Wie Man Ein Gutes Protokoll Schreibt

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Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Wie man ein gutes Protokoll schreibt Mathias Magdowski Lehrstuhl für Elektromagnetische Verträglichkeit Institut für Medizintechnik Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg 16. November 2015 Gute Protokolle schreiben 1 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Gliederung Motivation Wie schreibt man ein gutes Protokoll? Inhalt Form Gute und schlechte Beispiele Tipps für LaTeX Diagramme mit pgfplots Schaltpläne mit circuitikz Zusammenfassung Gute Protokolle schreiben 2 Motivation Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Motivation Protokolle: I Laborpraktika I Forschungsprojekte/Abschlussarbeiten I Messungen/Experimente im Berufsleben Gute Protokolle schreiben 4 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Motivation Protokolle: I Laborpraktika I Forschungsprojekte/Abschlussarbeiten I Messungen/Experimente im Berufsleben Ziele und Hauptbestandteile: I Versuchsdurchführung I Beobachtungen I Auswertung & Erklärung der Ergebnisse Gute Protokolle schreiben 4 Wie schreibt man ein gutes Protokoll? Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Inhalt Protokollstruktur: 1. Deckblatt 2. Theoretische Grundlagen 3. Vorbereitungsleistungen 4. Versuchsdurchführung und Auswertung I I I I Nummerierung und Inhalt des Teilversuches Messschaltung Messwerte in Tabellenform Auswertung und Diskussion der Ergebnisse 5. Literaturverzeichnis / Quellenverzeichnis 6. Eingeständigkeitserklärung 7. Anhang (eingescannte Originalmesswerte) Gute Protokolle schreiben 6 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Deckblatt Inhalt: I Universität, Institut, Lehrstuhl, Lehrveranstaltung I Thema, Nummer und Datum des Versuchs I Versuchsgruppe und Betreuer I Kolloquium, Abgabetermin Gute Protokolle schreiben 7 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Deckblatt Inhalt: I Universität, Institut, Lehrstuhl, Lehrveranstaltung I Thema, Nummer und Datum des Versuchs I Versuchsgruppe und Betreuer I Kolloquium, Abgabetermin Wichtig: I an Vorlage halten I vollständig ausfüllen Gute Protokolle schreiben 7 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Theoretische Grundlagen Gut: I Grundlagen und Formeln für die Durchführung und Auswertung I Quellen angeben I Umfang: 1 bis 3 Seiten Gute Protokolle schreiben 8 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Theoretische Grundlagen Gut: I Grundlagen und Formeln für die Durchführung und Auswertung I Quellen angeben I Umfang: 1 bis 3 Seiten Schlecht: I zu allgemeine und zu breite Darstellung I zu ausführliche Herleitung von Formeln I aus der Praktikumsanleitung kopieren Gute Protokolle schreiben 8 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Vorbereitungsleistungen Tipps: I rechtzeitig vorbereiten I nicht kreativ werden I im Skript bzw. Übungsmitschriften schauen I Wenn es kompliziert wird, macht man meist etwas falsch! Gute Protokolle schreiben 9 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Versuchsdurchführung und Auswertung Wichtig: I vorgegebene Untergliederung einhalten I einleitende und überleitende Sätze I Einheiten korrekt angeben I Formeln, Abbildungen und Tabellen nummerieren I exakt bleiben Gute Protokolle schreiben 10 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Versuchsdurchführung und Auswertung Wichtig: I vorgegebene Untergliederung einhalten I einleitende und überleitende Sätze I Einheiten korrekt angeben I Formeln, Abbildungen und Tabellen nummerieren I exakt bleiben Diskussion: I Besonderheiten, Schwierigkeiten oder Auffälligkeiten I Genauigkeit, Fehlerquellen, Verbesserungsmöglichkeiten Gute Protokolle schreiben 10 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Literaturverzeichnis / Quellenverzeichnis Beispiel: [1] L ANZE, Werner: Das technische Manuskript - Ein Handbuch mit ausführlichen Anleitungen für Autoren und Bearbeiter. 