt, so dass der Transistor immer schlechter leitet und ab einer bestimmten negativen Eingangsspannung komplett sperrt.

Die Testschaltung in dem Video ist relativ einfach aufgebaut.

Wir nehmen den N-Kanal JFET mit einem Lastwiderstand und einer Versorgungsspannung von 12 V und schließen am Gate eine Eingangsspannung an.

Diese Eingangsspannung wird der DC-Sweep-Simulation geändert, so dass wir im Simulationsergebnis den Ausgangsstrom in Abhängigkeit der Eingangsspannung erkennen können.

Man erkennt, dass bei einer Gatepannung von 0 V der Transistor leitet und ein Strom von ca. achteinhalb Milliampere fließt.

Bei einer negativen Geld Spannung wird der Kanal abgeschnürt und bei einer Gatepannung von -2,25 V leitet der Transistor nicht mehr.

Der JFET ist spannungsgesteuert

Lässt man sich in der Simulation den Eingangsstrom, also den Gatestrom anzeigen,, dann sieht man, dass der Eingangsstrom eines Feldeffekt-Transistors nahezu 0 ist..

Das heißt, es fließt (eingangsseitig) kaum Strom in diesem Transistor und entsprechend kann ich hier so einen Transistor leistungslos steuern.

Vorhergehende Schaltungen werden also kaum belastet.

Die Simulation habe ich mit der Software PSpice von Cadence simuliert, die in Europa von der Firma Flowcad vertrieben und supported wird. In Zusammenhang mit der Firma Flowcad ist auch dieses Video entanden.

Das Video zum N-Kanal JFET als Schalter

Der Beitrag N-Kanal JFET als Schalter erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Ein unter Schülern und Studenten weit verbreiterter und beliebter Taschenrechener ist das Modell Casio FX-991DE Plus*.

Durch die einfache Bedienung wird der Taschenrechner häufig schon ab Klasse 7 in den Schulen eingesetzt und ist in vielen Fällen das Standardmodell bis in die Oberstufe.

Für uns Elektrotechniker sind neben den Standardfunktionen zwei weitere Funktionen sehr interessant, die für den Elektrotechnikunterricht an Schulen und Hochschulen sehr hilfreich sind.

Berechnung von Gleichungssystemen

Mit Hilfe der in den Grundlagenvorlesungen behandelten Kirchhoffschen Gleichungen lassen sich für lineare Netze mit mehreren Spannungsquellen Gleichungssysteme aufstellen, die sich anschließend mit mathematischen Verfahren, wie beispielsweise dem Gauss-Verfahren berechnen lassen.

Einfacher geht es jedoch mit dem Taschenrechner.

Der Taschenrechner Casio FX-991DE Plus* ermöglicht das Berechnen linearer Gleichungen (bis 3. Ordnung). Hierzu gibt man einfach das Gleichungssystem ein und erhält auf Knopfdruck die gesuchten Werte der Variablen.

In diesem Video wird das Verfahren am Beispiel einer Schaltung mit zwei Spannungsquellen gezeigt.

Sie basiert auf den erfolgreichen Modellen der FX-ES-Serie und erweitert diese, so dass sie bestmöglich den deutschen Anforderungen im Mathematik- und naturwissenschaftlichen Unterricht entsprechen. Die FX-DE Plus-Serie unterstützt bei der Berechnung vielfältiger mathematischer Aufgaben und die einfache Bedienung ermöglicht den Einsatz schon ab Klasse 7. Das handliche Design, die sinnvolle Tastenbelegung und der übersichtliche Aufbau machen den Rechner zu einem verlässlichen Begleiter im Mathematikunterricht. Mit Solar- und Batteriebetrieb sowie einem stabilen Hardcase ist der FX-991DE Plus den Ansprüchen des Schulalltags sicher gewachsen.

Komplexe Zahlen

Sehr interessant ist die Möglichkeit, den Taschenrechner zur Berechnung komplexer Zahlen in der Wechselstromtechnik zu nutzen.

Mit Hilfe des Casio FX-991DE Plus* rechnet man mit komplexen Werten fast so einfach wie mit rein reellen Zahlen.

In diesem Video findest Du ein Beispiel das zeigt, wie man die komplexen Zahlen in den Taschenrechner eingibt.

Kauf des Taschenrechners Casio FX-991DE Plus

Den Taschenrechener findet man in vielen Schreibwarenhandlungen, Kaufhäusern und Online-Shops wie beispielsweise bei Amazon*

Der Beitrag Taschenrechner Casio FX-911DE erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Für Berufsschüler der Ausbildung zum Elektroniker für Gebäude- und Energietechnik gehört dieser Aufgabentyp quasi zum Pflichtprogramm.
Aber auch Studenten der energietechnischen Studiengänge werden in ihem Studium und auch später im Berufsleben häufiger der Blindleistungskompensation begegnen.
Bei der Lösung dieses Aufgabentyps ist es sehr hilfreich, sich die Vorgänge rund um die Wechselstromleistung einmal zu verdeutlichen und so grundlegend zu verstehen.

Das Lösen dieser Aufgaben ist dann, wenn man es einmal verstanden hat, ein Klacks.

Die Standardaufgabe zur Blindleistungskompensation sieht meistens folgendermaßen aus:

Gegeben ist meist ein Wechselstrommotor, dessen Typenschild bekannt ist. Alle wichtigen Information zum Motor sind vorhanden – Spannung, Strom und Leistungsfaktor können also abgelesen werden.
Da bei größeren Motoren die Blindleistung unerwünscht ist, denn die Blindleistung muss erzeugt und transportiert werden, soll diese störende Blindleistung eliminiert oder zumindest reduziert werden.
Durch das Parallelschalten eines Kondensators soll die Blindleistung des Motors also entweder ganz (vollständige Blindleistungskompensation) oder teilweise kompensiert werden.

Um das Phänomen der Wechselstromleistung, also der Wirk-, Blind und Scheinleistung und die darauf aufbauende Blindleistungskompensation zu veranschaulichen, habe ich ein Modul in das Wechselstromsimulationstool eingebaut.

Falls Du das Tool noch nicht heruntergeladen hast, kannst Du es unter diesem Link kostenlos anfordern.

Das Tool besteht aus den Modulen.

• Linien- und Zeigerdiagramme
• Wirk-, Blind und Scheinleistung
• Blindleistungskompensation und
• Reihenkompensation

In diesem Video geht es nun also um die Blindleistungskompensation.

Blindleistungskompensation

Viel Spaß mit dem Video.

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Möchtest Du mehr über Zeigerdiagramme erfahren?
Buche jetzt meinen kompletten VIDEO-Kurs Wechselstrom und Zeigerdiagramme.[/su_box]

Der Beitrag Wechselstrom Simulationstool Blindleistungskompensation erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Der sichere Umgang mit den Begriffen Wirk-, Blind- und Scheinleistung bereitet vielen Schülern und Studenten der Elektrotechnik Probleme.

Dabei ist das Ganze eigentlich ganz einfach – wenn man es einmal verstanden hat.

Zur Veranschaulichung der Leistungsbegriffe habe ich ein Modul zur Simulationen von Wechselstromleistung in mein Wechselstromsimulationstool eingebaut.

Falls Du das Tool noch nicht heruntergeladen hast, kannst Du es unter diesem Link anfordern.

Das Tool besteht aus den Modulen.

• Linien- und Zeigerdiagramme
• Wirk-, Blind und Scheinleistung
• Blindleistungskompensation und
• Reihenkompensation

In diesem Video geht es nun also um die Simulation von Wirk-, Blind- und Scheinleistung.

Wirk-, Blind- und Scheinleistung

Viel Spaß mit dem Video.

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Möchtest Du mehr über Zeigerdiagramme erfahren?
Buche jetzt meinen kompletten VIDEO-Kurs Wechselstrom und Zeigerdiagramme.[/su_box]

Der Beitrag Wechselstrom Simulationstool Wirk-, Blind- und Scheinleistung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Zur Veranschaulichung der Mechanismen und Konzepte der Wechselstromtechnik habe ich für meinen Video-Kurs Wechselstrom und Zeigerdiagramme dieses Excel-basierte Wechselstromsimulationstool entwickelt, das ich den Besuchern von ET-Tutorials.de kostenlos zur Verfügung stelle.

Falls Du das Tool noch nicht heruntergeladen hast, kannst Du es unter diesem Link anfordern.

Das Tool besteht aus den Modulen.

• Linien- und Zeigerdiagramme
• Wirk-, Blind und Scheinleistung
• Blindleistungskompensation und
• Reihenkompensation

In diesem ersten Video geht es um das erste Modul, also Linien- und Zeigerdiagramme

Linien- und Zeigerdiagramme

Viel Spaß mit dem Video.

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Möchtest Du mehr über Zeigerdiagramme erfahren?
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Der Beitrag Wechselstrom Simulationstool Linien- und Zeigerdiagramme erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Für Studenten der Elektrotechnik gehört die Fähigkeit zum Erstellen von Bode-Diagrammen deshalb zu den wichtigen Grundlagen und hilft beim Verständnis des Übertragungsverhaltens linearer Übertragungssysteme.

Bode-Diagramme

Im Gegensatz zum Nyquist-Diagramm (Ortskurven) werden beim Bode-Diagramm die Informationen über das Amplitudenverhältnis und Phasenverhältnis von Ausgangssignal und Eingangssignal getrennt dargestellt.

Somit sind diese Information aus dem Bode-Diagramm gut erkennbar.

Durch die logarithmische Darstellung der Amplitudenverhältnisse lassen sich aus mehreren Übertragungssystemen zusammengesetzte Systeme leichter analysieren.
Die logarithmische Darstellung bildet nämlich die Multiplikation der einzelnen Funktionen auf eine einfache Addition ab.

Diese Additionen lassen sich mit überschaubarem Aufwand graphisch lösen.

Das folgende Video stammt aus meinem E-Book Bode-Diagramme in der Elektrotechnik. Falls Du Dich für dieses Thema interessierst, findest Du hier weitere Informationen zum Buch.

Aufgabe zum Bode-Diagramm

Im Buch wird die Aufgabe gestellt, das Bode-Diagramm für folgende Übertragungsfunktion zu erstellen.

Tipp
Bevor Du Dir das Lösungsvideo anschaust, versuche es zunächst einmal selbst.
Falls Du kein logarithmisches Papier zur Hand hast, kannst Du hier eine geeignete Vorlagen herunterladen und ausdrucken.

Video zum Erstellen des Bode-Diagramms

Viel Spaß mit dem Lösungsvideo.

Wenn Du mehr zum Thema Bode-Diagramme erfahren möchtest, empfehle ich Dir meinen umfangreichen VIDEO-Kurs Bode-Diagramme in der Elektrotechnik.

In diesem Kurs lernst Du die wichtigsten Konzepte von Bode-Diagrammen kennen und sicher anwenden.

Der Beitrag Aufgabe mit Lösung zum Bode-Diagramm erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

EasyEDA ist ein kostenloses, freies, Web- und Cloud-basierendes EDA-Programm. Es ist keine Installation erforderlich und sowohl für Elektroniker, Pädagogen, Studenten als auch für Hobbyisten gedacht. Es ist spielend einfach ein Schaltplan, ein PCB Layout und eine Schaltungssimulation, online in Ihrem Web-Browse, zu erstellen.

Eigenschaften des EasyEDA Programms

Schneller, einfacher Schaltungsentwurf

Zeichnen Sie schnell und einfach Ihre Schaltpläne, indem Sie die verfügbaren Bauteilbibliotheken in Ihrem Browser nutzen. Diese werden laufend erweitert und sind so, durch automatische Upgrades, beim Schaltungsentwurf online verfügbar.

Schaltungssimulator

Schaltungssimulation von analogen, digitalen und gemischten Signalen durch Schaltungsgruppen und Modellen!

Online PCB Design

Sie können mit mehreren Layern und tausenden von Pads problemlos, reibungslos und schnell Layouts erstellen.
Das System ist sehr stabil, zuverlässig und einfach zu erlernen. Die Benutzeroberfläche ist sehr angenehm und reaktionsfreudig.
EasyEDA besitzt eine umfangreiche Bibliothek mit tausenden von Bauteilen, sowohl für Schaltpläne als auch für die PCB Layouts und für Modelle. Und mehrere, zehntausende von Schaltplanbeispielen. Jeder kann die Bibliothek benutzen und erweitern. Weiterhin können vorhandene Designs, von Altium, Eagle und KiCad importiert und in EasyEDA geändert, erweitert werden.
Darüberhinaus und eine weitere herausragende Funktion von EasyEDA ist, dass Benutzer auf Open Source Module zugreifen können, die von tausenden von Ingenieuren entwickelt wurden.

Es gibt ein Tutorial welches die Hauptfunktionen des Programms erklärt. Ein Ebook veranschaulicht die Anwendung der Schaltungssimulation in EasyEDA durch ngspice.

Das folgende Video präsentiert die Vorteile und Funktionen von EasyEDA.

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Aufgabe zu Ersatzquellen und zur Dreick Stern Umwandlung

Bei dieser Aufgabe kommen gleich mehrere Problemstellungen zusammen.
Im Gegensatz zu den Standardaufgaben, bei denen aus einem aktiven Netzwerk eine Ersatzstromquelle oder eine Ersatzspannungsquelle berechnet werden muss, ist es hier umgekehrt.
Die Werte der Ersatzstromquelle sind gegeben und die Parameter des aktiven Netzwerkes, also die Widerstände und Spannungsquellen, müssen berechnet werden.

