Probleme bei Eletrotechnik Theoriefragen

Hi Leute,

anbei habe ich einige der Fragen die bei uns in den Klausuren mal dran kamen aber leider finde ich zu denen im Skript oder im Internet nichts konkretes. Ich habe bei manchen auch etwas hingeschrieben (grüner Text) bin mir aber nicht sicher ob das überhaupt stimmen kann. Ich wäre sehr um Hilfe dankbar.

1.) Skizzieren Sie mit Versorgungsspannung (Polung?) die Emitterschaltung eines npn Transistors zur Verstärkung einer Wechselspannung mit einem Spannungsteiler zur Einstellung des Arbeitspunkts über die Basisspannung.


2.) Auf welche thermischen Fehlerquellen ist beim Einsatz von Kontaktthermometern zu achten?

- ausreichend Kontakt mit dem zu messenden Medium
- nicht nur die Flüssigkeit dehnt sich aus, auch der Glaskörper. Dadurch kommt es zu einer Veränderung beim Innendurchmesser der Kapillare.


3.) Welche Physikalische Größe misst ein Drehspulmesswerk primär?

- Volt in (V)

4.) Welchen Wert hat die Emissivität eines nicht transparenten Körpers mit einer Reflexion R = 0.9 ?


5.) Wie hoch muss die unkomprimierte Bitrate mindestens sein, um ein analoges Signal mit dem Frequenzbereich 0 bis 5 MHz und einem Signal/Rauschabstand von 40dB praktisch verlustfrei zu digitalisieren?


6.) Berechnen Sie den Effektivwert der Spannung: [tex]U_{(t)} = U_{DC} + U_{1} \cdot sin(\omega t - \varphi ) + U_{2} \cdot cos(\omega t )[/tex]

Gegeben: UDC = 3V, U1 = 4V, U2 = 5V und phi = 90°

- hier dachte ich immer das man mit Wurzel 2 Multipliziert, aber scheinbar ist etwas anderes gefragt.....


Also ich wäre sehr um Hilfe dankbar, denn ich weiß zum teil nicht ob ich richtig liege bzw. teilweise ja gar keine Antwort.

Grüße Jens
 
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2.) Auf welche thermischen Fehlerquellen ist beim Einsatz von Kontaktthermometern zu achten?

- ausreichend Kontakt mit dem zu messenden Medium
- nicht nur die Flüssigkeit dehnt sich aus, auch der Glaskörper. Dadurch kommt es zu einer Veränderung beim Innendurchmesser der Kapillare.


Der ausreichende Kontakt mit dem zu messenden Medium ist keine thermische Fehlerquelle.
Du meinst vermutlich den Wärmeübergang zwischen Medium und Thermometer - dieser Übergang ist ein Wärmewiderstand, der eine zeitliche und/oder temperaturmässige Verzögerung der Schaltschwelle nach sich zieht.

Selbst wenn sich das Glas ausdehnen würde, ist das egal, weil das Thermometer so gebaut (bzw. eingestellt) wird, dass es bei xy°C schaltet. Wobei wohl zu erwähnen ist, dass Glas im Vergleich zu Quecksilber praktisch keine Ausdehnung erfährt.


http://de.wikipedia.org/wiki/Kontaktthermometer
 
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3.) Welche Physikalische Größe misst ein Drehspulmesswerk primär?

- Volt in (V)

Knapp danebengeraten !

Im Drehspulmesswerk lenkt eine elektromagnetische Kraft den beweglichen Teil des Instumentes gegen die Federkraft der Rückstellfeder aus. Eine magnetische Kraft entsteht in einer Spule und wie lautet noch die Formel für Kraft im Magnetfeld? Kommt da was von Spannung vor ?

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Feldst%C3%A4rke

[url]http://de.wikipedia.org/wiki/Drehspulmesswerk

[/URL]
 
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4.) Welchen Wert hat die Emissivität eines nicht transparenten Körpers mit einer Reflexion R = 0.9 ?

die Fragestellung ist ungenau - vermutlich ist einiges an Vereinfachungen vorausgesetzt worden, die man "professorenspezifisch" kennen müsste.

In der einfachsten Interpretationsweise könnte ich mir vorstellen, dass der perfekte Reflektor das Gegenstück zum idealen Schwarzen Körper darstellt, der absolut nichts reflektiert. Also bleibt bei 0,9 Reflektion 0,1 Absorbtion. Bezogen auf die Therorie um den Schwarzen Körper wäre der Grad der Absorbtion auch gleich der Emmissionsgrad.

siehe:
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_Körper
 
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6.) Berechnen Sie den Effektivwert der Spannung: [tex]U_{(t)} = U_{DC} + U_{1} \cdot sin(\omega t - \varphi ) + U_{2} \cdot cos(\omega t )[/tex]

Gegeben: UDC = 3V, U1 = 4V, U2 = 5V und phi = 90°

- hier dachte ich immer das man mit Wurzel 2 Multipliziert, aber scheinbar ist etwas anderes gefragt.....