3. Essen : Vulkan-Verlag, 1982. – 242 S. – ISBN 978–3802781223 [2] H ERING, Lutz ; H ERING, Heike ; H EYNE, Klaus-Geert: Technische Berichte: Verständlich gliedern, gut gestalten, überzeugend vortragen. 6. Wiesbaden : Vieweg+Teubner, 2009. – 280 S. – ISBN 978–3834805713 Gute Protokolle schreiben 11 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Literaturverzeichnis / Quellenverzeichnis Beispiel: [1] L ANZE, Werner: Das technische Manuskript - Ein Handbuch mit ausführlichen Anleitungen für Autoren und Bearbeiter. 3. Essen : Vulkan-Verlag, 1982. – 242 S. – ISBN 978–3802781223 [2] H ERING, Lutz ; H ERING, Heike ; H EYNE, Klaus-Geert: Technische Berichte: Verständlich gliedern, gut gestalten, überzeugend vortragen. 6. Wiesbaden : Vieweg+Teubner, 2009. – 280 S. – ISBN 978–3834805713 siehe https://de.wikipedia.org/wiki/DIN_1505-2 Gute Protokolle schreiben 11 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Literaturverzeichnis / Quellenverzeichnis Beispiel: [1] L ANZE, Werner: Das technische Manuskript - Ein Handbuch mit ausführlichen Anleitungen für Autoren und Bearbeiter. 3. Essen : Vulkan-Verlag, 1982. – 242 S. – ISBN 978–3802781223 [2] H ERING, Lutz ; H ERING, Heike ; H EYNE, Klaus-Geert: Technische Berichte: Verständlich gliedern, gut gestalten, überzeugend vortragen. 6. Wiesbaden : Vieweg+Teubner, 2009. – 280 S. – ISBN 978–3834805713 siehe https://de.wikipedia.org/wiki/DIN_1505-2 siehe http://www.emv.ovgu.de/ Gute Protokolle schreiben 11 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Anhang Inhalt: I eingescannte Originalmesswerte I sonstige handschriftliche Aufzeichnungen Gute Protokolle schreiben 12 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Anhang Inhalt: I eingescannte Originalmesswerte I sonstige handschriftliche Aufzeichnungen Wichtig: I Auflösung, Kontrast, Helligkeit des Scans I Unterschrift des Betreuers muss erkennbar sein I keine „Schmier-“ oder „Hilfszettel“ Gute Protokolle schreiben 12 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Form Protokoll = ˆ kleine Abschlussarbeit Gute Protokolle schreiben 13 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Form Protokoll = ˆ kleine Abschlussarbeit siehe Richtlinien zur Ausarbeitung von Bachelor- und Masterarbeiten Gute Protokolle schreiben 13 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Spannung, u(t) (in V) Diagramme 200 0 −200 sinusförmig cosinusförmig 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Zeit, t (in ms) Abbildung 1: Harmonischer Zeitverlauf einer Spannung mit einer Frequenz von 50 Hz und einem Effektivwert von 230 V Gute Protokolle schreiben 14 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Tabellen Tabelle 1: Messwerte für einen Aufladevorgang Zeit, t in s 0 1 2 3 Spannung, U in V 0,00 1,26 1,73 1,90 Gute Protokolle schreiben 15 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Diagramme und Tabellen Tabellenüberschrift und Abbildungsunterschrift: I sollte selbst eigenständig verständlich sein I lieber zu lang als zu kurz Gute Protokolle schreiben 16 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Diagramme und Tabellen Tabellenüberschrift und Abbildungsunterschrift: I sollte selbst eigenständig verständlich sein I lieber zu lang als zu kurz Verweis im Text: I „siehe Tabelle 1“ oder „. . . ist in Abbildung 1 gezeigt“ I nicht „die folgende Abbildung“ Gute Protokolle