Vereinfachung der Schaltung mit der Dreieck Stern Umwandlung

Zudem lassen sich in dem gegebenen Beispiel die Widerstände nicht einfach zusammenfassen.
Vorher muss die Schaltung noch mit der Dreieck Stern Umwandlung umgebaut werden.

Video zur Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe ist von einem Studenten während seiner Vorbereitung zur Elektrotechnik Klausur gestellt worden.
Frage und Diskussion zur Aufgabe findest Du im ET-Tutorials Forum. Falls Du es noch nicht gemacht hast, melde Dich im Forum an. Dort findest Du weitere Schüler und Studenten der Elektrotechnik, die ebenfalls in der Klausurvorbereitung sind. Im Forum können wir uns gegenseitig helfen.
Jetzt aber zum Video.
Viel Spaß.

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Als Amazon Prime Kunde oder Teilnehmer des Amazon Kindle Unlimited Programms brauchst Du die E-Books nicht zu kaufen, sondern kannst Sie bei Amazon ausleihen und sie anschließend wieder (virtuell) zurückgegen.

Über Amazon Kindle Unlimited kannst Du also auch meine Kindle E-Books für eine monatliche Flatrate auf Deinem Kindle, Deinem PC oder Deinem Tablet/Smartphone lesen.
Vielleicht nutzt Du aber auch den kostenlosen Probemonat von Amazon Kindle Unlimited.
Hierüber stehen Dir meine E-Books einen Monat völlig kostenlos zur Verfügung.
Um jedoch nicht unfreiwillig in ein kostenpflichtiges Abo zu rutschen musst Du den Probemonat rechtzeitig beenden.
Was dabei zu beachten ist, erfährst Du in diesem Artikel.

Wann muss Kindle Unlimited gekündigt werden?

Amazon spricht in seiner Werbung für Kindle Unlimited immer von einem kostenlosen Probemonat.
Wer aber schon einmal mit Kaufleuten zu tun hat, kennt aber vielleicht deren Vereinfachungen.
Das Jahr hat 360 Tage, ein Monat hat 30 Tage. Für uns Techniker kaum zu glauben, für Kaufleute ist das aber so.
So auch bei Amazon. Der Probemonat dauert also 30 Tage
Der Starttag wird mitgerechnet. Wer also heute, am 16.10.2014, abonniert muss am 14.11.2014 für den Folgemonat zahlen.
Nachdem dies nun geklärt ist geht es darum, wie Du Kindle Unlimited auf der Seite von Amazon kündigen kannst.

Gibt es eine Kündigungsfrist?

Nein, man kann die Mitgliedschaft jederzeit mit Wirkung zum Ende des laufenden monatlichen Abrechnungszeitraums kündigen. Wenn Du die Mitgliedschaft vor Ablauf des jeweiligen Zeitraums kündigst, erhälst Du jedoch keine Erstattung der bereits gezahlten Mitgliedschaftsgebühren für den noch laufenden monatlichen Abrechnungszeitraum.

Die ausgewählten Titel werden zum Ende der Mitgliedschaft aus dem Konto/Gerät/… wieder entfernt.

Kündigung von Kindle Unlimited in fünf Schritten

1. Melde Dich auf der Website von Amazon.de mit Deiner E-Mail Adresse und Deinem Passwort an.
2. Gehe oben auf die Schaltfläche „Mein Konto“ und wähle „Meine Inhalte und Geräte“ aus.
3. Klicke auf „Einstellungen“
4. Scrolle nach unten bis „Einstellungen von Kindle“ und klicke auf den Button „Kindle Unlimited stornieren“.
5. Bestätige die Abfrage mit „Ich möchte stornieren“.

Hier sieht Du noch einmal den Knopf zum Kündigen.

Was tun bei technischen Problemen

Sollte irgendetwas mit dem Kindle, dem Kauf von Büchern oder auch wie hier dem Kündigen des Kindle Unlimited Abos nicht funktionieren hilft der Amazon Kundendienst.
Der einfachste Weg ist der Aufruf der Kundendienst-Seite bei Amazon.de.
Auch wenn Du gern mit jemandem persönlich sprechen möchtest. Denn hier kannst Du Dich zur gewünschten Zeit zurückrufen lassen und brauchst nicht in der Telefon-Wartschlange zu warten.
Falls Du direkt anrufen möchtest, kannst Du das natürlich auch tun.
Hier die Service-Nummern:

• Deutschland: 0800-36 38 46 9
• Österreich: 0800-88 66 32 38
• Schweiz: 0800-74 00 20

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Funktionsweise der Kollektorschaltung

Steigt nun das Basispotential des Transistors leitet der Transistor besser.
Dies führt zu einem höheren Kollektor-, bzw. Emitterstrom, der dafür sorgt, dass am Emitterwiderstand eine höhere Spannung abfällt und somit das Emitterpotential ansteigt.
Sinkt das Basispotential des Transistors leitet der Transistor schlechter.
Dies führt zu einem kleineren Kollektor-, bzw. Emitterstrom, der dafür sorgt, dass am Emitterwiderstand eine kleinere Spannung abfällt und somit das Emitterpotential sinkt.
Da die Basis-Emitterspannung nur um sehr kleine Spannungswerte variiert werden kann, folgt also die Emitterspannung der Basisspannung.
Man bezeichnet die Kollektorschaltung daher auch als Emitterfolger. Das Potential am Emitter folgt dem Potential an der Basis.

Spannungsverstärkung der Kollektorschaltung

Da eine Änderung der Eingangsspannung eine annähernd gleiche Änderung der Ausgangsspanung hervorruft wird die Eingangsspannung nicht verstärkt. Der Spannungsverstärkungsfaktor liegt bei knapp unter 1.

Die Kollektorschaltung als Impedanzwandler

Auch wenn die Kollektorschaltung die Spannung nicht verstärkt ist sie in Verstärkerschaltungen durchaus hilfreich.
Da die Basisströme eines Transistors sehr klein sind, werden Signalgeber, die am Eingang der Kollektorschaltung angeschlossen werden, nur wenig belastet.
Der Eingangswiderstand der Kollektorschaltung ist also sehr hoch.
Ausgangsseitig kann die Schaltung jedoch höhere Stromstärken an die nächste Stufe liefern.
Der Ausgangswiderstand ist also klein.
Die Kollektorschaltung wirkt also als Impedanzwandler.

Video zum Transistor als Impedanzwandler

Im folgenden Video wird der Transistor als Impedanzwandler einmal in PSpice aufgebaut und simuliert.
Die Schaltung steht unter folgendem Link für eigene Simulationen zum Download zur Verfügung.

Der Beitrag Der Transistor als Impedanzwandler erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Open Collector

Wie der Namen schon vermuten lässt, wird der Ausgang mit Hilfe eines Transistors realisiert, dessen Kollektor offen, also unbeschaltet bleibt.
Der Emitter dieses Ausgangstransistors ist mit Masse verbunden. So kann durch ein High-Potential an der Basis des Transistors das Ausgangssignal der Schaltung auf Masse gezogen werden.
Die Realisierung des Low-Potentials am Ausgang ist somit gelöst.

Wie wird das High-Potential am Open Collector realisiert

Bei einem Low-Potential an der Basis des Ausgangstransistors wird die Kollektor-Emitter-Strecke hochohmig. Der Ausgang des Schaltung liegt also „in der Luft“ und liegt auf keinem definierten Potential.
Eine nachfolgende Schaltung, die an diesem Anschluss angeschlossen würde, hätte somit kein High-Potential, im Sinne einer Eingangsspannung von beispielsweise 5V.

Der Pull-Up Widerstand

Das Ausgangssignal muss daher auf dieses High-Potential „hochgezogen“ werden.
Hierbei hilft der sogenannte Pull-Up Widerstand. „Pull-up“ für „hochziehen“.
Der Kollektor der Open-Collector-Schaltung wird über diesen Pull-Up-Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden, so dass bei einem hochohmigen Zustand der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (der Transistor sperrt) das Ausgangssignal über den Pull-Up-Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden ist.

Video zum Open Collector Ausgang

Im folgenden Video wird die Funktionsweise des Open-Collector-Ausgangs mit Hilfe von PSpice gezeigt.
Um die Schaltung selbst zu simulieren steht die Schaltung unter folgendem Link zum Download für PSpice zur Verfügung.

Zum Öffnen der PSpice-Beispielprojekte die OrCAD Capture öffnen und mit „open project“ die opj-Datei öffnen. Anschließend kann aus Capture die PSpice Simulation wie im Film gestartet werden.
Viel Spaß mit dem Video.

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Was ist Amazon Kindle unlimited

Vergleichbar ist Amazon unlimited mit dem Angebot von Spotify oder Netflix. Nur das es eben hier nicht um Musik, sondern um Bücher geht.
Für einen monatlichen Betrag (in den USA kostet das Angebot zur Zeit monatlich 9,99 Dollar, also umgerechnet ca. 7,40 Euro.) gibt es eine Flat-Rate für Bücher.
Im Angebot sind in den USA über 600.000 E-Books, die auf unterschiedlichen Geräten gelesen werden können.
Neben den Kindle-Readern von Amazon ist auch das Lesen auf kostenlosen Kindle-Apps für Smartphones, Tablets, PCs, … möglich.
Die einzelnen Apps auf den unterschiedlichen Geräten sind dabei synchronisiert.
Man kann also zu Hause am Tablet ein Buch lesen. Wenn man anschließend in der Bahn auf seinem Smartphone weiterlesen möchte, wird dann automatische die Passage des Buches aufgerufen, an der man das Lesen zu Hause beendet hat.

Wie verträgt sich Amazon Kindle unlimited mit dem deutschen Buchpreisbindungsgesetz

Vorab: Ich bin kein Jurist. Hier geht es also nur um eine prinzipielle Darstellung.
Nach dem deutschen Buchpreisbindungsgesetz dürfen Bücher in allen Geschäften, online wie offline, nicht zu unterschiedlichen Preisen verkauft werden.
Dies gilt auch für E-Books.
Aber wie verträgt sich das Angebot von Amazon mit dem Buchpreisbindungsgesetz. Der Preis für ein E-Book ist ja hier nicht festgelegt.
Wie ich es verstanden habe, versteht Amazon (und scheinbar auch der Gesetzgeber) das Angebot Amazon unlimited wie das Angebot einer Bücherei.
Wie in einer Bücherei gibt es einen Büchereiausweis. Diesen Büchereiausweis gibt es gegen eine monatliche Gebühr. Bücher können vom Abonnenten, dem Büchereiausweisbesitzer, ausgeliehen werden. Die Flat-Rate bezieht sich also auf das Ausleihen von Büchern.
Das das Kindle-Universum ein geschlossenes System ist, hat Amazon jederzeit Zugriff auf das Gerät (bei aktiviertem Internetanschluss) und kann bei Ablauf, beispielsweise nach Kündigung der Flat-rate das E-Book wieder vom Kindle-Reader oder der Kindle-App entfernen.

Kindle unlimited für Studenten

Ich gehe davon aus, dass eine Flat-Rate für Bücher das Zukunftsmodell ist. Wie bei Musik, Filmen und dem Abo für den Fitness-Club wird es künftig nicht mehr darauf ankommen, der Besitzer eines Buches zu sein.
Für eine gewünschte Dauer erhält man das Nutzungsrecht an Büchern. Und genau so wie es bei Spotify darum geht, nicht die Nutzung für einzelne Musikstücke zu erhalten, wird es auch bei Büchern darum gehen, Zugriff auf alle verfügbaren Bücher zu bekommen und Bücher dann zu lesen, wann und wie man es möchte.
Und wenn man sich nur für eine Seite oder nur ein Kapitel eines Buches interessiert, dann muss man nicht das gesamte Buch kaufen, sondern man leiht es (virtuell) aus und liest die gewünschte Information.
Welche Konsequenzen ergeben sich nun aus Kindle unlimited für Studenten.
Künftig wird es immer mehr Fachbücher in der Kindle-Umgebung geben. Fachbücher sind teuer, erheblich teurer als Romane.
In der Vergangenheit mussten sich Studenten komplette Bücher kaufen, obwohl nur ein Bruchteil des Buches für das aktuelle Problem relevant war.
Künftig wird man als Student nicht mehr beschränkt sein auf die Informationen, die (zufällig) im eigenen Bücherschrank oder der Bücherei der Hochschule verfügbar ist. In einem Flat-Rate-Modell fällt diese Beschränkung weg.

Amazon Kindle ist nun auch in Deutschland verfügbar

Im Rahmen der Frankfurter Buchmesse ist nun auch Kindle Unlimited in Deutschland verfügbar.

Kostenlos Amazon unlimited testen

Auch in Deutschland gibt es eine kostenlose Testphase. Jeder Interessent kann 30 Tage lang das Angebot ausprobieren und beliebig viele Bücher herunterladen und während der Testphase lesen.

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In diesem Artikel geht es nun um den Einsatz und das Schalten von Induktivitäten in einer Schaltung.