"Wurzelzwei" gilt nur für die reine idealisierte Sinusspannung - alle anderen Wellenformen haben andere Effektivwertfaktoren. Erst recht wenn mehrere Spannungen überlagert werden, wie in obigem Beispiel.

Schaut man allerdings das Aufgäbchen genauer an, wird es gleich wieder gaaanz einfach.

Schau mal was sin(x-90°) für einen Cosinus ergibt ...

http://de.wikipedia.org/wiki/Formelsammlung_Trigonometrie#Additionstheoreme

Und der Effektivwert der überlagerten Gleichspannung ist ja wohl hoffentlich kein Problem, oder doch ?
 
AW: Probleme bei Eletrotechnik Theoriefragen

Hi,

danke erst einmal für deine Mühen. Ich habe ein wenig etwas aus deinen Antworten erkennen können. Leider bin ich nicht aus allem schlau geworden, bzw ich bin mir nicht bei allem sicher. Also hier mal meine Interpretation deiner Infos:

1.) Hi die erste Schaltung hatte ich auch vermutet. Nur wie kennzeichne ich Sie das es ein npn ist?

2.) Zerbrechlichkeit und das darin enthaltene Quecksilber.... hätte ich so spontan dem Artikel mal entnommen. ;)

3.) Magnetische Feldstärke, also Ampere pro Meter...

4.) Also ich glaube du könntest richtig liegen, ich meine so etwas in der Vorlesung mal gehört zu haben. Also wäre e = 0,1, sprich ich gehe bis 1,0 richtig?

5.) Damit kann ich leider kaum etwas anfangen... sry sagt mir nichts.

6.) Also wenn ich den Sinus um -90° verschiebe bekomme ich doch einfach einen regulären Cosinus. Nur weiß ich immer noch nicht wie ich omega und t bestimmen soll. Da bräuchte ich noch ein paar kleine Hinweise. :)
 
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2.) Zerbrechlichkeit und das darin enthaltene Quecksilber.... hätte ich so spontan dem Artikel mal entnommen.

sind aber keine thermischen Fehlerquellen. Was noch eine sein könnte, ist dass die nicht ganz unerhebliche Masse des Fühlers erst aufgeheizt werden muss - je nach geforderter Empfindlichkeit der Sensorik und Leistungsschwäche des gemessenen Systems könnte das auch relevant sein.
 
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3.) Magnetische Feldstärke, also Ampere pro Meter...

Da ein Drehspulinstrument seine mechanischen Abmessungen selten verändert (ausser man fährt drüber) kann man die Meter als konstant betrachten und die elektrische Grösse ist also der Strom in Ampere, der zum Zeigerausschlag führt. Die Spannung wird "indirekt" gemessen - nämlich über den Strom, der durch den Widerstand des Gerätes fliesst. vgl. U=R*I
 
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4.) Also ich glaube du könntest richtig liegen, ich meine so etwas in der Vorlesung mal gehört zu haben. Also wäre e = 0,1, sprich ich gehe bis 1,0 richtig?

Dafür möchte ich nicht meine Füsse ins Wasser stellen oder gar die Hand ins Feuer legen. Da müsste ich schon in der Vorlesung gewesen sein, um da sicher zu sagen, wie der Prof das gemeint hat und wie er es wissen will.
Grundsätzlich ist 100%=1. Wenn also etwas 10% absorbiert, reflektiert es zu 90%. Oder umgekehrt andersrum. Reflexionsgrad +Absorbtionsgrad =1
 
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6.) Also wenn ich den Sinus um -90° verschiebe bekomme ich doch einfach einen regulären Cosinus. Nur weiß ich immer noch nicht wie ich omega und t bestimmen soll.

Das kleine Omega ist die Kreisfrequenz. Oder Frequenz der Schwingung mal zweiPi. Das sich der Effektivwert einer Spannungsform nicht mit der Frequenz ändert, müssen wir gar nicht neugierig sein, wie man das berechnet.
Wenn du den Sinus minus90° nimmst, bekommst du übrigens keinen "normalen" Cosinus, sondern MINUS Cosinus.

Jetzt setze das mal in die Ursprungsformel ein. Tipp: Effektivwert des Gleichspannungsanteils seperat "berechnen" und später zu dem Cosinusgedöns dazuzählen.
 
