e05.tex

% Foliensatz: "AFu-Kurs nach DJ4UF" von DK0TU, Amateurfunkgruppe der TU Berlin
% Lizenz: CC BY-NC-SA 3.0 de (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/)
% Autor: Martin Deutschmann
% Korrekturen: Lars Weiler <dc4lw@darc.de>, Hendrik Boerma

\input{texdata/preamble}
\subtitle{Technik Klasse E 05: \\
  Der Kondensator und seine Schaltungsarten \\[2em]}
\date{Stand 18.09.2017}
\input{texdata/titlepage}

\section*{Einleitung}

\begin{frame}
  \frametitle{Einleitung / Kondensator}
  \begin{center}
    \Large{Wie sieht er aus?}\\
    \Large{Was tut der?}
  \end{center}
\end{frame}


\begin{frame}
  \frametitle{Einleitung / Kondensator}

  \begin{center}
    \begin{figure}
      \includegraphics[width=0.7\textwidth,height=.75\textheight,keepaspectratio]{e05/Kondensator01.jpg}
      \attribcaption{Verschiedene Kondensatoren}{Eric Schrader}{https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Capacitors_(7189597135).jpg}{\ccbysa}
    \end{figure}
  \end{center}


\end{frame}

\begin{frame}
  \frametitle{Einleitung / Kondensator}

  \begin{center}
    \begin{figure}
      \includegraphics[width=0.8\textwidth,height=.75\textheight,keepaspectratio]{e05/Kondensator02.jpg}
      \attribcaption{Verschiedene kleine Kondensatoren}{Aka}{https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Condensators.JPG}{\ccbysa}
    \end{figure}
  \end{center}
\end{frame}

\section*{Anwendungen}
\begin{frame}
  \frametitle{Diverse Anwendungsmöglichkeiten}
  \only<1>{Bisher kam ich ganz gut ohne Kondensatoren im Leben aus\ldots}
  \pause
  \begin{itemize}
    \item Energiespeicher
    \item Blitzlicht
    \item Signalentkopplung
    \item Filter
    \item Schwingkreise
    \item Glättung
    \item Entstörung
    \item Phasenkompensation
  \end{itemize}
\end{frame}


\section*{Kapazität}

\begin{frame}
  \frametitle{Kapazität}

  \begin{center}
    \begin{figure}
      \includegraphics[width=0.8\textwidth,height=.75\textheight,keepaspectratio]{e05/c-aufbau.png}
      \attribcaption{Interner Aufbau eines Plattenkondensators}{Cepheiden}{https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Plate_Capacitor_DE.svg}{\ccbysa}
    \end{figure}
  \end{center}
\end{frame}

\section*{Gleich\-strom\-kreis}
\begin{frame}
  \frametitle{ein paar Formeln}
  \begin{block}{Berechnung eines Kondensators}
    \begin{center}
      \huge{$C = \frac{Q}{U}$} in $[C] = \frac{As}{V} = F$ (Farad)
    \end{center}
    Ladung des Kondensators im Verhältnis zur Spannung
  \end{block}
  \begin{block}{Berechnung eines Kondensators}
    \begin{center}
      \huge{$C= \varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{r} \cdot \cfrac{A}{d}$}\\
      \small{mit $\varepsilon_{0} = 0,885 \cdot 10^{-11} \frac{As}{Vm}$: Elektrische Feldkonstante\\
      $\varepsilon_{r}$: relative Dielektrizitätszahl}
    \end{center}
  \end{block}
  Sobald der Kondensator geladen ist, fließt kein Strom mehr.
\end{frame}

\section{Wechsel\-strom\-kreis}
\begin{frame}
  \frametitle{Funktionsprinzip im Wechselstromkreis}
  \begin{columns}
    \column{0.37\textwidth}
    \begin{figure}
      \includegraphics[width=1\textwidth,height=.75\textheight,keepaspectratio]{e05/Sinus_Voltage_and_Current_of_a_Capacitor.png}
      \attribcaption{Sinusspannung und Strom eines Kondensators}{Fabian R}{https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Sinus_Voltage_and_Current_of_a_Capacitor.svg}{\ccbysa}
    \end{figure}
    \column{0.63\textwidth}
    {\small
    \begin{block}{}
      \begin{description}
        \item[$t=0$] Kondensator ist geladen; es fließt kein Strom
        \item[$0<t<0,25$] Kondensator wird entladen; der Stromfluss nimmt zu
        \item[$t=0,25$] Kondensator ist entladen; der Stromfluss ist am Maximum
        \item[$0,25<t<0,5$] Kondensator wird umgekehrt aufgeladen; der Stromfluss in diese Richtung nimmt ab
        \item[$t=0,5$] Kondensator ist umgekehrt aufgeladen; es fließt kein Strom
      \end{description}
    \end{block}
    }
  \end{columns}
\end{frame}

\begin{frame}
  \frametitle{Eselsbrücke}
  \begin{block}{Merksatz}
    Kondensator: Strom eilt vor
  \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}
  \frametitle{Kapazitiver Widerstand}

