Wechselspannung am Oszilloskop

Lehrpläne: GCSE (ac and dc), A-level, Sek I

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Ziel

Messen Sie Periodendauer, Frequenz, Amplitude und Effektivwert einer Wechselspannung.

Aufbau

Wechselspannungsquelle: Sinus, Amplitude 5 V, 50 Hz. An ihren Ausgang sind ein Voltmeter im AC-Modus und ein Oszilloskop (CH1, 2 V/div, 5 ms/div) angeschlossen.

Durchführung

1. Bestimmen Sie mithilfe des Bildschirmrasters die Periodendauer und den Spitze-Spitze-Wert des Signals.
2. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den automatischen Messwerten in der Menüleiste des Oszilloskops (Vpp, Vrms, Frequenz, Periodendauer).
3. Schalten Sie das Voltmeter in den DC-Modus und dann zurück auf AC.
4. Stellen Sie an der Quelle 100 Hz ein und wählen Sie dann die Signalform „Rechteck“.

Erwartetes Ergebnis

Die Periodendauer beträgt 4 Kästchen (20 ms), die Frequenz 50 Hz; der Spitze-Spitze-Wert beträgt 5 Kästchen (10 V). Das Voltmeter zeigt im AC-Modus etwa 3,54 V – die Amplitude geteilt durch \(\sqrt{2}\); im DC-Modus – etwa 0 (der Mittelwert einer Sinusspannung). Bei 100 Hz nimmt eine Periode 2 Kästchen ein. Bei einer Rechteckspannung mit einer Amplitude von 5 V beträgt der Effektivwert 5 V.

Fragen

1. Warum zeigt das Voltmeter 3,54 V und nicht 5 V?
2. Wie viele Perioden einer 50-Hz-Spannung passen bei 5 ms/div auf den Bildschirm?

Antworten

1. Im AC-Modus zeigt das Voltmeter den Effektivwert: die Gleichspannung, die einen Widerstand gleich stark erwärmen würde. Bei einer Sinusspannung ist \(U_{rms} = U_0 / \sqrt{2}\) = 5 V / 1,414 ≈ 3,54 V; 5 V ist die Amplitude, die die Spannung nur in den Spitzen erreicht.
2. Der Bildschirm ist 10 Kästchen breit, bei 5 ms/div zeigt er also 10 × 5 = 50 ms. Eine Periode bei 50 Hz dauert \(T = 1 / f\) = 20 ms, also passen 50 / 20 = 2,5 Perioden auf den Bildschirm.