schreiben 16 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Diagramme und Tabellen Tabellenüberschrift und Abbildungsunterschrift: I sollte selbst eigenständig verständlich sein I lieber zu lang als zu kurz Verweis im Text: I „siehe Tabelle 1“ oder „. . . ist in Abbildung 1 gezeigt“ I nicht „die folgende Abbildung“ Ganz schlecht: I JPEG-komprimierte Rastergrafiken für Diagramme Gute Protokolle schreiben 16 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen keine englischen Wörter und Anglizismen verwenden I I Fit, Plot, Fitfunktion, fitten, plotten, . . . das macht Sinn Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen keine englischen Wörter und Anglizismen verwenden I I I Fit, Plot, Fitfunktion, fitten, plotten, . . . das macht Sinn Querverweise einfügen (z. B. „wie in Abschnitt 3 gezeigt wurde, . . . “ oder „auf Seite 4“) Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen keine englischen Wörter und Anglizismen verwenden I I I I Fit, Plot, Fitfunktion, fitten, plotten, . . . das macht Sinn Querverweise einfügen (z. B. „wie in Abschnitt 3 gezeigt wurde, . . . “ oder „auf Seite 4“) geschützte Leerzeichen hinter Abbildung, Tabelle, Seite, Gleichung, . . . und zwischen Zahlenwert und Einheit Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen keine englischen Wörter und Anglizismen verwenden I I I I I Fit, Plot, Fitfunktion, fitten, plotten, . . . das macht Sinn Querverweise einfügen (z. B. „wie in Abschnitt 3 gezeigt wurde, . . . “ oder „auf Seite 4“) geschützte Leerzeichen hinter Abbildung, Tabelle, Seite, Gleichung, . . . und zwischen Zahlenwert und Einheit Bindestrich vs. Gedankenstrich Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen keine englischen Wörter und Anglizismen verwenden I I I I I I Fit, Plot, Fitfunktion, fitten, plotten, . . . das macht Sinn Querverweise einfügen (z. B. „wie in Abschnitt 3 gezeigt wurde, . . . “ oder „auf Seite 4“) geschützte Leerzeichen hinter Abbildung, Tabelle, Seite, Gleichung, . . . und zwischen Zahlenwert und Einheit Bindestrich vs. Gedankenstrich Quellen nicht als Fußnoten Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Hinweise I I Abkürzungen und Variablen beim ersten Gebrauch einführen keine englischen Wörter und Anglizismen verwenden I I I I I I I Fit, Plot, Fitfunktion, fitten, plotten, . . . das macht Sinn Querverweise einfügen (z. B. „wie in Abschnitt 3 gezeigt wurde, . . . “ oder „auf Seite 4“) geschützte Leerzeichen hinter Abbildung, Tabelle, Seite, Gleichung, . . . und zwischen Zahlenwert und Einheit Bindestrich vs. Gedankenstrich Quellen nicht als Fußnoten siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_ der_Schaltzeichen_%28Elektrik/Elektronik%29 Gute Protokolle schreiben 17 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Einheiten siehe SI-Broschüre des BIPM Formatierung: I Einheiten aufrecht (im Formelsatz ebenso Abkürzungen, Funktionen und Operatoren), z. B.: I I I I Umax = 1 V statt Umax = 1 V sin(x) statt sin(x) ex statt ex df df dx statt dx I halbes Leerzeichen zwischen Zahl und Einheit I einheitliche Formatierung (z. B. km h−1 vs. I U[V] ist falsch, stattdessen U/V I 2,998 · 108 statt 2,998 E+008 Gute Protokolle schreiben km h ) 18 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software WYSIWYG: I Microsoft Word I Apache OpenOffice Gute Protokolle schreiben 19 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software WYSIWYG: LaTeX: I Microsoft Word I MikTeX I Apache OpenOffice I TeXLive Gute Protokolle schreiben 19 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software WYSIWYG: LaTeX: I Microsoft Word I MikTeX I Apache OpenOffice I TeXLive WYSIWYM: Gute Protokolle schreiben