Spannung messen: Kondensator entladen

Spannung messen: Kondensator entladen

Kondensatoren sind Bauelemente, die elektrische Ladungen bzw. elektrische Energie speichern können. Legt man an einen Kondensator eine Spannung an, dann lädt er sich auf. Die Ladung bis zur höchsten Spannung und auch die Entladung auf 0 Volt läuft nach einer Exponentialfunktion ab. Das heißt, beide Vorgänge sind zeitabhängig, wodurch sich zeitabhängige Funktionen in einer elektronischen Schaltung realisieren lassen.

Um die Funktion des Ladens und Entladens eines Kondensators zu verstehen, müsste man dem Kondensator beim Laden und Entladen zuschauen können. Wir wollen uns hier das Entladen eines Kondensators genauer ansehen. Man kann das über die Beobachtung von Spannung oder Strom tun. Wir messen und beobachten hier die Entladespannung am Kondensator.

Normalerweise wird man den Kondensator über einen Widerstand entladen. In diesem Fall wird der Kondensator über den Innenwiderstand des Spannungsmessgeräts entladen. Nur wenn der Innenwiderstand zu groß wäre (Megaohm-Bereich), dann wäre ein Widerstand von 100 kOhm parallel zum Kondensator empfehlenswert, weil das Entladen bei einer großen Kapazität sehr lange dauern würde.

Bauteile

Liste

  • 3 x Taster
  • 1 x Elektrolyt-Kondensator, 1 µF
  • 1 x Elektrolyt-Kondensator, 10 µF
  • 1 x Elektrolyt-Kondensator, 100 µF

Hinweis: Bitte beachte, dass Elektrolyt-Kondensatoren polungsabhängig sind.

Messung

Messung an MP1 MP2 MP3
Kondensator C1 1 µF 10 µF 100 µF
Platzierung      
  • Um die Entladung an allen Kondensatoren miteinander vergleichen zu können, empfiehlt es sich mit drei Messgeräten gleichzeitig zu arbeiten und alle Taster zusammen zu drücken und anschließend gleichzeitig loszulassen. Du kannst die Taster auch weglassen und den Entladevorgang über das Abschalten der Betriebsspannung starten.
  • Um den Vorgang zu wiederholen, muss der Kondensator wieder geladen werden. Hierzu muss der Taster gedrückt oder die Betriebsspannung eingeschaltet werden.

Hinweis: Wenn kein Elektrolyt-Kondensator mit 1 µF vorhanden ist, dann ist die Messung auch nur mit 10 und 100 µF ausreichend. Selbstverständlich können auch andere Kondensatoren mit anderen Werten verwendet werden.

Was messen wir? Wir messen die Spannung an den Kondensatoren beim Entladen. Wir dokumentieren welcher Kondensator sich in welcher Reihenfolge entladen hat. Der Ladevorgang ist abgeschlossen, wenn die Spannung 0 Volt erreicht hat.

Was erwarten wir? Das Laden eines Kondensators direkt an der Betriebsspannung erfolgt schnell, weil wir den Ladestrom nicht begrenzen. Um den geht es hier auch nicht. Der Entladestrom wird hier durch den Innenwiderstand des Messgeräts begrenzt. Wir gehen davon aus, dass die Innenwiderstände aller drei Messgeräte ungefähr gleich sind. Da die Kondensatoren eine unterschiedliche Kapazität aufweisen müsste die Kondensatorspannung unterschiedlich schnell sinken, bis sie 0 Volt erreicht hat.

Lösung zur Messung

Messung an MP1 MP2 MP3
Kondensator C1 1 µF 10 µF 100 µF
Platzierung 1. 2. 3.
  • Messung mit Mini-Voltmeter
  • Messung der Gesamtspannung (9 Volt): 9,00 Volt

Beobachtungen, Erkenntnisse und Erklärungen

Die Entladung der Kondensatoren erfolgt über den Innenwiderstand des Messgeräts. Die Dauer der Entladung ist abhängig von diesem Widerstandswert, aber auch von der Kapazität des Kondensators. Wenn man davon ausgeht, dass die Innenwiderstände bei allen verwendeten Messgeräten nahezu gleich groß sind, hat nur noch die Kapazität der Kondensatoren Einfluss auf die Dauer der Entladung.

Vor dem Entladen, bei gedrückt gehaltenen Tastern, entspricht die Spannung an den geladenen Kondensatoren der Gesamtspannung bzw. Betriebsspannung. Beim Entladen verringert sich diese Spannung über die Zeit auf bis 0 Volt.

Wenn man alle Taster gleichzeitig loslässt, wird die Spannung an MP1 vergleichsweise schnell auf 0 Volt sinken. Bei MP2 dauert es länger und bei MP3 am längsten. Das bedeutet, je größer die Kapazität eines Kondensators, desto länger dauert es bis er entladen ist.

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