Das Schalten induktiver Lasten über einen Transistor

In der Schaltung, die im Video untersucht wird, soll über einen npn-Transistor eine ohmsch-induktive Last geschaltet werden.
Da Spulen aus aufgewickeltem Draht besteht findet man genau diese Kombination ( ohmsch-induktiv) in der Praxis sehr häufig.
Elektromotoren und Relais stellen also genau solch eine ohmsch-induktive Last dar, bei der die im Video beschriebenen Probleme auftreten.
Weitere Hintergrundinformationen zum Schalten induktiver Lasten findest Du auch in den beiden Videos:

Einschalten von Induktivitäten
und
Ausschalten von Induktivitäten

Abschalten von Induktivitäten

Das Abschalten von Induktivitäten ist hierbei der kritische Fall.
Um das Abschalten soll es also in dem Video am Ende des Artikels gehen.
Während des eingeschalteten Zustands ist die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors klein. Beim Abschalten steigt das Emitterpotential nun nicht nur auf die Betriebsspannung, weil der Transistor sperrt.
Wie in der Simulation im Video zu sehen ist, steigt die Kollektor-Emitter-Spannung kurzzeitig auf sehr hohe Werte. Diese Spannungen können für den Schaltransistor gefährlich werden und ihn zerstören.
Die Ursache für diese hohen Spannungswerte liegt im Magnetfeld der zu schaltenden Spule.
Beim Abschalten des Laststromkreises, in der also die Spule und der Transistor mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke liegt, treibt die Spule den Strom weiter. Die Spule wird also zur Stromquelle.
Da die Kollektor-Emitter-Strecke nun aber sehr hochohmig ist, entsteht durch den weiterhin fließenden Strom eine sehr hohe Spannung.

Schutz des Transistors über eine Freilaufdiode

Um den Transistor zu schützen schaltet man anti-parallel zur Spule eine Diode, die sogenannte Freilaufdiode.
Beim Abschalten kann der von der Spule weitergetriebene Strom nun über die Freilaufdiode „freilaufen“.
Also Weiterfließen, bis das Magnetfeld abgebaut ist.

Video zum Schalten induktiver Lasten mit einer Freilaufdiode.

Im Video sieht man sehr schön wie der Strom über die Freilaufdiode abgeleitet wird.
Die Schaltung steht wieder als Projektdatei zum Download zur Verfügung.
Jetzt aber viel Spaß mit dem Video und der eigenen Simulation mit PSpice.

Der Beitrag Schalten induktiver Lasten mit Freilaufdioden erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Das Schalten kapazitiver Lasten

Im nächsten Schritt wird nun ein Kondensator parallel zum Lastwiderstand geschaltet.
Nach der Simulation mit PSpice erkennt man im Probefenster das Problem dieser Schaltung.
Der Kondensator hat währende des Einschaltvorgangs einen sehr geringen Widerstandwert und schließt somit den Widerstand kurz. Die Folge ist ein im Vergleich zur rein ohmschen Belastung hoher Kollektorstrom.
Nachdem der Kondensator aufgeladen ist hat er einen unendlich hohen Widerstand. Es wirkt dann also nur noch der ohmsche Widerstand. Dieser ohmsche Widerstand begrenzt dann wieder den Strom wie im ersten Fall.

Hohe Kapazitätswerte

Kondensators mit kleinen Kapazitäten sind sehr schnell aufgeladen und werden somit sehr schnell hochohmig. Bei höheren Kapazitäten erhöht sich die Ladezeit und damit die Dauer der höhen Stromstärke, so dass diese Stromstärken durchaus für den schaltenden Transistor gefährlich werden kann.

Das Video und die Schaltung zum Schalten kapazitiver Lasten

Die in diesem Video verwendete Schaltung steht unter folgendem Link als PSpice-Projekt zum Download zur Verfügung.
Viel Spaß mit dem Video und dem simulieren eigener Schaltungen.

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Zwar hat der NE555 selbst keine eingebaute Timerfunktion.

Durch die äußere Beschaltung durch Widerstände und einem Kondensator lassen sich die Auf- und Entladezeiten des Kondensators dazu nutzen die gewünschten Umschaltzeiten mit Hilfe des NE555 einzustellen.

Im Video wird der Aufbau einer astabilen Kippstufe mit Hilfe von PSpice gezeigt.

Auf der Seite von FlowCAD.de steht die Schaltung als gepackte Datei zum Download zur Verfügung.

Weitere Infos und Videos findest Du auch auf der Übersichtsseite zum Baustein NE555.

Das Video zur astabilen Kippstufe mit dem NE555

Viele Spaß nun mit dem Video und der eigenen Simulation.

Der Beitrag Astabile Kippstufe mit NE555 erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Da geht natürlich nur in der Zukunft, bzw. in Hollywood.

Tja, denkste.

Das Huvrboard der Firma Huvrtech

Nun behauptet die amerikanische Firma Huvrtech, ein ähnliches Board konstruiert zu haben und demnächst auf den Markt bringen zu wollen.
Im Video ( weiter unten im Artikel habe ich das Video eingebettet ) „zeigt“ die Firma, dass das Huvrboard ebenfalls der Schwerkraft strotzt und leicht zu fahren (fliegen) sein soll, sogar für Anfänger mit keinen Skateboard-Erfahrungen.

Scheinbar mühelos hebt das Huvrboard ab und lässt sich wie ein normales Skateboard fahren. Nur eben einen halben Meter schwebend über dem Boden.
Da fallen selbst die Amerikaner nicht drauf rein.

Warum investiert Huvrtech viel Zeit und Geld in ein Fake-Projekt

Auch wenn aufgrund der Filmtechnik nicht direkt erkennbar ist, wie Fahrer samt Board angehoben ist oder ob der Film mit Greenscreen-Technik und Computeranimation zusammengschnitten worden ist. Eins lässt sich gut erkennen:

Man hat sehr viel Aufwand zur Produktion dieses Boards und des Fake-Videos betrieben.
Überhaupt scheint die gesamte Aktion sehr aufwändig und damit auch kostspielig zu sein.

Der Grund, weshalb die Firma Huvrtech diesen Aufwand betreibt und viel Geld in diesen Hype investiert ist noch unklar.
Wenn überhaupt eine Firma dahinter steckt.

man darf einmal gespannt sein, was sich hinter dieser (Werbe-)Aktion verbirgt.

Das wird sich in den nächsten Wochen sicher zeigen, wenn der Hype an seinem Zenit angekommen ist und die Firma dann das eigentliche Produkt präsentieren wird.

Das Video zum Huvboad von Huvrtech

UPDATE: Die Aktion war ein Gag des Comedy-Portals „Funny or Die“.

Der Beitrag Huvrboard by Huvrtech erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Dieses Video zu den Maxwell-Gleichungen ist m.E. einer der Highlights auf seiner Seite.

Die Maxwell-Gleichungen bilden die Grundlage der Elektrotechnik. Die Beschäftigung mit den Maxwell-Gleichungen ist aber nichts für Einsteiger.

Die Inhalte des Videos sind ganz eindeutig Hochschulstoff.

Um das Video zu verstehen sollten man einigermaßen fit im Bereich der partiellen Differentialgleichungen sein.

Falls Du Dich aber zur Zeit mit den Maxwell-Gleichungen beschäftigst, bzw. beschäftigen musst (die wenigsten Elektrotechniker machen das freiwillig ) solltest Du Dir das Video unten auf der Seite auf jeden Fall anschauen. Es lohnt sich.

Das elektrische Feld

Wie wirkt das elektrische Feld auf eine Probeladung?
Zu Beginn des Videos wird sehr anschaulich erklärt, wie das elektrische Feld definiert ist und welche Wirkung das elektrische Feld auf eine Probeladung hat.
Das elektrische Feld definiert die Größe und die Richtung einer Kraft auf einer Probeladung in genau diesem elektrischen Feld. Das elektrische Feld ist also genau wie die Kraft auch ein Vektor.

Das magnetische Feld

Im Gegensatz zum elektrischen Feld hat das magnetische Feld keine Kraftwirkung auf ein ruhendes Elektron.
Erst bei der Bewegung der Probeladung wirkt eine magnetische Kraft.
Senkrecht zur Geschwindigkeitsrichtung, dem Geschwindigkeitsvektor, und senkrecht zum Magnetfeld wirkt dann eine Kraft auf die Probeladung.
Die Kraft bildet sich aus dem Produkt der Probeladung und dem Kreuzprodukt aus Geschwindigkeitsvektor und Magnetfeld.
Mit Hilfe der Drei-Finger-Regel, kann man also die Richtung des Kraftvektors bestimmen.

Lorentzkraft im weiteren Sinn

Die Auswirkuing beider Felder, dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld ergibt die Lorentzkraft inm weiteren Sinn.
Also:

F= q (E + v x B)
(wobei F, E, v und B jeweils Vektoren sind)..

Elektrische Ladung und Stromstärke

Desweiteren benötigt man für das Verständnis der Maxwell-Gleichungen weitere Begriffe, die im folgenden definiert werden.
Die elektrische Raumladungsdichte bezeichnet die eingeschlossene Ladung in einem infinitesimal kleinen Volumen.
Für bewegte Ladungen definiert man die elektrische Stromdichte ∂.
Die elektrische Stromdichte bezeichnet die Stromstärke, also die Anzahl der Ladungsträger pro Zeit durch eine infinitesimal kleine Fläche.
Weiter „aufgedröselt“ ergibt sich, dass die elektrische Stromdichte dem Produkt aus Raumladungsdichte und dem Geschwindigkeitsvektor entspricht.

Kontinuitätsgleichung

Stellt man sich ein kleines Volumen vor, in das Ladungsträger herausfließen, dann müssen diese Ladungsträger nach dem Herausfließen fehlen.
Logisch, oder
Die Änderung der elektrischen Stromdichte nach allen Richtungen, also die Summe der partiellen Ableitungen (nach den einzelnen Richtungen) ∂Jx/∂x + ∂Jy/∂y + ∂Jz/∂z muss gleich der sich in der Zeit geänderten Raumladungsdichte sein.
dJx/dx + dJy/dy + dJz/dz = -∂δ/∂t
dJx/dx + dJy/dy + dJz/dz nennt man div J (Divergenz).
Also lautet dir Kontinuitätsgleichung
div J = -∂δ/∂t
Weniger mathemaisch ausgedrückt bedeutet das, dass Ladungen nicht verloren gehen.

Die vier Maxwell-Gleichungen

Das Gaußsche Gesetz für elektrische Felder

In der ersten Maxwell-Gleichung betrachtet man die in ein Probevolumen „hinein- und hinausfließende“ elektrische Feldstärke.
Umschließt das Probevolumen positive Ladungsträger fließen mehr Feldlinien hinaus, umschließt das Probevolumen negative Ladungsträger fließen mehr Feldlinien hinein. Die Divergenz des elektrischen Feldes ist also proportional zur Raumladungsdichte.

Das Gaußsche Gesetz für magnetische Felder

Da magnetische Felder keinen Anfang und kein Ende haben, kommt in keinem Punkt magnetische Flussdichte dazu oder geht magnetische Flussdichte verloren.
Es gibt nämlich keine magnetischen Ladungen, bzw. magnetische Monopole.
Die Divergenz von B ist also überall gleich Null.

Das Durchflutungsgesetz

Das Durchflutungsgesetz beschreibt wie elektrische Ströme magnetische Felder erzeugen.
Die Stromdichte erzeugt eine magnetische Flussdichte, die proportional zur Stromdichte ist. Für die magnetische Flussdichte gilt:
rot B ist proportial zu J und zusätzlich (wie im Video gezeigt wird) der zeitlichen Änderung des elektrischen Feldes.
Die Richtung der magnetischen Flussdichte lässt dich aus der „Rechte-Hand-Regel“ bestimmen.
Im Video wird sehr schön am Beispiel einer Kondensatoraufladung gezeigt, dass nicht nur durch den fließenden Strom, sondern auch durch die Änderung des elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten ein B-Feld entsteht, das plausibel zum Durchflutungsgesetz ist.

Das Induktionsgesetz

Auch die Änderung des Magnetfeldes hat ein elektrisches Feld zur Folge. Dies wird im Induktionsgesetz beschrieben.
Das Induktionsgesetz lautet rot E = –∂B/∂t

Beispiele zur Anwendung der Maxwell-Gleichungen

Diese vier Maxwell-Gleichen beschreiben vollständig die Zusammenhänge zwischen elektrischen Feldern und magnetischen Feldern und bilden die Grundlage für die Elektrotechnik.
Eigentlich reichen diese vier Maxwell-Gleichungen und der Rest ist nur Ballast.
Nein, im Ernst. Auch ich bin froh, dass man weitere Gleichungen entwickelt hat, die uns Elektrotechnikern das Leben erleichtern.
Wie man aber auch mit den Maxwell-Gleichungen rechnen kann, wird am Ende des Videos gezeigt. Dranbleiben lohnt sich also.

Übungsaufgaben

Allein durch das Lesen bekommt man nur ein grobes Verständnis für die Maxwellschen Gleichungen.

Anwenden kann man diese Gleichungen nur durch entsprechende Übungen anhand von Beispielaufgaben.

Falls Du Dich also schon ein bißchen mit den Maxwellschen Gleichungen auskennst und auf der Suche nach Übungsaufgaben bist, findest Du im nebenstehenden Buch passende Aufgaben mit Lösungsansätzen.

Das Video zu den Maxwell-Gleichungen

Jetzt aber zum Video.
Für alle, die sich mit der theoretischen Elektrotechnik, Systemtheorie oder wie sich das Fach an der Hochschule sonst noch nennt, beschäftigen und sich bereits ein wenig mit partiellen Differentialgleichungen auskennten, lohnt es sich alle Ablenkungen auszuschalten und 50 Minuten lang dem Video zu folgen.

Der Beitrag Die Maxwell Gleichungen erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Wie verwendet man einen bipolaren Transistor als Schalter?