I LyX I Scientific WorkPlace I BaKoMa TeX 19 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software für Bilder Dia: Download: https://wiki.gnome.org/Apps/Dia/ von Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dia-gtk.png#/media/File:Dia-gtk.png Gute Protokolle schreiben 20 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software für Bilder Ipe: Download: http://ipe.otfried.org/ von Wikimedia Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ipe6pre30.png#/media/File:Ipe6pre30.png Gute Protokolle schreiben 21 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software für Bilder Inkscape: Download: https://inkscape.org/ von Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Inkscape_0.48.1.png#/media/File:Inkscape_0.48.1.png Gute Protokolle schreiben 22 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Software für Bilder XnView: Download: http://www.xnview.com/de/xnview/ Gute Protokolle schreiben 23 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Hinweise für LATEX-Benutzer Nützliche Pakete: hyperref: Aktivierung von PDF-Befehlen amsmath: mathematischer Formelsatz siunitx: Formatierung von Einheiten pgfplots: Erstellen von Diagrammen circuitikz: Erstellen von Schaltbildern tikz: TikZ ist kein Zeichenprogramm csquotes: einheitliche Anführungszeichen cite: bessere Zitate im Text Gute Protokolle schreiben 24 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Hinweise für LATEX-Benutzer Nützliche Editoren: I Texmaker I TeXstudio I TeXworks I TeXShop (für Mac) I TeXnicCenter (für Windows) mit SumatraPDF Gute Protokolle schreiben 25 Gute und schlechte Beispiele Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 1: M04 Brückenschaltungen 1. Grundlage des Versuchs Brückenschaltung: Eine Brückenschaltung ist eine elektrische Schaltung, die aus der Paralleschaltung zweier Spannungsteiler zu einer gemeinsamen Spannungsquelle oder Stromsquelle. Die Brückenspannung ( Ausgangsspannung ) ergibt sich aus der Differenz der Beiden Teilspannungen der Spannungsteiler. Abgleichbrücken: Die Abgleichbrücke dient der Bestimmung der Bauelementegrößen. Unter Verwendung der Abgleichbedingungen werden die gesuchte Parameter berchnet. Durch Verändern eines oder mehrerer der vier Widerstände bzw. Impandanzen in Spannungsteilern wird ein Nullabgleich der Brpckenspannung erreicht. Das bedeutet, dass die Brückenspannung bzw. der Brückenstrom Null wird. Bei dem Wechselstrom muss auch die Phase ebenfalls Null sein. Ausschlagbrücke: Wenn eine Brückenschaltung außerhalb des Nullabgleichs betrieben wird und die Brückenspannung bzw. der zugehörige Brückenstrom als interessierende Größe gemessen, spricht man von einer Ausschlagbrücke. Phasendrehbrücke: Die Brückenspannung besitzt im diesen Fall im Vergleich zur Eingangspannung eine Phasenverschiebung. Es ist abhängig von Variation eines oder mehrer Brückenelemente. 2. Versuchsvorbereitung Gute Protokolle schreiben 27 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 1: M04 Brückenschaltungen 1 Grundlagen des Versuchs Brückenschaltung: Eine Brückenschaltung ist eine elektrische Schaltung, die aus der Parallelschaltung zweier Spannungsteiler zu einer gemeinsamen Spannungsquelle oder Stromquelle. Die Brückenspannung (Ausgangsspannung) ergibt sich aus der Differenz der Beiden Teilspannungen der Spannungsteiler. Abgleichbrücken: Die Abgleichbrücke dient der Bestimmung der Bauelementegrößen. Unter Verwendung der Abgleichbedingungen werden die gesuchte Parameter berechnet. Durch Verändern eines oder mehrerer der vier Widerstände bzw. Impedanzen in Spannungsteilern wird ein Nullabgleich der Brückenspannung erreicht. Das bedeutet, dass die Brückenspannung bzw. der Brückenstrom Null wird. Bei dem Wechselstrom muss auch die Phase ebenfalls Null sein. Ausschlagbrücke: Wenn eine Brückenschaltung außerhalb des Nullabgleichs betrieben wird und die Brückenspannung bzw. der zugehörige Brückenstrom als interessierende Größe gemessen, spricht man von einer Ausschlagbrücke. Phasendrehbrücke: Die Brückenspannung besitzt im diesen Fall im Vergleich zur Eingangspannung eine Phasenverschiebung. Es ist abhängig von Variation eines oder mehrere Brückenelemente. 