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Hi du,

danke erst einmal das du dir so ausführlich Zeit nimmst. Ich weiß wenn Leute wie ich es einfach nicht blicken kann das manchmal sehr frustrierend sein. :) Also ich habe soweit nun alles verstanden nur zwei Rückfragen:

4.) Soweit klar die Faustformel. Nur wie hängt das mit den 40dB zusammen? Für die Frage gibt es 3 Punkte. Ich glaub die Antwort mit min. 10Mbit/s wäre ihm zu kurz. Er möchte von uns eine Formel und Rechnung sehen. Nur kann ich im Skript auch gar nichts erkennen beim Rauschen und Signalverstärken was passen könnte oder in meiner Auffassung Sinn macht.

5.) Also du magst mich nun für total blöd halten, aber ich komme immer noch nicht auf omega. Also ich weiß nun das die 90° eine Verschiebung um pi/2 sind, zum minus Kosinus.

=> U(t) = UDC + (-U1 cos(wt) + U2 cos(wt))

Stimmt das erst einmal so weit? Nur betrachte ich jetzt für w eine ganze Phase, eine Halbe oder wie muss ich das gestalten. Von meiner Logik her wäre das Ergebnis in der Klammer immer nur immer ein vielfaches von dem jeweiligen Wert. Sprich ob ich pi/2 oder Pi einsetze, das Ergebnis ändert sich nur um den Faktor 2.


Dann hätte ich noch zwei weitere Fragen die ich mal gelöst habe und meine das die stimmen:


6.) Welchen Widerstand hat in etwa ein Pt100-Temperaturmesswiderstands jeweils bei den beiden Temperaturen von 0°C und 200°C?

Formel: Rt = 100 Ohm * (1 + a*T + b*T² + c*T³)

mit:
a = 3,9083 * 10^-3 [1/°C]
b = -5,775 * 10^-7 [1/°C^2]
c = -4,183 * 10^-12 [1/°C^4]


=> R0 = 100 Ohm und R200 = 175,52 Ohm




7.) Welchen typischen Wert hat der k-Faktor eines Metall-DMS?

[tex]k = 2\cdot \frac{m}{\Omega \cdot mm^{2} } [/tex]
 
AW: Probleme bei Eletrotechnik Theoriefragen

Wieso der Prof die 40 dB mit in die Fragestellung reinbringt, kann ich auch nicht sagen - man sollte vielleicht nur mal wissen, dass 40 dB einen Rausch/Nutz-Signalabstand von Faktor 100 bedeuten.
Praktisch nimmt man ein wenig mehr, als die Faustformel sagt, als Abtastrate. Da reicht schon 1% höhere Frequenz, als der Fausformelwert, um Schwebungen oder Artefakte zu vermeiden. Bei einem Rausch/Nutz-Signalabstand kleiner als unendlich könnte man eventuell vielleicht unter die Faustformelgrenze gehen, aber das habe ich noch nirgends gesehen - die wirtschaftlichen Einsparungen wären marginal und das Risiko einer Fehlabtastung dann doch zu gross. Das wird es wohl nicht sein. Ein anderer Aspekt könnte die Flankensteilheit sein, die mit den 40dB eine konkrete Basis bekommt, aber nichts an dem Ergebnis des Abtasttheorems ändert, sondern nur Anforderungen an die physikalische Schaltung stellt, da eine bestimmte Signalspannungsdifferenz innerhalb einer bestimmten Zeit sicher verarbeitbar sein muss.

Weitere Fragen zu neuen Punkten stelle bitte in einem neuen Thread - der hier ist schon unübersichlich lang genug geworden - normalerweise bearbeite ich solche Massengräber gar nicht - du hattest einfach Glück, dass mir extrem langweilig war ...



6.) Berechnen Sie den Effektivwert der Spannung: [tex]U_{(t)} = U_{DC} + U_{1} \cdot sin(\omega t - \varphi ) + U_{2} \cdot cos(\omega t )[/tex]

Gegeben: UDC = 3V, U1 = 4V, U2 = 5V und phi = 90°

Da gehen wir jetzt nochmal richtig ran, da habe ich den Eindruck dass Du noch nicht so recht gepeilt hast, wie das läuft:
[tex]U_{(t)} = U_{DC} + U_{1} \cdot sin(\omega t - \varphi ) + U_{2} \cdot cos(\omega t )[/tex]

Der Effektivwert der Gleichspannung sollte ja eigentlich kein Problem sein - was hast du da raus für
[tex]U_{DCeff.} [/tex] ?