Die Verwendung des Transistors als Schalter wird am Beispiel eines npn-Transistors gezeigt. (Hier findest Du Informationen zum MOSFET).
Mit Hilfe eines Spannungssignals am Eingang der Schaltung wird die Leitfähigkeit des Transistors gesteuert.
Beträgt das Eingangssignal beispielsweise 0 V sperrt der Transisor. Ab einer bestimmten Eingangsspannung wird der Transistor leitend.
Bei der Verwendung des Transistors als Schalter nutzt man genau diese beiden Zustände.
Entweder ist das Eingangssignal so klein ( z.B. 0V ), dass der Transistor sicher sperrt, oder die Eingangsspannung ist so groß, dass der Transistor sicher leitet.
Zustände, die zwischen diesen beiden Eingangsspannungen liegen, werden nicht verwendet. Bzw. sollen beim Umschalten zwischen den beiden Zuständen nur sehr schnell durchlaufen werden.

Das Video zum Transistor als Schalter

Im Video zum bipolaren Transistors als Schalter wird mit Hilfe von zwei Schaltern in PSpice die Eingangsspannung geschaltet und Ein-und Ausgangsspannung im Probefenster aufgezeichnet.
Man erkennt, dass man mit einem kleinen Eingangsstrom, dem Basisstrom, einen großen Ausgangsstrom (den Kollektorstrom) schalten kann.
Auch diese Schaltung steht wieder als Download bei FlowCAD zur Vefügung.
Viel Spaß mit dem Video und dem Experimentieren mit PSpice.

Der Beitrag Bipolarer Transistor als Schalter erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Was bedeutet Induktivität

Die Induktivität beschreibt des Effekt der Induktionsspannung. Das Formelzeichen der Induktivität ist L, die Einheit der Induktivität ist H (Henry).

1H ist nun folgendermaßen definiert:
Eine Induktivität L=1H erzeugt (induziert) bei einer Stromänderung von 1A/s die Spannung 1V.

Aber der Reihe nach …

In diesem Artikel geht um die Definition einer Induktivität und um das Verhalten von Spannungen und Stromstärken im Zusammenhang mit Induktivitäten.
Hierbei soll es ausschließlich um den Einsatz einer Induktivität in einer Schaltung gehen. Auf der Themenseite zum Thema Induktivität und magnetisches Feld findest Du weitere Informationen und Videos, die erläutern warum es an Spulen zu induzierten Spannungen kommt.
Zum tieferen Verständnis empfehle ich die Videos auf der Themenseite einmal anzuschauen.

Unterschied zwischen Spule und Induktivität

Die Begriffe Spule und Induktivität werden häufig synonym gebraucht. Auch ich erwische mich häufiger, dass ich sprachlich oft nicht genau trenne.
Dabei gibt es einen Unterschied zwischen Spule und Induktivität.

Eine Spule ist ein physikalisches Bauteil. Salopp gesagt: ein aufgewickelter Draht.

Da die Spule aus Material – eben dem Draht- besteht, hat eine Spule im allgemeinen auch einen ohmschen Anteil. Ein Draht hat nun einmal einen ohmschen Widerstand. Und dieser ohmsche Widerstand beeinflusst das Verhalten zwischen Strom und Spannung.
Der wesentliche Teil einer Spule ist die Induktivität, die für die induzierte Spannung verantwortlich ist.
Betrachtet man die Spule als ideal, ignoriert also die zusätzlichen Effekte wie den ohmschen Widerstand, parasitäre Kapazitäten, Änderungen der Induktivität aufgrund der Sättigung des Spulenkerns, … bleibt also die reine Induktivität übrig.
Und um diese Induktivität geht es im heutigen Video.

Definition der Induktivität

Die Induktivität beschreibt des Effekt der Induktionsspannung. Das Formelzeichen der Induktivität ist L, die Einheit der Induktivität ist H (Henry).
1H ist nun folgendermaßen definiert:

Eine Induktivität L=1H erzeugt (induziert) bei einer Stromänderung von 1A/s die Spannung 1V.

Wenn sich der Strom also in 1s um 1A ändert, also beispielsweise konstant von 0 auf 1A (oder von 5A auf 6A) steigt, wird in einer Induktivität L=1H eine Spannung von 1V induziert.
Bei einer Induktivität L=2H ist die induzierte Spannung doppelt so groß.

Video zur Induktivität

Im Video zeige ich diese Zusammenhänge. Nach den Definition und der eher theoretischen Betrachtung zeige ich die Zusammenhänge anhand einer Simulation in PSpice.
Zum Schluss des Videos zeige ich noch eine zweite Fragenstellung:
Wie verläuft der Strom, wenn ich eine Induktivität direkt an eine Spannungsquelle anschließe.

Viel Spaß mit dem Video.

Auf dieser Seite findest Du weitere Videos zum Thema Induktivität.

Der Beitrag Was ist eine Induktivität? erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Selbsterregter Schwingkreis

Um eine Schaltung zum Schwingen zu bringen benötigt man Energiespeicher, in denen elektrische Energie gespeichert und wieder abgegeben werden kann.
Speicher in der Elektrotechnik sind Kondensatoren und Spulen.
In Kondensatoren wird ein elektrisches Feld aufgebaut. Zum Aufbau dieses elektrischen Feldes wird Energie benötigt. Beim Abbau des elektrischen Feldes wird diese Energie wieder abgegeben und kann dann in anderen Bauteilen gespeichert werden.
Spulen speichern die Energie in magnetischen Feldern. Auch hier wird beim Abbau des magnetischen Feldes Energie abgegeben.
Der im Video beschriebene Schwingkreis speichert die elektrische Energie zunächst im Kondensator. Anschließend wird der Kondensator entladen und in einer Spule ein magnetisches Feld aufgebaut. Bein anschließenden Abbau des magnetischen Feldes wird die Energie wieder zum Aufbau des elektrischen Feldes des Kondensators verwendet-
Durch einen ohmschen Widerstand im Schwingkreis wird ein Teil der Energie in Wärme umgesetzt. Es geht also ein Teil der Energie für die Aufrechterhaltung der Schwingung verloren.
Die Energie wird also immer kleiner. Es handelt sich um eine gedämpfte Schwingung.

Simulation des Schwingkreises mit PSpice

In einer realen Schaltung muss zu Beginn der Schwingung der Kondensator über eine Gleichspannungsquelle geladen werden. Erst dann wird der Schwingkreis von der Gleichspannungsquelle entfernt und sich selbst überlassen.
Um diesen Vorgang simulieren zu können, benötigt man einen Schalter, der nach Ablauf einer einstellbaren Zeit öffnet.
Der Schalter befindet sich in der Bibliothek ANL_MISC.OLB und trägt den Namen Sw_tOpen.
Damit Du den Schalter nicht suchen musst, steht das Projekt auch dieses Mal wieder auf der Seite von FlowCAD zum Download zur Vefügung.

Video zur Simulation des Schwingkreises mit PSpice

Der Beitrag Ein Schwingkreis simuliert mit PSpice erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Was damit gemeint ist, siehst Du im folgenden.

Ein Phänomen, das wir alle kennen.

Brote landen immer auf der Butterseite – egal aus welcher Höhe sie auf den Boden fallen.

Immer landet die geschmierte Seite unten.

Ein Phänomen, das schwer zu erklären ist. Es ist einfach so.

Du kannst es selbst zu Hause ausprobieren. Lass Dich aber nicht erwischen.

Auf der anderen Seite ist bekannt, dass Katzen immer auf den Füßen landen.

Probier das bitte nicht mit der Katze Deines Nachbarn aus – das gibt Ärger.

Video

Der Beitrag Die Energiewende ist möglich erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Das Video zur Delon-Schaltung

Im Video wird die Delon-Schaltung in Capture aufgebaut und mit PSpice simuliert.
Hierbei ist der Ladevorgang der Kondensatoren sehr gut zu beobachten. Der Kondensator lädt sich solange auf, wie die Eingangsspannung größer ist als die aktuelle Kondensatorspannung.
Genau genommen, nur solange, wie die Eingangsspannung mehr als 0,7V größer ist als die aktuelle Kondensatorspannung. Denn bei kleineren Spannungen sperrt die Diode und der Kondensator wird nicht weiter aufgeladen.

Schrittweise Aufladung des Kondensators

Sehr gut sieht man in der Simulation, dass der Kondensator während der ersten Halbwelle nur teilweise aufgeladen wird. Dann hält der Kondensator seine Spannung. Bei der nächsten Halbwelle wird der Kondensator weiter aufgeladen. Bei den im Video verwendeten Bauteilen dauert es 4-5 Halbwellen bis der Kondensator komplett aufgeladen ist.
Für die negative Halbwelle sieht der Spannungsverlauf entsprechend aus.
Im Video sind die einzelnen Vorgänge zu sehen.
Die Schaltung steht unter folgendem Link zum Download zur Verfügung.
Viel Spaß mit dem Video, dem Nachbau der Schaltung und den eigenen Simulationen.

Der Beitrag Delon Schaltung Spannungsverdoppler mit PSpice erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Video zum Effektivwert von Wechselspannungen in PSpice

Im Video sieht man das konkrete Vorgehen in PSpice.

Der Beitrag Effektivwert von Wechselspannungen in PSpice erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

AC Sweep mit PSpice

Während man also bei realen Messungen im Labor den Funktionsgenerator für jede Messung einzeln umstellen müsste und viele Messungen durchführen müsste, um das Frequenzverhalten einer Schaltung zu untersuchen.
Ja, es gibt auch Wobbelgeneratoren mit einer sogenannten Sweep-Funktion, mit denen man also auch den gewünschten Frequenzbereich „durchsweepen“ kann. Aber das kann dann das Budget für den Laborarbeitsplatz ein wenig belasten, wie man an nebenstehendem Modell erkennen kann.
Zur Simulation AC Sweep baut man die Schaltung zunächst einmal im Schaltplaneditor auf und vergewissert sich am besten einmal mit einer Transientenanalyse, dass man die Schaltung auch richtig aufgebaut hat.
Anschließend kann man dann schon das Simulationsprofil für die AC Sweep Analyse erstellen.
Hierzu geht man zunächst wie gewohnt auf den Menupunkt New Simulation Profile, erstellt ein Simulationsprofil und wählt als Simulationsart nun AC Sweep aus.
In den Einstellungsoptionen für die Analyseart AC Sweep kann man dann den Frequenzbereich einstellen, den man untersuchen möchte.
Nachdem man den Marker an die Stelle gesetzt hat startet man die Simulation.
Im Probe-Fenster erhält man anschließend das Potential an der Marker-Position für den gesamten Frequenzbereich angezeigt.
Das die X-Achse, also die Skalierung der Frequenz, jetzt noch linear skaliert ist, sind die Details im niedrigen Frequenzbereich schlecht zu erkennen.
Aus diesem Grund stellt man die Skalierung der X-Achse logarithmisch ein.

Der Phasengang

Neben dem Verlauf der Amplitude ist häufig interessant, wie sich die Phasenverschiebung zwischen Ausgangs- und Eingangssignal für die unterschiedlichen Frequenzen verhält.
Die Darstellung dieser Information nennt man Phasengang.
Mit wenigen Klicks kann man sich auch diese Information im Probefenster anzeigen lassen.
Wie gewohnt stellt FlowCAD auch die Dateien für diese Simulation zur Verfügung. Unter folgendem Link kann das Projekt heruntergeladen werden.

Video zum AC Sweep mit PSpice

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Aufnahme von Bauteilkennlinien

Eine sehr interessante Anwendung von DC Sweep ist die Möglichkeit, Kennlinien für einzelne Bauteile aufzunehmen.
Hierzu nimmt man beispielsweise die Stromstärke eines Bauteils für die unterschiedlichen Betriebsspannungen auf. Anschließend lässt man sich das Ergebnis nicht in Abhängigkeit der Betriebsspannung sondern in Abhängig der Spannung an diesem Bauteil anzeigen.
Auf diese Weise erhält man die Kennlinie dieses Bauteils.
Ein Beispiel.

Einrichten einer DC Sweep Analyse für eine Z-Diode

In dem Video dieses Artikels wird eine Reihenschaltung einer Z-Diode und einem Vorwiderstand aufgebaut.
Zur Aufnahme der Kennlinie baut man also wie für eine normale Gleichstromanalyse die Reihenschaltung auf.
Das Massesymbol nicht vergessen!
Mit einer Bias Point Analyse kann man, wenn man möchte, vorab eine Analyse für einen Arbeitspunkt machen.
Alternativ kann man aber auch direkt mit der Aufnahme der Kennlinie fortfahren.
Dazu erstellt man zunächst das Simulationsprofil DC Sweep.
Nach der Auswahl des Simulationsprofils DC Sweep hat man die Möglichkeit die Betriebsspannung variieren zu lassen. Hierzu gibt man den Namen der Spannungsquelle an.
Zudem muss man PSpice den Startpunkt (der Betriebsspannung), den Endpunkt und die Schrittweite für die Simulation mitteilen.
Nachdem Setzen des Markers kann die Schaltung simuliert werden. Das Ergebnis wird im Probe-Fenster angezeigt.