2 Versuchsvorbereitung Gute Protokolle schreiben 28 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 2: Inhaltsverzeichnis 1.Theoretische Grundlagen zum Versuch 1.1 Versuchsziel S.4 1.2 Digitalspeicheroszilloskop S.4 2.Vorbereitungsleistung zum Versuch 2.1 Begriffserkl¨ arungen S.5 2.2 Zusammenhang zwischen der Augenblicksleistung und Wirkleistung S.6 3.Versuchsdurchf¨ uhrung 3.1 Durchf¨ uhren einfacher Messungen 3.1.1 Versuch 3.1.1 S.8 3.1.2 Versuch 3.1.2 S.9 3.1.3 Versuch 3.1.3 S.11 Versuch 3.1.4 S.13 Gute Protokolle 3.1.4 schreiben 29 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 2: Inhaltsverzeichnis 1 Theoretische Grundlagen zum Versuch 1.1 Versuchsziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Digitalspeicheroszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 2 2 Vorbereitungsleistung zum Versuch 2.1 Begriffserklärungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Zusammenhang zwischen Augenblicksleistung und Wirkleistung . . . . . . . . . 2 3 3 3 Versuchsdurchführung 3.1 Durchführen einfacher Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Versuch: Wirkung verschiedener Bedienelemente . . . . . . . . 3.1.2 Versuch: Messung der Periodendauer mittels des Cursors . . . 3.1.3 Versuch: Oszillographieren eines Halbsinussignals und Wirkung nalkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 5 5 Gute Protokolle schreiben . . . . . . der . . . . . . . . . . . Ka. . . 5 30 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Abblidung 7: Vergleichdiagramm 3.3.2 Die beiden Kurven Beispiel 3: überlagern sich. 3.4 Stromgespeiste Ausschlagbrücke I q = 12mA R L = 430Ω Abblidung 8: Messschaltung 3.4.1 ∆R 2 in Ω 0 Gute Protokolle schreiben 100 ∆R 1 in Ω I Rr in mA gegenläufig 1000 900 0,02 0,37 31 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 3: I1 R1 = 1000 Ω R2 = 1000 Ω RL = 430 Ω Iq IBr R = 820 Ω R = 820 Ω I2 Gute Protokolle schreiben 32 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 4: N09 – STROMKREISE MIT NICHTLINEAREN BAUELEMENTEN 1 Inhaltliche Schwerpunkte Zur grafischen Lösung benötigt man die Strom-Spannungskennlinie einer Reihen- oder Parallelschaltung des nichtlinearen Bauelements mit einem Widerstand oder einem weiteren nichtlinearen Bauelement oder mit einer Spannungs- bzw. Stromquelle, so sind Konstruktionsregeln zu beachten, die sich aus den Kirchhoffschen Sätzen ergeben. Bei der Reihenschaltung werden zur Erfüllung der Maschengleichung die Spannungen (Abszissenwerte der Kennlinien) addiert; bei einer Spannungsquelle erfolgt also eine Parallelverschiebung längs der Spannungsachse. Bei der Parallelschaltung werden zur Erfüllung der Knotengleichung die Ströme (Ordinatenwerte beider Kennlinien) addiert. Eine Stromquelle (unabhängig von der Spannung!) ergibt also eine Parallelverschiebung längs der Stromachse. Beide Konstruktionsregeln sind bei Reihen-Parallelschaltungen anzuwenden. [1] Gute Protokolle schreiben 33 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 4: N09 – STROMKREISE MIT NICHTLINEAREN BAUELEMENTEN 1 Inhaltliche Schwerpunkte Im Versuch geht es um die Berechnung von elektrischen Netzwerken mit nichtlinearen Bauelementen. Da eine