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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie erkläre ich die Phasenverschiebung?


Autor: Patrick K. (unknown_artist)
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Hallo!



Ich habe eine Schaltung wie im Anhang aufgebaut (Praktikumsversuch).
An Stelle des Z befand sich ein Kondensator.

Am Oszi habe ich eine frequenzunabhängige Phasenverschiebung von 36° 
gemessen.
Theoretisch sollte ich 90° rausbekommen.

Bis jetzt habe ich mir zwei möglichkeiten überlegt:

a) Ich hab alle 20 Werte falsch abgelesen. ("delta t")

b) Es handelt sich um eine schaltung wie bei einem Phasenschieber.
Kann das sein? Der Aufbau ähnelt 
http://www.physik.uni-greifswald.de/grundpraktikum... (Seite 4 
Abb1 )
Bin mir aber nicht sicher. Könnte sein, dass R und C für eine exakte 
Verschiebung von 90° falsch dimensioniert sind?
Oder ist das Blödsinn was ich da erzähle?


Grüße




EDIT


Ich merke gerade, dass die Überlegung mit der Phasenschieberschaltung 
nicht aufgeht. Hab eine bessere Erklärung zur funktionsweise gerade 
gefunden.

Bleibt dann nur noch "vermessen" übrig, oder wie könnte ich die 
geringere Verschiebung erklären?

Autor: Karl Arsch von der Rennbahn (Gast)
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Greifst du U_Z ab dann hast du einen klassischen RC-Tiefpass. Bei U_R 
ist's ein Hochpassverhalten. Die Phase wird durch R, C und die Frequenz 
bestimmt. Alles zwischen 0° und (-)90° ist möglich.

Autor: Patrick K. (unknown_artist)
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Oh je ... dann ergibt sich rechnerisch eine Phasenverschiebung von 
89,6°.
Wenn ich zurückrechne mit meiner Phasenverschiebung dann bräuchte ich 
eine Kapazität von 1,15miliFarad. Der Kondensator hat eine von 50nF.

Eine Leitungskapazität von 1,14995 miliFarad in der Messleitung sind 
denke ich auszuschließen.

Das heißt ... ich bin zu doof zum Ablesen ... und das 20 mal 
hintereinander ... Ich bin nicht stolz auf mich.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Also, wenn du gemäß dem Schema mißt, dann solltest du bei idealen 
Bauteilen auch wirklich 90° Phasenverschiebung messen, unabhängig von 
der Frequenz!

Warum? Weil der Abgriff über dem Widerstand proportional zum durch den 
Kondensator fließenden Strom ist, der der Kondensatorspannung um 90° in 
der Phase voraus eilt. Jetzt mußt du nur noch berücksichtigen, daß 
aufgrund des gewählten Massepunkts die Phase der abgegriffenen 
Kondensatorspannung um 180° gedreht ist.

Die Phasenverschiebung mißt du, indem du die Zeitverzögerung zwischen 
den Nulldurchgängen von Spannung und Strom ins Verhältnis setzt zur 
Periodendauer und das mit 360° multiplizierst. Bei 90° 
Phasenverschiebung fallen übrigens die Nulldurchgänge der einen Kurve 
mit den Hoch- und Tiefpunkten der andere Kurve zusammen.

Kai Klaas

Autor: Karl Arsch von der Rennbahn (Gast)
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Langsam wäre mal interessant zu wissen, zwischen wem oder was du eine 
Phasenverschiebung wie gemessen hast. Wie groß ist C, wie groß ist R?

Autor: Peter R. (pnu)
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Und was ist mit der Wechselspannungsquelle ?

Die muss in dieser Schaltung massefrei sein. Ist das wirklich der Fall? 
Wenn nicht, ists Essig mit den 90 Grad.

Auch der Eingangswiderstand des Scope ( meist 1 MOhm ) kann bei 
entsprechenden Werten von C, R und f einen Einfluss haben.

Also, wie groß sind C und R eigentlich ?

Autor: Peter R. (pnu)
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Gerade hab ich gesehen, der C hat 50nF. Das ergibt bei 50 Hz ein Xc von 
ca. 64 kOhm, da bringt der 1 MOhm-Eingangswiderstand des Scope schon 3,6 
Grad Fehler.

Was ist das FM im Schaltbild?

Autor: Patrick K. (unknown_artist)
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R = 224 Ohm, C=50nF
Ein Wertepaar: f=100Hz , U_R=0,3V  U_Z=4,8V

Ja, der Frequenzgenerator war Erdungsfrei. Stand in der 
Betriebsanleitung, hab ich nachgeschlagen.

Kanal 2 war invertiert, damit die Flanken gleich werden.

Abgelesen habe ich das "Delta t" des Nulldurchgangs von einem 
zusammengehörenden "Flankenpaar". Hätte ich das vllt. bei einem 
invertierten Kanal nicht tun dürfen? Aber die Nulldurchläufe sind ja 
eigentlich gleich...

Das FM ist ein externer digitaler Frequenzzähler, der aber im 
Messbetrieb abgestöpselt ist.
Den gibts nur, weil es im Praktikum Spezialisten gibt, die mit der 
logarithmischen Skala auf dem Funktionsgenerator nicht klarkommen.

Den hatte ich aber nur so lange geschalten, bis die Frequenz auf 0,1Hz 
genau eingestellt war.


Gut. 3,6° Fehler ... muss ich nur noch ca. 50° Abweichung vom 
theoretischen Wert erklären .. das sind ja nur schlappe 56% :D

Ich vermute mal, ich habe mir die Zeitablenkungswerte falsch 
aufgeschrieben. Anders kann ich es mir nicht erklären. Der war schon so 
ausgelutscht, dass der Markierungsstrich immer zwischen den Zahlen 
stand. Da muss ich wohl irgendwie den falschen Wert abgelesen haben.
Hab das praktikum weiter ausgewertet und festgestellt, dass ich - wenn 
ich einen induktiven anstelle des kapazitiven nehme - wieder eine 
Phasenverschiebung von genau 36° erhalte.

Was anderes kann ich mir nicht erklären .. das idiotische ist nur, dass 
ich 20 Messwerte pro Widerstandssorte, also 40 Messwerte habe, die alle 
36° herausbringen... so blöd kann man eigentlich gar nicht sein...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Audiotrack,

bei einer Einstellfolge 1-2-5 bei der Zeitablenkung ergibt sich bei 
einer Verwechslung ein Fehler von Faktor 2 bzw. 2,5. Und 2,5 x 36° = 
90°...

Die 3,6° Fehler von Peter hast du übrigens nicht, wenn du einen 10:1 
Tastkopf verwendest. Dann ist der Fehler unter 0,2°.

Kai Klaas

Autor: Patrick K. (unknown_artist)
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Das ist die Erklärung. So schreib ichs hin :) Vielen Dank!

Hab keinen 10:1 Tastkopf verwendet, wir hatten das Oszi über 
stinknormale "Bananenstecker-Messleitungen" mit einem BNC-zu-Banana 
Adapter angeschlossen.

Ist eben nur ein Praktikum. Ein Wunder, dass wir überhaupt lernen wie 
man so einen kasten benutzt ;)

Danke für die hilfe!

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