Kapazitätsbestimmung von Elektrolytkondensatoren mit dem Lernpaket Elektronik mit ICs
Experiment zur Bestimmung der Kapazität von Elektrolytkondensatoren
Mit den Bauteilen des Lernpakets Elektronik mit Ics von Franzis kann man nach
den Angaben in Kapitel 19 des Handbuchs ein Mini-Labornetzteil aufbauen, dessen Ausgangsspannung über ein Trimmpotenziometer einstellbar ist.
von Hermann Nieder
Im Folgenden zeige ich auf, wie diese Schaltung ergänzt werden kann, um damit die Kapazität der im Lernpaket vorhandenen Elektrolytkondensatoren mit einem Multimeter und einer Stoppuhr zu bestimmen.
Die an einen Kondensator angelegte Spannung sinkt beim Entladen nach 1 T (Tau) auf 37 % ihres Anfangswerts. T wird mit der Formel T = R * C berechnet.
T ist die Zeit in Sekunden, R ist der Entladewiderstand Ohm ( V / A) , C die Kapazität des Kondensators in Farad (As / V ).
Daraus erhält man nach Umstellung die Kapazität C = T / R.
Der Entladevorgang muss also so lange dauern, dass sich die Zeit bis zum Erreichen von 37% der Anfangsspannung am Kondensator mit einer Stoppuhr erfassen lässt.
Man kann mit den Bauteilen des o. a. Lernpakets diese zusätzliche Schaltung auf dem Steckboard aufbauen.
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Das IC LM324 beinhaltet vier einzelne Operationsverstärker, von denen einer für den Aufbau des Mini-Labornetzteils verwendet wird.
Ein anderer ist als Spannungsfolger geschaltet, dessen Eingangsspannung mit einem hochohmigen Spannungsteiler aus zwei gleichen Widerständen halbiert wird.
An seinem Ausgang ist ein Multimeter angeschlossen.
Die Bestimmung der Kapazität des zu untersuchenden Kondensators geschieht folgendermaßen:
Am Mini-Labornetzteil wird mit dem Trimmpotenziometer eine Spannung von 2 V eingestellt
Bei betätigtem Taster S1 wird der Kondensator über den Widerstand R5 aufgeladen
Die Anzeige am Multimeter beträgt wegen der Halbierung der Eingangsspannung nun 1,00 V.
Die Taste wird losgelassen, und mit einer Stoppuhr die Zeit bestimmt, die vergeht, bis die Spannung am Kondensator auf 37%, also am Multimeter wegen der Teilung durch zwei auf 0,37 V gesunken ist.
Die Kapazität C kann mit C = T / R berechnet werden.
Mit R = 2 * 100 kOhm und T = 19,52 s erhält man C = 19,52 / 200 000 = 0,0000976 F, also 97,6 Mikrofarad. Der Nennwert des Elkos beträgt 100 Mikrofarad.
Mit R = 2 * 1 MOhm (R3 und R4 an der Stelle von R1 und R2 ) und T = 21,74 s erhält man nach der oben beschriebenen Vorgehensweise für den kleineren Elko aus dem Lernpaket die Kapazität C = 21, 74 / 2 000 000 = 0,00001087 Farad = 10,87 Mikrofarad.
Sein Nennwert beträgt 10 Mikrofarad.
Es lassen sich nach dem oben beschriebenen Verfahren auch für eine Reihenschaltung, Parallelschaltung bzw. gemischte Schaltung der drei Elektrolytkondensatoren die jeweiligen Gesamtkapazitäten bestimmen.
Anschließend kann man diese nach den für die Schaltung von Kondensatoren gültigen Formeln berechnen und die Ergebnisse mit den Werten vergleichen, die zuvor bei der Bestimmung der Kapazitäten nach dem oben erläuterten Verfahren ermittelt wurden.
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