geschlossene, analytische Lösung oft nicht möglich ist, bieten sich grafische Lösungenverfahren an. Zur grafischen Lösung benötigt man die StromSpannungskennlinie einer Reihen- oder Parallelschaltung des nichtlinearen Bauelements mit einem Widerstand oder einem weiteren nichtlinearen Bauelement oder mit einer Spannungsbzw. Stromquelle, so sind Konstruktionsregeln zu beachten, die sich aus den Kirchhoffschen Sätzen ergeben. Bei der Reihenschaltung werden zur Erfüllung der Maschengleichung die Spannungen (Abszissenwerte der Kennlinien) addiert; bei einer Spannungsquelle erfolgt also eine Parallelverschiebung längs der Spannungsachse. Bei der Parallelschaltung werden zur Erfüllungder Knotengleichung die Ströme (Ordinatenwerte beider Kennlinien) addiert. Eine Stromquelle (unabhängig von der Spannung!) ergibt also eine Parallelverschiebung längs der Stromachse. Beide Konstruktionsregeln sind bei Reihen-Parallelschaltungen anzuwenden. [1] Gute Protokolle schreiben 34 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 5: Grafik 4:Oszillogramm zum Versuch 3.1.2 Messen der Periodendauer mit dem Cursormodus Durch das Messen der Periodendauer mit dem Cursor wurde eine Periodendauer von T=1992 Hz ermittelt. Dies ist eine Abweichung von 8Hz im Vergleich zu Gute Protokolle schreiben dem Ergebnis aus Versuch 3.1.1. Diese Abweichung resultiert aus der ungenauen 35 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 5: Verbesserungsmöglichkeiten: I Menü ausblenden I horizontale und vertikale Auflösung optimal einstellen I unnötige Kurven und Angaben ausblenden I niemals als jpg speichern, besser als png I in vernünftiger Größe einbinden Gute Protokolle schreiben 36 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 6: heiten. Jetzt kann die Verschiebung φ von Kanal 1 gegen¨ uber Kanal 2 erechnet werden. ϕ= − 21 (V erschiebung) 2(P eriodendauer) ∗ 2π = −90➦ mathematischer Beweis[3] IuC (t) = u b ∗ sin(ωt + ϕu ) IIiC (t) = bi ´∗ sin(ωt + ϕi ) IIIuC = C1 iC ∗ dt uC = uC = uC = 1 ˆ sin(wt + ϕi ) C ∗ iC ∗ 1 ˆC ∗ 1 ∗ [−cos(wt) + ϕi ] ∗ i C ω π 1 ˆ ωC ∗ iC ∗ sin(wt) + ϕi + 2 ´ Das Ergebnis der kombinierten Umformung weicht minimal von Formel(I) ab, weswegen man von der Betrachtung auf φu =φi +π/2 3 3 [3] vgl.Nitsch,Knauff,Magdowski, Einf¨ uhrung in die Elektrotechnik,,Shaker, 2011, 2.AuGute Protokolle flage,schreiben S.214 37 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 6: Jetzt kann die Phasenverschiebung ϕ von Kanal 1 gegenüber Kanal 2 im Bogenmaß errechnet werden. Dabei bezeichnet tVerschiebung die Zeitverschiebung und tPeriodendauer die Periodendauer der Signale, die auch als Vielfache der Skalenteilung (div) angegeben werden können. ϕ= − 1 div π tVerschiebung · 2π = 2 · 2π = − tPeriodendauer 2 div 2 (1) Im Gradmaß ergibt sich ϕ = −90◦ . Für einen mathematischen Beweis, wird angenommen, dass die Spannung uC (t) und iC (t) sinusförmig sind. uC (t) = u ˆ · sin(ωt + ϕu ) iC (t) = ˆi · sin(ωt + ϕi ) Außerdem gilt folgender Zusammenhang zwischen Strom und Spannung. Z 1 uC (t) = · iC (t) dt C Gute Protokolle schreiben (2) (3) (4) 38 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Beispiel 6: Einsetzen von (3) in (4) ergibt: uC (t) = ˆi Z · sin(ωt + ϕi ) dt C (5) Bilden der Stammfunktion mit der Integrationskonstante K: =− Nutzen von sin x − π 2