  Abhängig von der Frequenz $f$.

  \begin{block}{Impedanz als Scheinwiderstand}
    \huge{$X_C = \frac{1}{2 \cdot \pi \cdot f \cdot C}$}
  \end{block}

  \pause
  Der Scheinwiderstand sinkt bei zunehmender Frequenz.\\
  Der Scheinwiderstand sinkt bei größerer Kapazität.
\end{frame}

\begin{frame}
  \begin{center}
    \begin{tabular}{l||p{.8\textwidth}}\hline
      \textbf{TC208} & \textbf{Mit zunehmender Frequenz...}\\ \hline\hline
      A & steigt der Wechselstromwiderstand des Kondensators. \\ \hline
      B \only<2>\checkmark & sinkt der Wechselstromwiderstand des Kondensators. \\ \hline
      C & steigt der Wechselstromwiderstand des Kondensators bis zu einem Maximum und sinkt dann wieder. \\ \hline
      D & sinkt der Wechselstromwiderstand des Kondensators bis zu einem Minimum und steigt dann wieder. \\ \hline
    \end{tabular}
  \end{center}
\end{frame}


\section*{Schaltungsarten}

\subsection*{Parallel\-schaltung}

\begin{frame}
  \frametitle{Parallelschaltung von Kondensatoren}
  \begin{center}
    \begin{figure}
      \includegraphics[width=0.7\textwidth,height=.5\textheight,keepaspectratio]{e05/c-parallel.png}
      \caption{Parallelschaltung von Kondensatoren {\tiny mit Eagle erstellt}}
    \end{figure}
  \end{center}
  \begin{block}{Parallelschaltung}
    $C_{ges} = C_1 + C_2 + C_3 + C_4 + C_5$
  \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}
  \begin{exampleblock}{TC206}
    Drei Kondensatoren mit den Kapazitäten $C_{1} = 0,1 \mu F, C_{2} = 150 nF$ und $C_{3} = 50000 pF$ werden parallel geschaltet. Wie groß ist die Gesamtkapazität?
  \end{exampleblock}
  \pause
  \begin{center}
    $C_{ges} = C_1 + C_2 + C_3 = 0,1 \mu F + 150 nF + 50000 pF = 0,3 \mu F$
  \end{center}
\end{frame}

\subsection*{Reihen\-schaltung}

\begin{frame}
  \frametitle{Reihenschaltung von Kondensatoren}
  \begin{center}
    \begin{figure}
      \includegraphics[width=0.6\textwidth,height=.5\textheight,keepaspectratio]{e05/c-reihe.png}
      \caption{Reihenschaltung von Kondensatoren {\tiny mit Eagle erstellt}}
    \end{figure}
  \end{center}
  \begin{block}{Reihenschaltung}
    $\frac{1}{C_{ges}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} + \frac{1}{C_4} + \frac{1}{C_5}$\\
    $C_{ges} = \cfrac{1}{\frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} + \frac{1}{C_4} + \frac{1}{C_5}}$
  \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}
  \begin{exampleblock}{Reihenschaltung}
    Zwei Kondensatoren von $100 pF$ und $150 pF$ sind hintereinander (in Serie) geschaltet. Berechnen Sie die Gesamtkapazität.
  \end{exampleblock}
  \pause
  \begin{center}
    $C_{ges} = C_1 \parallel C_2 = 100 pF \parallel 150 pF = \cfrac{1}{\frac{1}{100 pF} + \frac{1}{150 pF}} = 60 pF$
  \end{center}
\end{frame}

\begin{frame}
  \frametitle{Kennzeichnung von Kondensatoren}
  \begin{itemize}
    \item ähnlich wie bei SMD-Widerständen
    \item Größenkennzeichnung (Milli (m), Mikro ($\mu$), Nano (n), Piko (p)) an die Stelle des Kommas
    \item Beispiel: 4n7
  \end{itemize}
\end{frame}

\begin{frame}
  \begin{alertblock}{fakultative Hausaufgaben}
    Aus Fragenkatalog Klasse E Fragen TB610--TB613.\\
    Aus Fragenkatalog Klasse E Kapitel 1.3.2 Kondensator (Fragen TC201--TC208).
  \end{alertblock}
\end{frame}



\renewcommand{\refname}{Referenzen}

\hypertarget{refs}{}
\textcolor{white}{} \\ %\vspace{} geht nicht
\Large Referenzen/Links
\footnotesize

\begin{thebibliography}{}
  \bibitem{e03}   Moltrecht E 05: \\
    \url{https://www.darc.de/der-club/referate/ajw/lehrgang-te/e05/}
  \bibitem{wp}    Wikipedia DE: \\
    \url{http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)}\\
\end{thebibliography}

\input{texdata/postamble}