Bei periodischen Spannungsverläufen muss man über eine komplette Schwingung integrieren und das Integral durch die Schwingungsdauer teilen. Ausserdem muss man wissen, dass sich der Effektivwert auf die Leistung bezieht, also P = U*I. Da man kein I hat, setzt man I=U/R, so dass rauskommt: P=U^2/R
Das R ist eine Konstante und für die weiteren Berechnungen uninteressant.
 
AW: Probleme bei Eletrotechnik Theoriefragen

Das kleine Omega ist [tex]\omega = 2\pi \cdot f [/tex] wobei f die Frequnz ist. Frequnez ist aber der Kehrwert der Periodendauer gross T: [tex] f=\frac{1}{T} [/tex] so dass man einsetzen kann:

[tex]\omega = 2\pi \cdot \frac{1}{T}[/tex]

Leider spinnt der Formeleditor grad dumm rum - vielleicht hat er abends bessere Laune - muss jetzt eh was anderes machen ..
.
 
AW: Probleme bei Eletrotechnik Theoriefragen

Hi du,

ja also die das du für f = 1/T einsetzen kannst weiß ich. Nur wie wähle ich hier die Zeit aus. Soll ich sagen eine Umdrehung pro Minute, Sekunde..... Blicke einfach nicht welchen Wert ich da nehmen soll.

Also Ueff hätte ich gesagt ist 3V * Wurzel (2). Tut mir Leid wenn ich mich blöd anstelle, aber ich habe leider wirklich keinen Schimmer was hier gesucht ist. Verstehe auch nicht wie die Gleichung mit P = U * I zusammenhängt. So etwas erkenne ich da einfach nicht.

Grüße Jens
 
AW: Probleme bei Eletrotechnik Theoriefragen; Aufg. 6.

Zu Aufgabe 6 mit der Frage nach dem Effektivwert eines gegebenen, in [tex]T \ = \ \frac{2 \cdot \pi}{\omega}[/tex] periodischen Frequenzgemischs...

pleindespoir hatte darauf hingewiesen, dass auch mittels Additions -Theoremen herleitbar ist, wie die um eine [tex]\frac{1}{4}[/tex]-Periode (90°) nach rechts geschobene [tex]\sin()[/tex]-Funktion der negativen [tex]\cos()[/tex]-Funktion (für gleiche Frequenz) entspricht.
Damit kann die von Brooklyn701 bereits angegebene Darstellung durch Zusammenfassen (des gemeinsamen Faktors [tex]\cos(\omega\cdot t)[/tex]) in die Form [tex]u(t) \ = \ \underbrace{U_{dc}}_{c_0}\ +\underbrace{(U_2-U_1)}_{a_1}\cdot \cos (\omega \cdot t)[/tex] gebracht werden.

Für das Quadrat des Effektivwerts einer in [tex]T[/tex] periodischen Zeitgunktion [tex]u(t)[/tex] gilt allgemein gemäss Definition [tex]{U}_{eff}^2 \ = \frac{1}{T} \cdot \int_{0 \mathrm{s}}^{T} {u^2}(t) \mathrm{d} t[/tex].
Einsetzen von [tex]\frac{2\cdot\pi}{\omega}[/tex] für die Periode [tex]T[/tex] (worauf pleindespoir zuvor hingewiesen hatte) und Auswertung des bestimmten Integrals ergibt [tex] {U}_{eff}^2 \ = {U}_{dc}^2 + \frac{(U_2-U_1)^2}{2}[/tex] (die Wurzel davon ergibt den gesuchten Effektivwert).

Gleichzeitig jedoch ist die wie zuvor dargestellte Spannungsfunktion [tex]u(t)[/tex] auch eine (kurze) Fourier -Reihe, etwas allgemein ausgedrückt [tex]u(t) \ = \ c_0 \ + a_1 \cdot \cos(\omega\cdot t) \ + b_1 \cdot \sin(\omega \cdot t)[/tex] (mit dem Gleich -Anteil [tex]c_0 \ = \ U_{dc}[/tex] und den beiden Koeffizienten [tex]a_1 \ = \ U_2-U_1[/tex] und [tex]b_1 \ = \ 0 \mathrm{V}[/tex] für den harmonischen Anteil).

Es ist eine Folge der Parsevalschen Beziehung, dass die Summe der Effektivwert -Quadrate, hier [tex]{c}_0^2[/tex] (Gleich -Anteil) und [tex]\frac{{a}_1^2 + {b}_1^2}{2}[/tex] (für den harmonischen Grundfrequenz-Anteil) das Quadrat des gesuchten Effektivwertes [tex]{U}_{eff}^2[/tex] (auch ohne Integration) liefern.
 

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