Hausaufgaben

[Ney]

Chris,

pass mal gut auf. Solche Aufgaben haben nur den Sinn, die Schüler unnötig durcheinander zu bringen. Ich werde hier die 450µA mal einfach vergessen und dir einen Vorschlag unterbreiten:

Dieses Messgerät ist in einer Brückenschaltung relativ zur Betriebsspannung (6V) und Masse/Minus verschaltet. Für die erste Frage spielt der Poti P2 gar keine Rolle. Du hast zwischen plus und minus 6V. Auf Source ist die Spannung 2V. Das bedeutet, auf Drain-Source bleibt der Rest bis auf 6V hängen. Das bedeutet Uds = 4V

Es fließt kein Strom durch das Messgerät, wenn "S" vom Poti P1 gegen Masse genau so viel beträgt, wie Source des Fet's gegen Masse, sprich auch 2V. Dieser Anteil vom Poti P1 nennen wir "SR" (ist auch so im Bild bezeichnet).
Auf der selben Seite nach oben haben wir den Anteil vom Poti P1 als "SE" in Reihe mit einem 150Ohm. Auf dieser Reihenschaltung SE+150Ohm muss die selbe Spannung abfallen, wie auf Uds vom Fet, sprich Uds = 4V.
Das bedeutet durch den ganzen Zweig SE+150Ohm und SR fließt der gleiche Strom, denn wir I2 nennen. Jetzt bekommen wir folgende Gleichungen:

Uds = 4V
Us = 2V
IT =Strom durch den FET, der gleichzeitig auch durch den 10kOhm fließt
1) I2 x SR = 2V
2) I2 x (SE + 150Ohm) = 4V
3) SE + SR = 250Ohm

1), 2) und 3) stellen 3 Gleichungen eines Gleichungssystems mit 3 Unbekannten. Diese sind I2, SE und SR.
Kannst du dieses System lösen?

[Ney]

Als Erklärung nimm bitte das Bild aus folgender Seite dazu:

https://de.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BCc ... ndbild.svg

Wir sehen das gleiche Gebilde, wie in deiner Aufgabe. Ein Strom I5, wie quasi in deinem Messgerät, fließt dann wenn die Spannung U5 ungleich Null ist. Umgekehrt ist I5 = 0, wenn U5 = 0 ist.
Wir brauchen folgende Maschengleichungen:

1) U2+U5-U4 = 0 (es wir ein beliebiger Umlauf gewählt. Alle Spannungen die diesem Umlauf entsprechen sind mit dem Plus-Vorzeichen zu versehen. Die Spannungen, die diesem Umlauf entgegengesetzt sind, werden mit Minus-Vorzeichen versehen. Hier haben wir den Gegenuhrzeigersinn gewählt => U2 entspricht, daher Plus; U5 entspricht, daher Plus; U4 entspricht nicht, daher Minus. Sowohl die Spannungen als auch der gewählte Sinn werden beliebig gewählt. Die Ergebnisse der Berechnungen belegen oder widersprechen dem Gewählten, was in demVorzeichen nach den Berechnungen zu sehen ist. Hoffe, du verstehst, was ich meine)
2) U1-U3-U5 = 0 (das gleiche Spiel)

Strom I5 = 0 => U5 =0 Damit werden die beiden Gleichungen zu:
U2 - U4 = 0 => U2 = U4
und
U1 - U3 = 0 => U1 = U3

Ersetze nun U1 mit Us = 2V aus deiner Übung
und U2 = U4 =4V als der Rest bis auf 6V in deiner Übung

Das bedeutet durch den Zweig R2 und R1 fließt der selbe Strom und durch den Zweig R4 und R3 fließt auch der selbe Strom. Ich hoffe, das ist klar genug

[der mit den kurzen Armen]