Aufnahme der Kennlinie für eine Z-Diode

Bei einer Kennlinie für eine Z-Diode interessiert, welche Stromstärke durch die Z-Diode bei unterschiedlichen Spannungen an der Z-Diode fließt.
Hierzu lässt man sich im Probe-Fenster die Stromstärke durch die Z-Diode anzeigen (statt der Spannung an der Z-Diode).
Dies erreicht man zum einen dadurch, dass man über Add traces den entsprechenden Strom in die –Diode auswählt.
Alternativ kann man auch den Marker für Spannung aus dem Schaltplaneditor entfernen und stattdessen eine Marker für Stromstärker setzen und anschließend die Simulation erneut starten.
Das Ergebnis ist eine Anzeige der Stromstärke in Abhängigkeit von der Betriebsspannung.
Es fehlt nur noch ein letzter Schritt.
Da man den Strom nicht in Abhängigkeit der Betriebsspannung sehen möchte, sondern in Abhängigkeit der Spannung an der Z-Diode, muss noch der Parameter der X-Achse geändert werden.
Über Axis settings wählt man also die Spannung an der Z-Diode für die X-Achse aus und man erhält im Probefenster die gewünschte Darstellung der Kennlinie.
Die Schaltung zur Aufnahme der Kennlinie steht unter folgendem Link zum Download zur Verfügung.

Video zur Aufnahme der Kennlinie für die Z-Diode

Die beschriebene Vorgehensweise findest Du im folgenden Video noch einmal Schritt für Schritt aufgezeichnet.
Viel Spaß mit dem Video.

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U = Q /C
für eine Spannung zwischen den geladenen Kondensatorplatten.
Erst wenn den gespeicherten Ladungsträgern die Möglichkeit gegeben wird wieder abzufließen verringert sich die gespeicherte Ladung und damit die Spannung an den Kondensatoren.
Eine häufig untersuchte Schaltung ist die Entladung eines Kondensators C über einen Widerstand R.

Aufbau der Schaltung

Mit der Software PSpice kann man eine solche Kondensatorentladung gut simulieren und die einzelnen Vorgänge bei der Entladung betrachten.
Hierzu baut man zunächst im Schaltplaneditor von ORCAD die Schaltung mit einem Kondensator und einem Widerstand auf.
Hinweis: Damit PSPice bei der Simulation rechnen kann darf man nicht vergessen, ein Massesymbol anschließen. Mit Hilfe dieses Massesymbols teilt man PSpice mit, an welchem Punkt das Nullpotential liegt, auf das PSpice alle anderen Potentiale beziehen soll.
Wenn Du beim Aufbau das Massepotential vergessen haben solltest, erhälst Du bei der Simulation eine Fehlermeldung. Das ist nicht weiter schlimm. Du fügst dann einfach Deiner Schaltung das Massepotential hinzu und simulierst noch einmal neu.
Nun kannst Du in den Eigenschaften des Kondensators die Anfangsspannung des Kondensators definieren. Also die Spannung, auf die der Kondensator zu Beginn der Schaltung aufgeladen sein soll.
Unter IC (Initial Condition = Anfangswert) trägst Du diesen Wert ein.

Simulation der Schaltung in PSpice

Nachdem Du die Schaltung aufgebaut hast, erstellst Du das Simulationsprofil für die Transientenanalyse. Denn Du möchtest ja den zeitlichen Verlauf der Kondensatorentladung sehen.
Hierzu legst Du unter New Simulation Profile ein neues Simulationsprofil an, wählt einen sprechenden Namen und wählt in dem sich öffnenden Fenster das Profil „Time Domain (Transient)“ für die Transientenanalyse.

In diesem Fenster kannst Du dann eingestellten, über welchen Zeitraum PSpice simulieren soll.

Bei einer Kondensatorentladung ist bekannt, dass ein Kondensator nach einer Zeit T=5 R C annähernd entladen ist.
Wenn man also eine etwas höhere Zeit einstellt, sieht man die vollständige Kondensatoraufladung.

Anschließend kann man einen Marker an den Punkt setzen, den man aufzeichnen möchte und startet anschließend die Simulation.

Im Probe-Fenster erscheint die Darstellung der Spannung am Kondensator für den gewählten Zeitraum.
Im Video wird die Vorgehensweise noch einmal Schritt für Schritt gezeigt. Wenn Du die Schaltung nicht selbst aufbauen möchtest, findest Du unter folgendem Link die fertig vorbereitete Schaltung zur Kondensatorentladung.

In diesem Artikel findest Du eine Anleitung zum Aufrufen der heruntergeladenen Schaltung in PSpice.

Viel Spaß mit dem Video.

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Aufbau und Konfiguration der Schaltung

Nachdem die Schaltung im Schaltplaneditor aufgebaut wurde, muss dem Simulationsprogramm PSpice zunächst mitgeteilt werden, dass der Kondensator zu Beginn der Simulation entladen ist.
Das ist wichtig und eine häufige Fehlerquelle. PSpice berechnet normalerweise zunächst einen statischen Arbeitspunkt. Also Spanungswerte und Stromwerte, auf die sich die Spannung nach langer Zeit einstellt. Anschließend wird die Transientenanalyse gestartet. Dieser statische Arbeitspunkt wäre ein geladener Kondensator.
Weil wir ja gerade die Ladekurve des Kondensators sehen möchten, muss PSpice mitgeteilt werden, dass der Kondensator zu Beginn der Transientenanalyse eben entladen ist.
Hierzu klickt man in das Eigenschaftsfenster des Kondensators und trägt unter IC (Initial Condition = Anfangswert) den Wert 0 ein.

Das Simulationsprofil für die Transientenanalyse

Anschließend muss vor der eigentlichen Simulation ein entsprechendes Simulationsprofil für die Transientenanalyse erstellt werden.
Hierzu legt man unter New Simulation Profile ein neues Simulationsprofil an, wählt einen sprechenden Namen und wählt in dem sich öffnenden Fenster das Profil „Time Domain (Transient)“ für die Transientenanalyse.
In diesem Fenster kann dann gleich auch eingestellt werden, über welchen Zeitraum PSpice simulieren soll.
In vielen Schaltungen ist es nötig hier ein wenig auszuprobieren, wenn man nicht weiß, in welchen Zeitraum die spannenden Dinge passieren.
Bei einer Kondensatoraufladung ist bekannt, dass ein Kondensator nach einer Zeit T=5 R C annähernd vollständig aufgeladen ist. Hier findest Du weitere Informationen zur Kondensatoraufladung.
Wenn man also eine etwas höhere Zeit einstellt, sieht man die vollständige Kondensatoraufladung.
Anschließend kann man einen Marker an den Punkt setzen, den man aufzeichnen möchte und startet anschließend die Simulation.
Im Probe-Fenster erscheint die Darstellung der Spannung am Kondensator für den gewählten Zeitraum.
Im Video wird die Vorgehensweise noch einmal Schritt für Schritt gezeigt. Wenn Du die Schaltung nicht selbst aufbauen möchtest, findest Du unter folgendem Link die fertig vorbereitete Schaltung zur Transientenanalyse.
In diesem Artikel findest Du eine Anleitung zum Aufrufen der heruntergeladenen Schaltung in PSpice.

Das Video zur Transientenanalyse

Viel Spaß mit dem Video.

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Ein Beispielprojejt herunterladen und Starten

An einem Beispielprojekt, das innerhalb des Kurses später noch weiter beschrieben wird, möchte ich den Download und Start es Projekt einmal vorführen.
Das Beispielprojekt, dass ich für die Vorstellung wähle ist das Projekt Astabiler Multivibrator mit NE555.
Unter folgendem Link findest Du die ZIP-Datei mit dem Projektarchiv.
Die Datei muss Du zunächst auf Deinem PC speichern. Ich empfehle ein eigenes Verzeichnis für den PSpice-Kurs anzulegen. So findest Du die Dateien immer wieder.
Nachdem Du die Zip-Datei heruntergeladen hast, musst Du sie noch extrahieren und dann kannes auch schon losgehen.
Wenn Du PSpice schon auf Deinem PC installiert hast, sind Dateien mit der Endung .opj mit PSpice verknüpft.
Das bedeutet: Mit einem Doppelklick auf die .opj-Datei des heruntergeladenen Projekts wird PSpice gestartet und das entsprechende Projekt gestartet.
Unter Design Resources –„Projektname.dsn“-schematic – PAGE1
findest Du dann den entsprechenden Schaltplan.
Die Einstellungen , wie beispielsweise die Simulationsprofile, sind dann bereits richtig eingestellt, so dass Du direkt mit den Simulationen beginnen kannst und auf Basis dieser Datei Deine eigenen Änderungen vornehmen und simulieren kannst.

Video zum Download und Start eines Beispielprojekts

Ein Video sagt mehr als 1000 Worte
Deshalb hier alles noch einmal Schritt für Schritt im Video gezeigt.
Ich wünsche Dir viel Spaß und Erfolg mit dem PSpice-Kurs.

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Erstellen eines Projektes in PSpice

Um eine Schaltung aufzubauen generiert man als erstes ein Projekt in PSpice, wählt einen Namen und ein Verzeichnis, in dem das Projekt gespeichert werden soll, aus, betätigt die Auswahl create a blank project und dann kann es auch schon losgehen.
Nachdem das Projekt von PSpice generiert worden ist, können die Bauelemente auf das Arbeitsblatt platziert werden und mit den gewünschten Werten (also Spannungswert der Spannungsquelle und die Widerstandswerte der einzelnen Widerstände) versehen werden.
Wichtig: Damit PSpice die Schaltung berechnen kann muss man ein Potential auf Ground legen. Sonst es später bei der Simulation zu einer Fehlermeldung. Dies ist ein häufiger Fehler.

Erstellung des Simulationsprofils Bias Point

Nachdem die Schaltung erstellt worden ist, legt man noch ein Simulationsprofil an, mit dem man PSpice mitteilt, dass die Software eine Gleichstromanalyse durchführen soll

Durchführung der Gleichstromanalyse

Nach dem Speichern des Simulationsprofils führt man die Simulation einmal durch und kann sich dann an den einzelnen Knotenpunkte der Schaltung die Potentiale anzeigen lassen.
Auf Wunsch werden auch die einzelnen Stromstärken angezeigt. Wichtig hierbei ist: die angegeben Stromstärken werden so angegeben, wie sie in die verknüpften Bauteile hineinfließen. So lassen sich die Vorzeichen (Fließrichtungen) der einzelnen Ströme erkennen.
Ebenfalls möglich ist die Anzeige der jeweilig umgesetzten Leistungen.

Das Video zur Gleichstromanalyse Bias Point

Im folgenden Video wird der Aufbau einer Gleichstrom zunächst einmal für eine einfache Reihenschaltung von zwei Widerständen gezeigt.
Viel Spaß mit dem Video und den eigenen ersten Analysen mit PSpice.

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Noch schlimmer war es, wenn das entsprechende Bauteil nicht mehr produziert und verkauft wurde. Das benötigte Datenblatt konnte dann oft nur – wenn überhaupt – über Umwege beschafft werden.

Im Internet das richtige Datenblatt finden

Die Zeiten haben sich glücklicherweise geändert. Heute findet man die gewünschten Informationen online. Die Firma dataheetarchive.com aus England hat beispielsweise 12000 Kataloge mit Datenblättern der letzten 30 Jahre eingescannt und bietet sie kostenlos zum Download an.
Unter folgendem Link findest Du mittlerweile Datenblätter von über 350 Millionen Bauteilen.
Und regelmäßig kommen neue Datenblätter dazu. Die Datenbank wird ständig aktualisiert.
Verschiedene Suchfunktionen, wie beispielsweise nach einzelnen integrerten Schaltungen oder nach Herstellernamen erleichtern die Suche.

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Anfordern der Demo DVD

Die Demo-DVD wird von der Firma FlowCAD zur Verfügung gestellt. FlowCAD ist Distributor in Zentraleuropa für Hardware- und Software- Entwicklungswerkzeuge für Elektronische Schaltungen.
Unter anderem eben auch PSpice.

Unter folgendem Link kann die Demo-Version von PSpice angefordert werden. Hier der Link zur Anforderung der Demo-Version von PSpice.
Nachdem Du die DVD angefordert hast, liegt die DVD nach wenigen Tagen in Deinem Briefkasten.

Installation von PSpice

Nachdem Du die DVD in das Laufwerk Deines PCs gelegt hast, sieht Du in Deinem Explorer das Program setup.exe, mit dem Du die Produktinstallation starten kannst.
Also:
setup.exe starten

Produktinstallation auswählen

Im folgenden erscheinen einige Meldungen, die bestätigt werden müssen. Anschließend beginnt die eigentliche Installation.

Je nach Rechnerleistung und Geschwindigkeit des DVD-Laufwerkes bzw. der Festplatte kann die Installation des Softwarepakets einige Minuten dauern.

Nach der Installation erhält man eine Kachel auf dem Desktop, bzw. der Programmauswahl und kann die Software starten.

Video zur Installation von PSpice

In diesem Video zeige ich noch einmal den Vorgang von der Bestellung, der Installation und Start der Software.

In den nächsten Artikeln und Videos geht es dann um die Bedienung der Software und Simulation verschiedener Schaltungen verschiedenen Bereichen der Elektrotechnik.

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Ein Vorwiderstand für die Diode zur Begrenzung der Stromstärke

Das Ansteigen der Stromstärke verhindert man durch einen Vorwiderstand, den man in Reihe zur Diode schaltet.
Wird nun die Diode warm und leitet besser, sorgt dieser höhere Strom für eine höhere Spannung am Vorwiderstand, was wiederum die Spannung an der Diode verringert und somit auch die Stromstärke in Grenzen hält.