ˆi · cos(ωt + ϕi ) + K ωC = − cos(x): =  ˆi π · sin ωt + ϕi − +K ωC 2 Ein Koeffizientenvergleich von (2) mit (7) liefert ϕu = ϕi − Phasenverschiebung von ϕ = − π2 . Gute Protokolle schreiben (6) π 2 (7) und damit die oben gemessene 39 Tipps für LaTeX Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Diagramme mit pgfplots \begin{tikzpicture} \begin{axis} \addplot+[ domain=0:20, samples=101, ] {sin(deg(x*2*pi/20))*sqrt(2)*230}; \end{axis} \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 41 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Diagramme mit pgfplots 200 0 −200 0 Gute Protokolle schreiben 5 10 15 20 42 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Achsen beschriften \begin{tikzpicture} \begin{axis}[ xlabel={Zeit, $t$ (in \si{\milli\second})}, ylabel={Spannung, $u(t)$ (in \si{\volt})}, ] \addplot+[ domain=0:20, samples=101, ] {sin(deg(x*2*pi/20))*sqrt(2)*230}; \end{axis} \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 43 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Spannung, u(t) (in V) Achsen beschriften 200 0 −200 0 Gute Protokolle schreiben 5 10 15 Zeit, t (in ms) 20 44 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Achsen begrenzen \begin{tikzpicture} \begin{axis}[ xlabel={Zeit, $t$ (in \si{\milli\second})}, ylabel={Spannung, $u(t)$ (in \si{\volt})}, xmin=0,xmax=20, ymin=-350,ymax=350, ] \addplot+[ domain=0:20, samples=101, ] {sin(deg(x*2*pi/20))*sqrt(2)*230}; \end{axis} \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 45 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Spannung, u(t) (in V) Achsen begrenzen 200 0 −200 0 Gute Protokolle schreiben 5 10 15 Zeit, t (in ms) 20 46 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Diagramm skalieren \begin{tikzpicture} \begin{axis}[ xlabel={Zeit, $t$ (in \si{\milli\second})}, ylabel={Spannung, $u(t)$ (in \si{\volt})}, xmin=0,xmax=20,ymin=-350,ymax=350, width=0.8\textwidth, height=0.5\textwidth, ] \addplot+[ domain=0:20, samples=101, ] {sin(deg(x*2*pi/20))*sqrt(2)*230}; \end{axis} \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 47 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Spannung, u(t) (in V) Diagramm skalieren 200 0 −200 0 Gute Protokolle schreiben 2 4 6 8 10 12 Zeit, t (in ms) 14 16 18 20 48 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Zweite Kurve und Legende \begin{tikzpicture} \begin{axis}[ xlabel={Zeit, $t$ (in \si{\milli\second})}, ylabel={Spannung, $u(t)$ (in \si{\volt})}, xmin=0,xmax=20,ymin=-350,ymax=350, width=0.8\textwidth,height=0.5\textwidth,] \addplot+[domain=0:20,samples=101] {sin(deg(x*2*pi/20))*sqrt(2)*230}; \addlegendentry{sinusförmig}; \addplot+[domain=0:20,samples=101] {cos(deg(x*2*pi/20))*sqrt(2)*230}; \addlegendentry{cosinusförmig}; \end{axis} \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 49 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Spannung, u(t) (in V) Zweite Kurve und Legende sinusförmig cosinusförmig 200 0 −200 0 Gute Protokolle schreiben 2 4 6 8 10 12 Zeit, t (in ms) 14 16 18 20 50 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Möglichkeiten des pgfplots-Pakets Daten aus: I Formeln I direkte Angabe von Datenpunkten I Daten aus Textdateien Gute Protokolle schreiben 51 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Möglichkeiten des pgfplots-Pakets Daten aus: I Formeln I direkte Angabe von Datenpunkten I Daten aus Textdateien Diagrammarten: I Liniendiagramme (linear, geglättet, konstant) I Balkendiagramme (horizontal, vertikal) I comb plots und quiver plots I Polarkoordinaten, Dreiecksdiagramm, Smithdiagramm I 3D: Linien, Gitter, Oberflächen, Konturen Gute Protokolle schreiben 51 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Schaltpläne mit circuitikz \begin{tikzpicture} % äußere Masche \draw (0,0) to[I] (0,4) to[short] (4,4) to[vR] (4,2) to[R] (4,0) to[short] (0,0); \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 52 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Schaltpläne mit circuitikz Gute Protokolle schreiben 53 