Nein hier hast du schon einen Denkfehler ! Der Strom durch das Messgerät wird null. Wenn Gilt Us= Usa. Den das Messgerät befindet sich inklusive des Potis P1 in einer Brücke gebildet aus dem Mosfet mit der Drain-Source-Strecke und dem Source Widerstand von 10 K und auf der anderen Seite hast du die Brücke aus den 150 Ohm in Reihe mit 250Ohm wobei dann der Schleifer eine Spannung zwischen dem E und A -Anschluss abnimmt.
So schauen wir uns die Schaltung weiter an an dem 10 K Widerstand liegt eine Spannung von 2 V an das entspricht nach Ohm I= U:R = 2V : 10000Ohm= 0,0002A = 0,2mA= 200µA . Dieser Strom muss aber auch durch den Drain fließen. Dieser ist aber mit 450µA angegeben. >>>> 450µA -200µA = 250µA >>>> 250µA fließen durch das Instrument und P1 und die Strecke S nach A . It muss aber wegen der Bedingung I mess = 0 nur 200µA betragen! Deshalb beträgt bei Nullabgleich der Strom It nur 200µA!!!! Bei Vollausschlag kann der durchaus 450µA betragen. Dann fließen 250µA durch das Instrument +P2 +das Poti P1 nach Minus.
Weiter gilt am Punkt S des Potis P1 muss die Spannung nach A ebenfalls 2 V betragen. Nur dann ist der Strom durch das Messgerät inklusive dem Poti P2 =null.
So schauen uns wir nun den anderen Zweig an der Besteht aus 3 in Reihe geschalteten Widerständen R1 =150Ohm
R2+R3 =250Ohm. Die Verbindung von R2 mit R3 ist der Schleifer des Potis.
Wegen der Bedingung Imess = 0 gilt das die Spannung Us = Usa = UR3 beträgt der Spannungsabfall über R3 =2V So rechnen wir mal den Strom durch die Reihenschaltung aus 6V: (150Ohm+250Ohm)= 15mA
Ur1= R1*15mA= 2,25V Das bedeutet die Spannung am Punkt E beträgt 6V-2,25V= 3,75V
Da über R3 2 V abfallen sollen beträgt R3 = R=U:I >>> 2V:15mA= 133 Ohm und aus 250Ohm -133Ohm folgt R2 = 117 Ohm
Mit diesen Werten kannst du nun die Spannung über R2 berechnen 117Ohm *15mA= 1,75V
Gegenrechnung Ur1+Ur2+Ur3 = Uges 2,25V + 1,75V+2 V = 6V
Bleibt nur noch IG Ig ist I R1+It und das sind 15mA+0,2mA = 15,2mA

So und nun kannst du mal das Ganze für Vollausschlag mit It = 450µA = 0,45mA ausrechnen!

[Ney]

Ich habe selten Denkfehler, wohl aber eine Sehschwäche. Was ich als SR angenommen habe ist eigentlich ein SA. Ich habe einfach nur "A" als "R" angenommen

[der mit den kurzen Armen]

Das bedeutet durch den Zweig R2 und R1 fließt der selbe Strom und durch den Zweig R4 und R3 fließt auch der selbe Strom. Ich hoffe, das ist klar genug

etwas verwirrend I5= 0 wenn gilt I1:I2= I3:I4 oder auf die Spannungen bezogen gilt U1:U2 = U3:U4 nur dann ist U5 =0
man kann auch sagen U5 ist null wenn U1= U3 und U2=U4

[der mit den kurzen Armen]

tröste dich ich hab das A am Anfang auch als R gesehen.
Wie gesagt um zeichnen hilft oft das Problem zu erkennen und Potis einfach als Reihenschaltung von 2 R zu sehen!

[ChrisVB]

@Ney
Abrechen is keine Option ich möchte es ja Lernen.Ich habe noch nix mit Brückenschaltung, FET und Maschengleichung zu tun gehabt bis jetzt, Sorry. Deshalb weiß ich auch nicht genau was du meinst.

@der mit den kurzen armen
Um das mit It=0,45mA zu rechnen muss ich doch Widerstände Verändern damit das Instrument null zeigt? Bin ich auf dem Richtigen Weg?

[ChrisVB]

Da war ich ja mal voll auf dem Holzweg
Jetzt wo ich es mal selbst durchgerechnet habe, ist es eigentlich machbar (nicht so wie ich). Ich weiß immer nicht wie ich ein Anfang finde

[der mit den kurzen Armen]

Brückenschaltung.GIF

Wie ich schon sagte, zeichne dir derartige Schaltungen erst einmal um! Den Mosfet ersetzt du durch einen R, das Poti durch 2 in Reihe geschaltete Widerstände.
Mit den angegebenen Werten (Ur2 = 2V und R=10k) kannst du den Strom durch R2 berechnen. Da dieser Strom aber auch durch R1 muss ist Ir1 auch nur 0,2mA . Da Ir6 = 0 sein muss ! Unter dieser Bedingung ist aber Ur5 auch = 2V . Das bedeutet über R3 und R4 muss eine Spannung von 4 V stehen genau wie über R1!
Den Strom durch R3+R4+R5 kannst du berechnen ! 6V : (150Ohm +250 Ohm) = 15mA
Mit dem berechnetem Strom und den Werten von R1 kannst du die Spannung über R1 berechnen. Und mit dem Strom durch R5 und der Spannung an R5 auch den Wert von R5! Damit ergibt sich aber wegen der Bedingung R4+R5 = P1 der Wert für R4! und damit hast du auch Die Spannungen über R3 , R4 und R5!
So nun ändert sich an der gesamten Schaltung nur R1 ! Das bedeutet die Spannung Ur1 ändert sich, aber auch die Spannung über R2 muss sich ändern! (Ur1+Ur2= Uges) Der Strom durch R1 teilt sich auf in den Strom durch R2 und den Strom durch R6. ( Ir1= Ir2+Ir6 ) Auf der anderen Seite ändern sich aber auch die Spannungen den durch unseren R5 fließt ja ein höherer Strom! Damit ändert sich aber auch die Spannung über R5 (Ir5=Ir4+Ir6) und wegen Ur3+Ur4+Ur5 = Uges auch die Spannung über Ur3+Ur4! Das dabei der Gesamtstrom sich auch ändert ist logisch den R1 wird wegen steigendem Strom durch R1 größer!
So und um das gesamte Gebilde zu verstehen soll Ir1 = 0 sein. Wie ändert sich dann das Verhalten des Messinstrumentes! beachte R3 , R4 und R5 werden nicht verändert!