Bestimmung des Vorwiderstands

Die Größe des zu verwendenden Vorwiderstands ist abhängig von der Diode und natürlich von der angelegten Betriebsspannung. Die Betriebsspannung ist meistens bekannt, bzw. kann eingestellt werden.
Für Daten der eingesetzten Diode kann dem Datenblatt entnommen werden.
Im letzten Video habe ich gezeigt, wie die Kennlinie einer Diode in PSpice aufgenommen werden kann.
Im Video dieses Artikels wird nun diese Kennlinie verwendet, um die Größe des Vorwiderstands zu bestimmen.

Zeichnen einer Widerstandsgeraden in die Diodenkennlinie

Die Größe des Vorwiderstands kann durch das Zeichnen einer Widerstandsgeraden in die gegebene Diodenkennlinie ermittelt werden.
Die Widerstandsgerade geht durch drei wichtige Punkte.
1. Durch den Arbeitspunkt auf der Diodenkennlinie, der beispielsweise durch die gewünschte Stromstärke definiert ist

2. Auf der X-Achse an der Stelle der Betriebsspannung.

3. Auf der y-Achse an der Stelle I0 = UB / R

Sind zwei Punkte bekannt, z.B. der gewünschte Diodenstrom und die Betriebsspannung, kann die Widerstandgerade eingezeichnet werden.
Der Wert I0 = UB / R kann dann an der y-Achse abgelesen und daraus dann der Wert des Vorwiderstands ermittelt werden.

Video zur Ermittlung des Vorwiderstands

Im Video wird die Vorgehensweise an einem konkreten Beispiel in PSpice gezeigt. Das Ergebnis wird anschließend in der Simulation überprüft.

Der Beitrag Bestimmung des Vorwiderstands einer Diode erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Der Simulationsaufbau

Untersucht wird das Verhalten von Spannung und Strom einer Sinusspannung mit einer Frequenz von f=1kHz an einem Kondensator mit C=100nF.
Zum Vergleich ist parallel zum Kondensator ein Widerstand R=1kOhm geschaltet.

Das Ergebnis der Simulation

Die Stromstärke durch den ohmschen Widerstand ist wie erwartet phasengleich zur angelegten Spannung.
Zu jedem Zeitpunkt gilt das ohmsche Gesetz. Der Strom lässt sich also zu jedem Zeitpunkt mit der Formel
I = U/R
berechnen.
Der Strom ist also proportional zur Spannung und damit ist die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung gleich 0.

Die Stromstärke durch den Kondensator

Im Vergleich dazu ist die Stromstärke durch den Kondensator nicht phasengleich zur Spannung.
Anschaulich kann man sich das folgendermaßen vorstellen:
Auf den Kondensator muss zunächst ein Strom fließen, der Ladungsträger auf die Kondensatorplatten bringt. Erst nachdem eine gewisse Zeit lang ein Strom geflossen ist, ist auf den Platten eine nennenswerte elektrische Ladung vorhanden.
Nach dem Formel U = Q/C sorgt diese Ladung dann für eine Spannung am Kondensator.
Es muss also zunächst ein Strom fließen. Anschließend wird die Spannung aufgebaut.

Spannung und Strom am Kondensator für sinusförmige Größen

Für sinusförmige Größen sieht das folgendermaßen aus:
Der Strom eilt der angelegten Spannung um 90° vor.
(Bzw. die Spannung dem Strom um 90° nach.)

Weitere Informationen zur Phasenverschiebung an einem Kondensator findest Du in dem Video zur kapazitiven Impedanz.

Video zur Phasenverschiebung am Kondensator

Im Video werden die Zusammenhänge zwischen Strom und Spannung mit Hilfe von PSpice simuliert.
Viel Spaß mit dem Video.

Der Beitrag Simulation der Phasenverschiebung von Spannung und Strom an einem Kondensator erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Aufbau einer Sägezahnspannung

Eine Sägezahnschwingung ist eine bestimmte Form der Kippschwingung, bei die Spannung eine bestimmte Zeit linear (also in Form einer Geraden) ansteigt.
Nach dem Erreichen eines bestimmten Spannungswertes fällt das Spannungssignal aprupt auf den Ausgangswert zurück.
Anschließend beginnt das Spiel von vorn.

Erzeugen einer Sägezahnspannung

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten eine Sägezahnspannung zu erzeugen.
Eine sehr einfache Schaltung zur Erzeugung eines „quasi-Sägezahns“ wird in diesem Artikel vorgestellt.
Der Anstieg der erzeugten Spannung ist nicht ganz linear. Dafür ist die Schaltung aber sehr einfach aufgebaut.
Der Anstieg der Spannung wird über die Aufladung eines Kondensators über einen Widerstand realisiert. Zwar verläuft die Kondensatoraufladung in Form einer e-Funktion. Wenn man jedoch nur einen kleinen Teil dieser e-Funktion verwendet, erhält man einen relativen konstanten Anstieg.
Nach dem Erreichen einer bestimmten Spannung wird der Kondensator kurzgeschlossen. Der Kondensator entlädt sich sehr schnell (abrupt) und wird dann anschließend wieder über den Widerstand aufgeladen, usw.
Das Kurzschließen des Kondensators kann zum Beispiel über eine Vierschichtdiode oder einen DIAC realisiert werden. Im Video wird dazu ein Thyristor verwendet, dessen Gateanschluss mit der Kathode des Thyristors verbunden ist.

Zünden des Thyristors bis zum Unterschreiten des Haltestroms

Die Schaltung funktionier nun folgendermaßen.
Da der Gateanschluss des Thyristors mit der Kathode verbunden ist wird der Thyristor nicht gezündet. Der Thyristor sperrt.
Beim Erreichen einer bestimmten Spannung, die vom Thyristor abhängig ist, leitet der Thyristor. Und zwar so lange, wie der Strom durch den Thyristor größer als sein Haltestrom ist.
Wird dieser Haltestrom unterschritten, sperrt der Thyristor wieder und der Kondensator kann wirder über den Widerstand aufgeladen werden.
Im folgenden Video wird diese einfache Schaltung mit PSPICE simuliert.

Der Beitrag Einfacher Sägezahngenerator erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Der 7805 soll also keine konstante Spannung liefern, sondern einen konstanten Strom, unabhängig von der Belastung.

Wie der Name schon sagt, regelt der Festspannungsregler 7805 die Spannung. Er sorgt also dafür, dass auch bei schwankender Eingangsspannung oder bei sich ändernder Last die Ausgangsspannung fest auf 5V geregelt wird.

Genau genommen regelt er die Spannung zwischen Ausgangspin und gemeinsamen Bezugspotential (Eingangsspannung -> Bezugspotential und Ausgangsspannung->Bezugspotential).

Zwischen dem Pin für die Ausgangsspannung und diese Potential wird die Spannung auf 5V geregelt.

Realisierung der Stromquelle mit dem Baustein 7805

Der Trick zur Erzeugung eines konstanten Stroms mit Hilfe des 7805 funktioniert nun folgendermaßen.

Man baut nun nicht den Lastwiderstand zwischen dem Ausgangspin und dem Pin mit dem Bezugspotential um der Last eine konstante Spannung zur Verfügung zu stellen.

Stattdessen baut an an diese Stelle einen konstanten Widerstand ein.

Da die Spannung an diesem Widerstand konstant ist, ist auch der Strom durch diesen Widerstand konstant.

Diesen Strom führt man nun weiter zu Lastwiderstand und stellt dem Lastwiderstand somit einen konstanten Strom zur Verfügung.

Grenzen des Festspannungsreglers 7805 als Stromquelle

Da der 7805 je nach Typ einen Maximalstrom liefern kann, ist hier natürlich die maximale Stromstärke begrenzt.

Eine weitere Ungenauigkeit der Stromquelle kommt jedoch dazu.

Neben dem Konstantstrom der über den Widerstand geliefert wird, liefert auch der Pin des Bezugspotentials noch zusätzlichen Strom. Der Strom, der an den Lastwiderstand weitergeleitet wird, setzt sich also aus diesen beiden Strömen zusammen.

In vielen Fällen kann man diese Ungenauigkeit jedoch verschmerzen.

Video zu, Festspannungsregler 7805 als Stromquelle

Im Video wird die Schaltung zum Festspannungsregler 7805 als Stromquelle einmal in PSPCIE aufgebaut und simuliert Man sieht sehr schön, wie der Ausgangsstrom konstant gehalten wird. Erkennbar ist aber auch, wie der Strom aus dem Bezugspin den Ausgangsstrom der Schaltung beeinflusst.

Viel Spaß mit dem Video.

Der Beitrag Festspannungsregler 7805 als Stromquelle erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Je nach verwendetem Typ des 7805 liefert der Baustein eine maximale Stromstärke von 1-2 A. Lastwiderstände, die zu höheren Ausgangsströmen führen, können nicht verwendet werden.

Hier findest Du weitere Informationen zum Baustein 7805.

Durch eine geeignete Zusatzbeschaltung kann der mögliche Ausgangsstrom jedoch erhöht werden, so dass je nach Schaltung u den verwendeten Bauteilen mehrere Ampere möglich sind.

Um eine mögliche Beschaltung geht es in diese Artikel.

Prinzip zum 7805 für höhere Stromstärken

Die Idee zur Schaltung ist nun folgende.

Für kleinere Stromstärken arbeitet der Baustein 7805 wie in er Standard-Beschaltung. Er liefert den Ausgangsstrom also selbst.

Über einen Vorwiderstand wird der Eingangsstom des 7805 bestimmt. Überschreitet dieser Eingangsstrom eine bestimmte Schwelle fällt über diesem Widerstand eine Spannung ab, welche die Basis von pnp-Transistoren so weit absenkt, dass sie leitend werden und zusätzlichen Ausgangsstrom liefern.

Realsisierung hoher Stromstärken

Für hohe Stromstärken kann man nun verschiedene Maßnahen ergreifen.

Zum einen kann man Transistoren mit hohen Stromverstärkungsfaktoren und Ausgangsströmen wählen. Oder auch Transistoren zusammenschalten, beispielsweise durch Parallelschaltung oder mit Darlingtonschaltung zusammenschalten.

Das Video zu Festspanungsregler 7805 für hohe Stromstärken

Im Video wird die Verwendung des Festspanungsreglers 7805 für hohe Stromstärken mit PSPICE aufgebaut und anschließend mit mehreren, unterschiedlichen Lastwiderständen simuliert.

Man sieht sehr schön, dass die Ausgangsspannung für wechselnde Belastungszustände in einem gewissen Bereich konstant bleibt und die Ausgangsströme weit über den für den Baustein 7805 erlaubten 1-2 A liegt.

Viel Spaß mit dem Video.

Der Beitrag Festspannungsregler 7805 für hohe Stromstärken erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

In vielen Anwendungen der Nachrichtentechnik, aber auch in der Regelungstechnik, sollen bestimmte Frequenzbereiche eines Signals herausgefiltert werden.

Frequenzanteile des Signals, die außerhalb des gewünschten Bereiches liegen, sollen entsprechend abgeschnitten werden.

Um dies zu erreichen verwendet man Siebschaltungen. In einem früheren Videos habe ich hierzu den passiven Bandpass vorgestellt.

Ein passiver Bandpass besteht nur aus passiven Bauelementen, wie Widerständen, Kapazitäten und Induktivitäten, bzw. Kondensatoren und Spulen.

Aktiver Bandpass

Ein aktiver Bandpass hat zu dem noch ein verstärkendes Element.

Dieses verstärkende Element kann eine aufwendige Transistorschaltung als Verstärker sein, aber auch ein einfacher Operationsverstärker.

Aktiver Bandpass mit einem Operationsverstärker

In dem Beispielvideo in diesem Artikel, wird das aktive Element mit Hilfe eines Operationsverstärkers realisiert.

Damit der Operationsverstärker als Verstärkerschaltung arbeitet, muss der Aushang auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt werden. Der Operationsverstärker wird also gegengekoppelt.

Damit das Verhalten dieser Gegenkopplung frequenzabhängig wird, die Schaltung soll sich bei unterschiedlichen Frequenzen jeweils anders verhalten, wird ein frequentabhängiges Bauteil in die Rückführung gelegt.

In diesem Fall wird ein Kondensator und ein Widerstand parallel geschaltet.

Für hohe Frequenzen schließt der Kondensator den ohmschen Widerstand kurz. Für niedrige Frequenzen ist der Kondensator hochohmig. Dann wirkt fast ausschließlich der ohmsche Anteil in der Rückführung.

Die Zuführung des Signals erfolgt über eine Reihenschaltung aus Kondensator und Widerstand, so dass bei hohen Frequenzen hier nur der ohmsche Anteil wirkt, bei niedrigen Frequenzen wird dieser Zweig aufgrund der Reihenschaltung hochohmig.

Analyse des aktiven Bandpasses

Betrachtet man die Operationsverstärkerschaltung als invertierenden Verstärker, fällt die Analyse a leichtesten.
Ein invertierender Verstärker hat die Verstärkung V = –R2/R1, wobei

R2 der Widerstand im Rückführungszeig und

R1 der Widerstand in der Signalzuführung ist.

Hohe Frequenzen am aktiven Bandpass

Für hohe Frequenzen schließt der Kondensator in der Rückführung den Widerstand kurz, so dass R2 sehr klein wird. Die Gesamtverstärkung wird also auch sehr klein.

Für niedrige Frequenzen wird der Widerstand R1 sehr groß, so dass wir für R2/R1 ebenfalls einen sehr kleinen Wert für die Gesamtverstärkung erhalten.

Bei mittleren Frequenzen wird werde R1 sehr groß, noch R2 sehr klein, so dass in diesen Fällen die Ausgangsspannung nicht gegen Null geht.

Wir erhalten also einen Bandpass.

