Kommutationsdioden-Experiment: Induktiven Rückschlag mit Neonlampe unterdrücken

Bauteile & Materialien

• 6-V-Batterie
• Leistungstransformator: 120 VAC Schritt-Down auf 12 VAC (Radio Shack #273-1365, #273-1352 oder #273-1511)
• 1N4001-Gleichrichterdiode (Radio Shack #276-1101) – jede 1N400X-Serie funktioniert
• Neonlampe (Radio Shack #272-1102)
• Zwei SPST-Kippschalter (Single-Pole, Single-Throw)

Während ein dedizierter Transformator empfohlen wird, genügt jeder Eisenkern-Induktor. Für kostengünstigen Bau können Haushaltslichtschalter als Kippschalter dienen.

Querverweise

• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16: „RC and L/R Time Constants“
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 3: „Diodes and Rectifiers“

Lernziele

• Phänomen des induktiven „Rückschlags“ (Kickback) wiederholen
• Demonstrieren, wie eine Diode induktiven Rückschlag unterdrückt

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Achten Sie beim Aufbau auf die Polarität der Diode: Die Kathode (mit einem Ring markiert) muss zum Pluspol (+) der Batterie zeigen. Die Diode soll in Sperrrichtung gepolt sein und nicht leiten, wenn Schalter #1 in „Ein“-Stellung ist.

Nutzen Sie die Hochspannungswicklung (120 V) des Transformators als Induktorspule. Die Primärwicklung hat typischerweise höhere Induktivität als die Sekundärwicklung, was einen stärkeren Lampenblitzeffekt erzeugt. Bei Schalter #2 auf „Aus“ ist die Diode vom Kreis getrennt.

Öffnen und schließen Sie Schalter #1 schnell. Beim Öffnen blitzt die Neonlampe aufgrund induktiven Rückschlags: Der Induktor erzeugt eine hohe Spannung, da er dem plötzlichen Stromabfall widersteht. Dieser Blitz demonstriert die im Magnetfeld gespeicherte Energie.

Induktiver Rückschlag kann Schaltkontakte durch Lichtbogen beschädigen. Die Neonlampe bietet einen sicheren Entladepfad, wandelt die gespeicherte Energie in Licht und Wärme um und schützt so die Kontakte.

Zum Nachweis der Schutzwirkung schließen Sie Schalter #2, um die Diode anzuschließen. Wiederholen Sie das schnelle Öffnen/Schließen von Schalter #1. Diesmal blitzt die Neonlampe nicht, da die Diode den Spannungsspitzen begrenzt und den Strom sicher ableitet.

Prüfen Sie die Schaltungsfunktion, indem Sie die Spannung am Induktor messen, während Schalter #1 geschlossen ist. Volle Batteriespannung zeigt korrekte Diodenpolarität an; ein niedriger Wert deutet auf eine verpolte Diode hin, die einen Kurzschluss verursacht.

Zugehöriges Arbeitsblatt

• Miscellaneous Diode Applications Worksheet