[Ney]

@Ney
Ich habe noch nix mit Brückenschaltung, FET und Maschengleichung zu tun gehabt bis jetzt, Sorry. Deshalb weiß ich auch nicht genau was du meinst.

Ich hatte schon das Gefühl, dass es falsch von vorne bis hinten läuft. Deshalb bin ich immer noch der Meinung, dass du mit Idioten zu tun hast.
Die Elektronik ist nicht so kompliziert, wenn gewisse Regeln beachtet werden:

1) Sehr gute Mathematik-Kenntnisse
Hier hat man es leicht, wenn man sehr tief bohrt
2) Man fängt immer aufbauend von den einfachsten Grundlagen an
Die Reihenfolge ist sehr wichtig. Du merkst selber, du kommst nicht wirklich weiter, wenn Brückenschaltung, Maschengleichung usw. nicht richtig sitzen. Insgesamt lässt sich das so darstellen, dass es Grundlagen, Applikation der Grundlagen und Applikation der Applikationen der Grundlagen gibt.
Kleines Beispiel:
Du lernst irgendwann, nach den tieferen Grundlagen, was eine ideale Stromquelle ist. Des Weiteren lernst du später, dass ein Transistor eine krumme Ausgangskennlinie hat, weshalb der Strom nicht nennenswert weiter ansteigt, wenn die Betriebsspannung ansteigt. Eine mögliche Applikation von diesen Grundlagen ist eine Konstantstromquelle für die Ansteuerung von LED's mit einer einfachen Transistorschaltung. Die Applikation der Applikation ist z.B. die Stromquellen-Eigenschaft des Transistors zu nutzen, um eine Spannungsverstärkung zu realisieren.
Mit sehr gut verstandenen Grundlagen und mit viel trockener Übung erkennt mann irgendwann automatisch bestimmte Muster in den komplexesten Schaltungen auf Anhieb, wie in dieser Übung die Brücke in einer Schaltung mit Transistor. Mehr als das, du wirst mit der Zeit kompexeste Schaltungen gedanklich in bekannte Muster zerlegen, um das Gesamtbild dann zu verstehen.
Also, auch wenn dir manche Lektionen in den Grundlagen als unbrauchbar erscheinen, streng dich an, diese zu verstehen. Die Sinnhaftigkeit dahinter wirst du mit Sicherheit irgendwann entdecken
Uuuuund...die Mathematik auf keinen Fall vernachlässigen, auch wenn dir gewisse Dinge zunächst unbrauchbar erscheinen

[ChrisVB]

Sorry das ich mich jetzt erst wieder melde, war Krank und habe flach gelegen. Langsam ist es mir echt Peinlich und komm mir Blöd vor. Ich merke langsam auch das ich mich mit den Grundlagen nochmal Beschäftigen muss, aber ich kann auch nicht Verstehen das ich solch eine Aufgabe bekomme, wenn ich sowas noch gar nicht hatte. Und das mit den Ersatzschaltbilder werde ich mir in Zukunft auch aneignen.

Die Aufgabe aus den Hausaufgaben habe ich jetzt hoffentlich Verstanden, das ist doch eine ausgeglichene Brückenschaltung oder?
Aber welches Verfahren muss jetzt angewendet werden um Auszurechnen wann Ir1=0 ist?

Wie lässt sich R1 Ausrechnen? Ich weiß ja nur das 0,45mA durch R1 fließt und wie viel Spannung abfällt weiß ich ja auch nicht. Oder ist das Rechnerisch zu lösen?

Wenn es euch zu doof ist mir weiter zu helfen könnte ich das Verstehen, aber wenn ihr mir weiter helfen würdet wäre natürlich Super.

Auch wenn ich mich Wiederhole, vielen Dank für eure Hilfe.

[anders]

ch weiß ja nur das 0,45mA durch R1 fließt und wie viel Spannung abfällt weiß ich ja auch nicht.

Dass ohmsche Gesetz meint, daß 0,45mA an 10kOhm einen Spannungsabfall von 4,5V verursachen.

das ist doch eine ausgeglichene Brückenschaltung oder?