Das Videos zum aktiven Bandpass

Im Video wird ein aktiver Bandpass mit PSPICE simuliert.

Der Beitrag Aktiver Bandpass 1. Ordnung erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Neben dem Tiefpass, der die tiefen Frequenzen herausfiltert, und dem Hochpass, der wie der Name schon sagt für die hohen Frequenzen zuständig ist, noch den Bandpass.

Der Bandpass filtert die mittleren Frequenzen aus dem Signal.

Anwendung für Siebschaltungen

Vielleicht hast Du zu Hause eine Stereoanlage mit Lautsprecherboxen. Die in eine Lautsprecherbox eingebauten Lautsprecher haben unterschiedliche Größen. Neben den Lautsprecherboxen mit zwei Lautsprechern, einem großen Lautsprecher (Tieftöner) für die tiefen Töne und einem kleinen Lautsprecher (Hochtöner) für die hohen Töne, gibt es auch Lautsprecherboxen mit drei Lautsprechern.

Der mittelgroße Lautsprecher (Mitteltöner) ist – wer hätte das gedacht – für die mittleren Frequenzen zuständig.

Es macht Sinn nur die Frequenzen an den Lautsprecher zu geben, für die der Lautsprecher ausgelegt ist. Ein Tieftöner ist zu Beispiel aufgrund seiner Größe und Masse gar nicht in Lage so schnell zu schwingen, um hohe Frequenzen auszugeben.

Frequenzabhängige Bauteile

Um den Mitteltöner mit den gewünschten mittleren Frequenzen zu versorgen, müssen also die tiefe und hohen Frequenzen aus dem Frequenzspektrum abgeschnitten werden.

Um eine Schaltung zu realisieren, die bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedlich reagiert, benötigt man frequenzabhängige Bauteile.

Kondensatoren und Spulen, bzw. die entsprechenden elektrotechnischen Größen Kapazität und Induktivität sind frequenzabhängig.

Realisierung eines passiven Bandpasses

Zur Realisierung eines passiven Bandpasses nutzt man die Eigenschaften der frequenzabhängigen Bauteile.

Ein Kondensator hat einen hohen Widerstand bei tiefen Frequenzen und einen niedrigen Widerstand bei hohen Frequenzen.

Eine Spule hat einen geringen Widerstand bei tiefen Frequenzen und einen hohen Widerstand bei hohen Frequenzen.

Die Schaltung wird nun so aufgebaut, dass durch eine Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes, einer Spule und einem Kondensator die Ausgangsspannung für den Mitteltöner am ohmschen Widerstand abgenommen wird.

Die tiefen Frequenzen fallen nun am Kondensator, die hohen Frequenzen an der Spule ab. Bei mittleren Frequenzen erhält man einen Spannungsabfall am Widerstand.

Wie das genau aussieht, wird im Video anhand einer Simulation mit PSPICE gezeigt.

Der Beitrag Passiver Bandpass erschien zuerst auf ET-Tutorials.de.

Der Baustein 7805 wird normalerweise für das zur Verfügung stellen einer konstanten Spannung von 5V verwendet. Erkennbar ist die Höhe der Ausgangsspannung an der Bezeichnung 05. Ein Baustein 7812 liefert demnach eine Ausgangsspannung von 12V.

Über diesen Link erhältst Du weitere Informationen zum Baustein 7805

Der Spannungsregler 7805 besitzt drei Anschlüsse, wobei Ein- und Ausgangsspannung sich jeweils auf den dritten Anschluss beziehen.

Um eine konstante Ausgangsspannung von 5V liefern zu können, benötigt der 7805 eine Eingangsspannung, die um eine bestimmte Drop-Down-Spannung höher liegt. Wie hoch diese Drop-Down-Spannung ist, liegt am verwendeten Typ des Spannungsreglers. Low Drop-Typen benötigen eine, wie der Name schon sagt, niedrige Drop Down –Spannung. Hier reicht es aus, wenn die Eingangsspannung nur ca. 2 V höher als die gewünschte Ausgangsspannung von 5V ist.

7805 mit einstellbarer Ausgangsspannung

Neben der Verwendung als Konstantspannungsregler gibt es auch die Möglichkeit, die Ausgangsspannung eines 7805 über eine geeignete Zusatzschaltung einstellbar zu machen.

Das Potential am Ausgang des Spannungsreglers wird nämlich durch den 7805 so eingestellt, dass es genau 5V oberhalb des Bezugspunktes am 3. Pin des 7805 liegt.

Hebt man dieses Potential gegenüber dem 0V-Potential an, so verschiebt sich auch die Ausgangsspannung entsprechend.

Durch eine Beschaltung mit einem Spannungsteiler, der auf Basis Ausgangsspannung ein gewünschtes Potential erzeugt, kann das Bezugspotential angehoben werden.

Verhalten bei Belastung

Bedenken, sollte man jedoch, dass auch der 3. Pin eine Stromstärke liefert, die Einfluss auf das Verhalten des Spannungsteilers hat. Bei der Dimensionierung des Spannungsteilers, sollte man diesen Umstand berücksichtigen und die Widerstände des Spannungsteilers nicht zu groß wählen, damit die Ausgangsspannung auch bei unterschiedlichen Lasten relativ konstant bleibt.

Zu klein sollte man die Widerstände des Spannungsteilers jedoch auch nicht wählen, das sonst eventuell die Gesamtbelastung des 7805 zu groß wird.

Im Video wird das Prinzip der einstellbaren Spannungsquelle mit Hilfe des Bausteins 7805 gezeigt.

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Die bekannteste Schaltung ist der Schwellwertschalter, der mit einem Operationsverstärker aufgebaut ist.

Nach seinem Erfinder Otto Schmitt wird eine Schaltung, die als Schwellwertschalter verwendet wird auch Schmitt-Trigger genannt.

Bei einem Schmitt-Trigger fallen die Ein- bzw. Ausschaltschwellen nicht zusammen.

Die Ein- bzw. Ausschaltschwellen fallen sind u eine bestimmte Differenz-Spannung gegeneinander versetzt sind.

Diese Differenz-Spannung wird Schalthysterese genannt.

Ein Schmitt-Trigger wird zur Erzeugung eindeutiger Schaltzustände aus einem analogen Eingangssignalverlauf verwendet.

Beispiel für die Anwendung eines Schmitt-Triggers

An folgenden Beispiel möchte ich die Funktionsweise eines Schmitt-Triggers verdeutlichen:

Ein Schmitt-Trigger wird in diesem Beispiel für die Regelung eines einfachen Backofens verwendet.

Die gewünschte Backofentemperatur soll 200°C betragen.

Die Heizung des Backofens wird beim Unterschreiten einer Temperatur von 190°C eingeschaltet und beim
Überschreiten einer Temperatur von 210°C wieder ausgeschaltet.

Bei eine Temperaturwert zwischen diesen beiden Temperaturen bleibt der Schaltzustand erhalten.

Alle Temperaturwerte werden also darauf untersucht, ob der Schwellwert von 210°C überschritten oder der Schwellwert von 190°C unterschritten worden ist.

Die Temperaturwerte werden also gemessen, aber nur bei zwei bestimmten Temperaturwerten wird reagiert und der Ofen ein- bzw. ausgeschaltet.

Der Schmitt-Trigger mit eine Operationsverstärker

Im Video wird der Schmitt-Trigger in PSPICE mit Hilfe eines Operationsverstärkers aufgebaut.

Ein mitgekoppelter Operationsverstärker sorgt dafür, dass der Operationsverstärker bei zwei unterschiedlichen Schwellspannungen schaltet.

„Mitgekoppelt“ bedeutet, dass die Ausgangsspannung auf den nicht-invertierenden Eingang zurückgekoppelt wird. Eine Änderung der Ausgangsspannung sorgt so dafür, dass der Operationsverstärker nicht als Verstärker sondern als Schalter fungiert.

Viel Spaß mit dem Video.

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Neben dem Begriff Hochsetzsteller sind auch die Begriffe Aufwärtswandler oder auch die englischen Bezeichnungen Boost-Converter oder Step-Up-Converter gebräuchlich.

Mit dem Hochsetzsteller wird in der Elektronik ein Gleichspannungswandler bezeichnet.

Dieser Gleichspannungswandler erzeugt aus einer Gleichspannung eine höhere Ausgangsspannung.

Im Gegensatz zum Tiefsetzsteller ist die Ausgangsspannung also immer höher als die Eingangsspannung.

Daher der Name

Prinzip des Hochsetzstellers

Beim Hochsetzsteller wird die Eigenschaft einer Spule genutzt, einen fließenden Strom auch bei abgeschalteter Spannung weiterzutreiben. Die im Magnetfeld gespeicherte Energie verhindert, dass der Strom „zusammenbricht“.

Durch diesen Strom wird elektrische Ladung auf den Kondensator gebracht und somit eine Spannung aufgebaut.

Über einen elektronischen Schalter, also z.B. einem MOSFET, einem GTO-Thyristor oder einem Transistor wird die Spule in kurzen Abständen immer wieder gegen Masse geschaltet, so dass der Strom durch die Spule die damit im Magnetfeld gespeicherte Energie immer wieder aufbaut.

Beim anschließenden Sperrzustand des Schalters kann diese Energie wieder an den Kondensator abgegeben werden.

Die Spule pumpt also immer wieder Ladung auf den Kondensator, weshalb diese Schaltung auch Ladungspumpe genannt wird.

Eine Diode verhindert, dass der Kondensator bei geschlossenem Schalter, also wenn die Spule gegen Masse geschaltet ist, wieder entladen wird.

So gelangen also immer wieder neue Elektronen auf den Kondensator, dessen Spannung im unbelasteten Fall theoretisch also immer weiter steigen würde.

Bei dem belasteten Hochsetzsteller fließt jedoch auch ausgangsseitig ein Strom. Der Kondensator wird also immer wieder entladen.

Das Gleichgewicht zwischen dem Kondensator über die Ladungspumpe zugeführten Ladung und der über den Laststrom abgeführten Ladung ergibt die jeweilige Ausgangsspannung.

Das Video zum Hochsetzsteller

Im Video wird die Schaltung eines Hochsetzstellers einmal in PSPICE aufgebaut.

Viel Spaß mit dem Video.

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Villard-Schaltung als Spannungsverdoppler

Das Prinzip funktioniert folgendermaßen.
Man nutzt die unterschiedliche Polarität einer Wechselspannung, um in einer Halbwelle einen Kondensator aufzuladen. Wenn dieser Kondensator die Ladung und damit die Spannung hält, wäre bei der nächsten negativen Halbwelle die gesamte Spannung doppelt so groß.
Der Kondensator würde aber normalerweise wieder entladen werden.
Um dies zu verhindern schaltet man eine Diode in Reihe zum Kondensator. Die Diode lässt den Strom in eine Richtung passieren. Der Kondensator wird also wie gewünscht aufgeladen.
In der anderen Richtung sperrt die Diode jedoch. Der Kondensator entlädt sich also nicht.
Dieses Prinzip wird bei Spannungsverdopplern für Gleichspannungen genutzt. Ein Beispiel für einen Spannungsverdoppler ist der Hochsetzsteller.

Im folgenden Video wird die Villard-Schaltung einmal in PSPICE aufgebaut und die Funktionsweise in einer Simulation gezeigt.
Gut sieht man, dass der Kondensator, wenn er denn erst einmal aufgeladen ist, die Spannung hält und bei der negativen Halbwelle der Spannungsquelle für das doppelte Potential sorgt.
Viel Spaß mit dem Video.

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Funktionsweise eines Stromspiegels

Wesentlicher Bestandteil eines Stromspiegels sind möglichst gleiche Transistoren, d.h Transistoren mit gleicher Eingangskennlinie, also der Abhängigkeit des Basisstroms von der Basis-Emitter-Spannung und gleichem Stromverstärkungsfaktor (Kollektorstrom zu Basisstrom).
Werden die Transistoren so geschaltet, dass die Basisanschlüsse und die Emitteranschlüsse jeweils auf einem Potential liegen, fließt durch beide Transistoren der gleiche Basisstrom und somit bei gleichem Stromverstärkungsfaktor der gleiche Kollektorstrom.
Eine Änderung auf der einen Seite hat dann quasi die gleiche Änderung des Kollekorstroms auf der anderen Seite zur Folge.

Der einfache Stromspiegel in einem Beispiel

Normalerweise müssen Dioden durch einen Vorwiderstand vor zu hoher Stromstärke geschützt werden. Der Vorwiderstand begrenzt den Strom. Selbst bei Erwärmung der Diode, die zu einer besseren Leitfähigkeit der Diode führt, kann der Strom so nicht über den maximal erlaubten Wert steigen. Daher sollte man Dioden – auch nicht bei kleineren Spannungen – nicht ohne Vorwiderstand betreiben.
Eine Stromquelle, deren maximale Stromstärke begrenzt ist, kann eine Diode auch ohne Vorwiderstand betreiben.
Der Stromspiegel als steuerbare Stromquelle ist somit geeignet, eine Diode auch ohne Vorwiderstand zu betreiben.

Das Video zum einfachen Stromspiegel

Dieses Beispiel wird im folgenden Video mit Hilfe von PSPICE gezeigt.
Viel Spaß mit dem Video.