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Innere Zweige hinzufügen \begin{tikzpicture} % äußere Masche \draw (0,0) to[I] (0,4) to[short] (4,4) to[vR] (4,2) to[R] (4,0) to[short] (0,0); % innere Zweige (2,4) to[vR] (2,2) to[R] (2,0) (2,2) to[R] (4,2); \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 54 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Innere Zweige hinzufügen Gute Protokolle schreiben 55 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Bauelemente beschriften \begin{tikzpicture} % äußere Masche \draw (0,0) to[I] (0,4) to[short] (4,4) to[vR, l=${R_2=\SI{1000}{\ohm}}$] (4,2) to[R, l=${R=\SI{820}{\ohm}}$] (4,0) to[short] (0,0) % innere Zweige (2,4) to[vR, l_=${R_1=\SI{1000}{\ohm}}$] (2,2) to[R, l_=${R=\SI{820}{\ohm}}$] (2,0) (2,2) to[R, l=${R_{\ind{L}}=\SI{430}{\ohm}}$] (4,2); \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 56 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Bauelemente beschriften R1 = 1000 Ω R2 = 1000 Ω RL = 430 Ω R = 820 Ω Gute Protokolle schreiben R = 820 Ω 57 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Skalieren \begin{tikzpicture}[xscale=1.6,yscale=1.2] % äußere Masche \draw (0,0) to[I] (0,4) to[short] (4,4) to[vR, l=${R_2=\SI{1000}{\ohm}}$] (4,2) to[R, l=${R=\SI{820}{\ohm}}$] (4,0) to[short] (0,0) % innere Zweige (2,4) to[vR, l_=${R_1=\SI{1000}{\ohm}}$] (2,2) to[R, l_=${R=\SI{820}{\ohm}}$] (2,0) (2,2) to[R, l=${R_{\ind{L}}=\SI{430}{\ohm}}$] (4,2); \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 58 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Skalieren R1 = 1000 Ω R2 = 1000 Ω RL = 430 Ω R = 820 Ω Gute Protokolle schreiben R = 820 Ω 59 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Ströme beschriften, Lötpunkte setzen \begin{tikzpicture}[xscale=1.6,yscale=1.2] % äußere Masche \draw (0,0) to[I, i=$I_{\ind{q}}$] (0,4) to[short] (4,4) to[vR, l=${R_2=\SI{1000}{\ohm}}$] (4,2) to[R, l=${R=\SI{820}{\ohm}}$] (4,0) to[short] (0,0) % innere Zweige (2,4) to[vR, l_=${R_1=\SI{1000}{\ohm}}$, i>^=$I_1$, *-] (2,2) to[R, l_=${R=\SI{820}{\ohm}}$, i=$I_2$, -*] (2,0) (2,2) to[R, l=${R_{\ind{L}}=\SI{430}{\ohm}}$, i>_=$I_{\ind{Br}}$, *-*] (4,2); \end{tikzpicture} Gute Protokolle schreiben 60 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Ströme beschriften, Lötpunkte setzen I1 R1 = 1000 Ω R2 = 1000 Ω RL = 430 Ω Iq IBr R = 820 Ω R = 820 Ω I2 Gute Protokolle schreiben 61 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Möglichkeiten des circuitikz-Pakets Bauelemente: 1-Pole: Masse, Antenne, . . . 2-Pole: Grundelemente, Quellen, Instrumente, Schalter, . . . 3-Pole: Transistoren, gesteuerte Quellen, Umschalter, . . . 4-Pole: Transformatoren, Koppler, . . . Gute Protokolle schreiben 62 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Weitere Möglichkeiten des circuitikz-Pakets Bauelemente: 1-Pole: Masse, Antenne, . . . 2-Pole: Grundelemente, Quellen, Instrumente, Schalter, . . . 3-Pole: Transistoren, gesteuerte Quellen, Umschalter, . . . 4-Pole: Transformatoren, Koppler, . . . Darstellung und Beschriftung: I Strom- und Spannungspfeile I Knotenbeschriftung I europäische oder amerikanische Darstellung ( vs. ) Gute Protokolle schreiben 62 Zusammenfassung Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Zusammenfassung Der Betreuer sollte sehen, dass ihr euch Mühe gegeben habt! Gute Protokolle schreiben 64 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Zusammenfassung großes Protokoll = ˆ Abschlussarbeit Gute Protokolle schreiben 65 Motivation Protokolle schreiben Beispiele Tipps für LaTeX Zusammenfassung Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! Gibt es Fragen? 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