Nein, mit diesen Vorgaben kann die Brücke überhaupt nicht abgeglichen werden.
Wenn wirklich diese 450µA durch den Transistor fliessen, dann fallen an dem 10k-Widerstand 4,5V ab und 1,5V an dem FET.
Demgegenüber steht die Reihenschaltung von 250 Ohm-Poti und 150 Ohm, deren Spannung am Schleifer "S" sich nur zwischen 0 und 3,75V verändern lässt.

Es ist also gar nicht möglich dort die benötigten 4,5V einzustellen, damit durch das Amperemeter kein Strom fliesst.
...Es sei denn, das Amperemeter ist schon durchgebrannt und lässt deshalb keinen Strom mehr fliessen.

P.S.:

Wie lässt sich R1 Ausrechnen?

Überhaupt nicht. Dr Werte steht doch da: 10k

[der mit den kurzen Armen]

brückenschaltung.GIF

so zurück zur Basis: Hier mal eine Brückenschaltung. Die Brückenschaltung ist abgeglichen wenn gilt Ur2 = Ur4 dann gilt aber auch Ur1= Ur3. Denn nur in diesem Fall ist die Spannung Ur5 = 0. In allen anderen Fällen steht über R5 eine Spannung und demzufolge fließt auch ein Strom durch R5 . Ausnahme R5 ist unendlich.

[ChrisVB]

Mit abgeglichenen Brückenschaltung hab ich die gelöste Hausaufgabe mit 200 µA gemeint, da habe ich mich nicht genau genug ausgedrückt.

Ich habe mich jetzt an deinem Ersatzschaltbild Orientiert und da ist doch R1 der Erstarzwiderstand von dem FET und R2=10k. Und wenn wie du geschrieben hast sich der Strom durch R1 sich aufteilt auf den Strom durch R2 und R6, dann weiß ich doch nur das durch R1 450µA flireßen. Oder mach ich wieder mal einen Denkfehler?

[der mit den kurzen Armen]

Falsch Denkfehler: Über R2 steht eine Spannung von 2 V . Demzufolge müssen über R1 4 V stehen um auf 6 V zu kommen. Durch den R5 soll kein Strom fließen. >>>> I= U:R 2V:10000ohm ergibt 0,2mA. Dieser Strom muss auch durch R1. Aus 4V:0,2mA ergibt sich für R1 =20k. (Probe 6V:30k= 0,2mA) Über R4 muss ebenfalls eine Spannung von 2 V stehen. Das bedeutet an R3 stehen 4V an. R3 ist mit 150 Ohm angegeben. >>> I=U:R >>> I= 4V:150 ohm =26,6mA. Dieser Strom fließt aber auch durch R4. >>>> R4 = 2V: 26,6mA = 75,19 Ohm. (Probe 6V:(150Ohm+75,19Ohm)= 26,6mA ) Die Brücke ist abgeglichen. Da der Strom durch R5 = 0 ist. So ändert sich nun der Wert von R1, so muss sich auch der Strom ändern. Denn die Summe aus R1+R2 wird ja kleiner. Aus 6V: 0,45mA ergibt sich ein Gesamt R von 13,3 k davon entfallen auf R2 10k bleiben für R1 3,3k
Jetzt kannst du Probe rechnen 10k*0,45mA ergeben 4,5V und 3,3k *0,45mA ergeben 1,48 V runden wir sinnvoll stehen über R1 1,5V und über R2 4,5V. Das bedeutet am R5 liegt eine Spannung von 2V auf der rechten Seite und über R4 aber auf der linken Seite eine Spannung von 4,5V über R2, also eine Differenzspannung von 2,5V. Da R5 ja nicht unendlich ist wird der Spannungsteiler aus R1 und R2 sowie der Teiler aus R3 und R4 belastet. Damit fließt aber auch ein Teilstrom über R1 und R5 und R4 so das sich die Spannungen an R2 und R4 auch ändern. Hier greift dann am besten der Knotensatz, der besagt die Summe der in einen Knoten hinein und heraus fließenden Ströme ist gleich Null. Wird der Strom durch R1 kleiner als die 0,2mA kehrt sich die Spannung am R5 um. Nehmen wir an R1 wird unendlich, damit ist der Strom durch R1 = 0 und die Spannung an R2 wird zu null. Damit steht über R4 immer noch die 2 Volt, die aber durch die Reihenschaltung aus R5+ R2 belastet wird.
Da dir aber die Angaben zum Voltmeter fehlen und du nur die Angabe zu dem veränderlichen Poti in Reihe hast kannst du da aufhören. Den der R in der Brücke (hier R5) ist unbekannt! Genauer gesagt gilt das hier berechnete nur für R5 = Unendlich!