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Glättung eines einweggleichgerichteten Signals

Die einfachste Gleichrichtung ist die Einweggleichrichtung. Bei der Einweggleichrichtung wird lediglich eine Diode verwendet um die negative Welle einer Wechselspannung auszublenden.
Was dann übrig bleibt ist kaum als Gleichspannung zu bezeichnen. Ein Glättung mit anschließender Siebung macht bei dieser Restwelligkeit also besonders viel Sinn ;-).
Die Glättung eines Signals erfolgt im allgemeinen durch einen Glättungskondensator.
Während Zeiten hoher Spannungen wird der Kondensator aufgeladen. Wenn anschließend die Spannung zurückgeht –nach der Einweggleichrichtung ist die Spannung ja während der gesamten zweiten Periodenhälfte gleich Null – gibt der Kondensator einen Teil der gespeicherten Ladung an den Lastwiderstand ab.
Die Spannung am Lastwiderstand geht also nicht auf Null zurück. Der Gleichspannungsanteil hat sich durch den Glättungskondensator erhöht, die Brummspannung ist kleiner geworden.

Siebung über einen Tiefpass

In vielen Fällen ist jedoch die Brummspannung noch zu groß.
Diese Restwelligkeit kann dann ggf. noch mit einem Tiefpass verkleinert werden.
Ein Tiefpass ist ein sogenannter Vierpol, oder auch Zweitor genannt. An den ersten beiden Polen, am Eingangstor, wird die Eingangsspannung angelegt, am Ausgangstor kann dann die gesiebte Ausgangsspannung abgegriffen werden.
Um die Spannung zu sieben, besteht der Tiefpass aus einem Spannungsteiler aus Kondensator und Widerstand. Der Kondensator hat bei niedrigen Frequenzen, also z.B. Gleichspannung einen sehr hohen Widerstand. Die Gleichspannung fällt also am Kondensator ab.
Der Wechselstromwiderstand des Kondensators ist kleiner. Wechselspannungsanteile sollen also am ohmschen Widerstand abfallen.

Das Video zur Glättung und Siebung

Im folgenden Video wird die Glättung und Siebung eines eingweggleichgerichteten Signals mit PSPICE simuliert.

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Laut Wikipedia: „Beim Tischtennis beträgt die Höchstgeschwindigkeit des Balls etwa 180 km/h. Jedoch ist die Flugzeit des Balles wegen der immer noch hohen Geschwindigkeit und des kurzen Flugweges geringer als bei anderen Sportarten. Sie kann je nach Geschwindigkeit und Abstand der Spieler vom Tisch nur noch 10 bis 30 Hundertstel Sekunden betragen, was sehr kurze verbleibende Reaktionszeiten zur Folge hat.“

Wenn der Roboter also eine Chance hat, dann haben die Jungs und Mädels einen hervorragenden Job gemacht.
Roboterkonstrukteur und –programmierer.
Vielleicht auch ein Job für Dich?
Hier schon einmal das Teaser-Video zum Wettkampf Mensch gegen Maschine.

Die Herausforderung

Aufschlag
Der wichtigste Spielzug und der für Spieler aller Klassen zu retournierende Ball ist der Aufschlag. Ob, schnell oder langsam, über- oder unterschnitten. Die Flugbahn und die Geschwindigkeit des Balles lässt sich von menschlichen Spielern erst sehr spät erkennen. Der Roboter erkennt es wahrscheinlich erst, wenn der Ball schon unterwegs ist und hat nur sehr kurze Zeit, sich darauf einzustellen.

Rotation
Tischtennisspieler können den kleinen Ball beim Schlag in unterschiedliche Rotation versetzen. Neben der eigentlichen Flugbahn muss der Roboter ebenfalls diese Rotation erkennen können.

Überschnitt
Beim Überschnitt, oder Topspin, verläuft die Bewegung von unten hinten nach vorne oben, wobei der Ball im oberen Teil des Schlägerblattes getroffen (angerissen) wird, dem Ball wird eine Vorwärtsrotation verliehen.
Genau genommen muss man hier noch den Vorhand-Topspin und den Rückhand-Topspin unterscheiden. Gerade der frühgenommene Vorhand-Topspin führt zu sehr kurzen Reaktionszeiten, die der Roboter einhalten muss.

Unterschnitt
Beim Unterschnitt wird der Ball in der unteren Hälfte gestreift und erhält so eine rückwärts gerichtete Rotation. Die Flugbahn verlängert sich dadurch. Am Ende der Flugbahn beginnt der Ball jedoch steil zu fallen. Ziel ist es, mit dem Unterschnitt dem Gegner den nächsten Topspin unmöglich oder zumindest sehr schwer zu machen. Die starke Rotation lässt den Ball vom Schläger des Gegners nach unten abspringen. Es kommt hierdurch häufig zu Netzbällen.

Seitenschnitt
Zusätzlich kann der Spieler dem Ball noch einen Spin nach links oder rechts geben. Dies sorgt dafür, dass bei einem gerade retournierten Schlag der Ball eben nicht gerade tzrückfliegt, sondern eine vielleicht unerwünschte Flugbahn nimmt.

Die Herausforderung für den Roboter

Die Herausforderung für den Roboter liegt also nicht nur darin mit der hohen Geschwindigkeit des Balls zurecht zu kommen, der Spin des Balls sorgt für zusätzliche Schwierigkeiten. Und ein Spieler wie Timo Boll weiß wie man den Ball rotieren lässt.

Das Video zum Wettkampf Timo Boll vs. KUKA

Leider gibt noch kein Video zum Wettkampf. Nur dieses Promotion-Video.

Tja, das Tischtennis-Match zwischen der Agilus-Maschine und Timo Boll war leider nur ein Werbegag.
Auf der Facebook-Seite von Kuka heißt es, Kuka wollte damit darstellen, zu was Roboter in Zukunft alles in der Lage sein werden.

So ist es eher eine Anti-Werbung für die Robotortechnologie. Wenn man nichts kann, sollte man lieber den Ball etwas flacher spielen.

Noch peinlicher ist das hier:

Zukunft vs. Gegenwart

Das, was KUKA hier zeigen wollte ist sicher die Zukunft im Tischtennistraining. Ob Hobby- oder Vereinsspieler, man wird künftig sehr erschwinglich jederzeit einen Sparringspartner zur Training im Tischtenniskeller haben.
Die Gegenwart, bzw. die heute bereits verfügbaren (maschinellen) Trainingspartner, sieht noch anderes aus.
Die derzeit verfügbaren Tischtennis-Roboter sind eher Ballmaschinen, die zwar nicht reagieren können, den Ball jedoch auch schon einstellbar mit überschnitten oder unterschnitten zuspielen können, um die eigene Reaktion auf solche Bälle zu trainieren.
Zwei solcher Tischtennis-Roboter gibt es z.B. bei Amazon:

und

Und weiter geht's …

Kaum zu glauben.

KUKA hat die Story nicht einfach klamm und heimlich eingestellt. Aus Marketing-Sicht war es doch eher ein Non-Event und wäre also nicht weiter aufgefallen.

Nein.

Sie machen tatsächlich weiter mit dieser „Story“. Im März soll es wieder ein Video geben.

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Resistive Touchscreens

Wie der Name resistives Touchscreen schon vermuten lässt, funktioniert diese Art Touchscreens durch die Änderung des elektrischen Widerstands des Touchscreens.
Dort wo Druck auf das Display ausgeübt wird, ändert sich der Widerstand zwischen oberer und unterer Scheibe des Touchscreens.
Durch wechselnde Polung der Scheiben kann der genaue Druckpunkt ermittelt werden. Wie das genau funktioniert sieht Du im Video.

Induktive Touchscreens

Für induktive Touchscreens benötigt man einen Stift, in dem eine kleine Spule verbaut ist.
Grob erklärt funktioniert ein induktives Touchscreen folgendermaßen:

An die Spule im Stift wird eine Spannung angelegt und so ein magnetisches Feld erzeugt.
Dieses magnetische Feld induziert auf dem Touchscreen eine Spannung, so dass der Ort des Stiftes erkannt werden kann.
Induktive Touchscreens sind beispielsweise in Graphik-Tablets verbaut. Ich nutze beispielsweise dieses Graphiktablet für meine Videos.

Kapazitive Touchscreens

Kapazitive Touchscreens sind in Smartphones verbaut.
Bei Kapazitiven Touchscreens bestehen untere und obere Scheibe aus Metallgittern, die übereinander gelegt, kleine Kondensatoren darstellen.
Durch die Berührung durch einen Finger ändert sich die Kapazität an dem jeweiligen Punkt. Diese Änderung der Kapazität verrät, an welcher Stelle das Display berührt worden ist.
In diesem Video werden die Funktionsweisen von Touchscreens noch detaillierter erläutert.
Viel Spaß mit dem Video.

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Spannungsregler LM317

Ein sehr häufig verwendeter IC ist der Spannungsregler LM317 von National Semiconductor Corporation (NSC).
Dieser IC hat den Vorteil gegenüber anderen Spannungsregler, wie beispielsweise der 7805, dass beim LM317 die Ausgangsspannung nicht fest ist, sondern mit Hilfe eines einfachen Spannungsteilers eingestellt werden kann.
Zwei Widerstände, R1 und R2, bestimmen die Ausgangsspannung, die sich dann nach einer Formel im Datenblatt

Vout = 1,25V (1 + R2/R2)

einstellt.

Simulation der Schaltung mit dem LM317 in PSPICE

Im Video weiter unten wird eine Schaltung mit dem LM317 aufgebaut und simuliert.
Als Eingangsspannung steht eine Spannung von 10V mit einer Restwelligkeit von 1V Amplitude zur Verfügung.
Die Eingangsspannung schwankt also zwischen 9V und 11V.
Die Widerstände werden so eingestellt, dass der Spannungsregler eine Ausgangsspannung von 3,75 V ausgibt.
Hierzu wird R1=240 Ohm und R2= 480 Ohm gewählt.
Eingesetzt in die Formal ergibt das:
Vout = 1,25V (1 + 480Ohm/240Ohm) = 1,25V (1 + 2) = 3,75V
In der Simulation sieht man sehr schön, wie die Eingangsspannung zwischen 9V und 11V schwankt, die Ausgangsspannung aber konstant bei 3,75 bleibt.

Eingangsspannung nicht zu klein wählen

Doch Vorsicht. Der LM317 benötigt einen Spannungsabstand von mindestens 5V zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung.
Wählt man diesen Abstand zu klein, erhält man am Ausgang keine saubere Gleichspannung.
Auch dieser Effekt wird im Video gezeigt.
Viel Spaß mit dem Video.

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Operationsverstärker als nicht invertierender Addierer

Basis der Schaltung ist ein nichtinvertierender Verstärker. So vermeidet man zumindest schon einmal das Minuszeichen.
Der Trick ist nun folgender.
Durch die Zusammenschaltung der Eingangsspannungen in einer Sternschaltung erhält man im Sternpunkt den Mittelwert der Eingangsspannungen. Dies kann man beispielsweise mir dem Überlagerungsverfahren zeigen.
Im Sternpunkt hat man also die Summe der Eingangsspannungen geteilt durch die Anzahl der Eingangsspannungen. So ist ja der Mittelwert definiert.
Das Ziel der Schaltung soll aber die Summe der Eingangsspannung sein.
Um dies zu erreichen muss man also nur mit der Anzahl der Eingangsspannungen multiplizieren und man erhält das gewünschte Ergebnis.

Video zum Operationsverstärker als nichtinvertierender Addierer

Im Video wird der Aufbau eines nichtinvertierenden Verstärkers mit PSPICE simuliert.
In dem Beispiel werden drei Eingangsspannungen
U1=1V
U2=2V
U3=6V
addiert.
Zunächst wird in einer Sternschaltung der Mittelwert der Spannung gebildet.
Um = (U1+U2+U3) / 3 = (1V + 2V + 6V) / 3 = 9V/3 = 3V
Anschließend wird dieser Mittelwert mit der Anzahl der Eingangsspannung multipliziert.
3V x 3 = 9V.
Man erhält also wie gewünscht am Ausgang die Summe der Eingangsspannungen 1V+2V+6V = 9V
Viel Spaß mit dem Video.

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Der Operationsverstärker als invertierender Addierer

Bei der Operationsverstärkerschaltung als invertierender Addierer ist das Ergebnis der Operation die Summe der Eingangsspannung, mal -1.
Ein Beispiel:

Wenn die beiden Eingangsspannungen U1=3V und U2=5V mit der Operationsverstärkerschaltung addiert werden, ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Ua = -(U1+U2) = -8V.
Man addiert also die beiden Spannungen 3V+5V=8V und negiert das Ergebnis: Ua = -8V.

Herleitung der Formel zum invertierenden Addierer

Ausgehend vom einfachen invertierenden Verstärker kann man die Formel zum invertierenden Addierer leicht herleiten.
Wenn beim invertierenden Verstärker die beiden Widerstände gleich groß sind, ist die Ausgangsspannung gleich der invertierten Eingangsspannung: Ua=-Ue.
Wenn man nun eine zweite Eingangsspannung zur bereits gegebenen ersten Eingangsspannung über einen Widerstand mit dem gleichen Widerstandswert parallel schaltet, addieren sich die Stromstärken am Knotenpunkt der virtuellen Masse.
Diese nun erhöhte Stromstärke sorgt dann für einen erhöhten Spannungsabfall am Rückführungswiderstand des Operationsverstärkes. Und somit zur höheren Ausgangsspannung (mal -1, weil der Spannungsabfall von der virtuellen Masse zum Ausgang verläuft.

Das Video zum Operationsverstärker als invertierender Addierer

Im Video wird der Aufbau und die Funktionsweise des Operationsverstärkers als invertierender Addierer gezeigt.

Viel Spaß mit dem Video.

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