Aufgabe 14.2

Nichtlineare Spannungsquellen

Gegeben ist eine Solarzelle mit der Kennlinie im Verbraucherzählpfeilsystem (Gleichung (77))
(\(I_\mathrm{S} = 0{,}1 \, \mathrm{nA} \), \( m·U_\mathrm{T} = 40 \, \mathrm{mV} \), \( I_\mathrm{F} = 100 \, \mathrm{mA} \)) \( I_\mathrm{F} \) ist der durch Lichteinwirkung erzeugte Fotostrom.


a)Wie groß ist die Leerlaufspannung \( U_\mathrm{L} (I = 0) \) und der Kurzschlussstrom \( I_\mathrm{K} (U = 0) \)?

\( U_\mathrm{L} = \)
\( I_\mathrm{K} = \)
(Bedienhinweise)

b)Stellen Sie die Kennlinie im Verbraucherzählpfeilsystem für \( U = 0 ... U_\mathrm{L} \) dar.

c)Wie lautet die Kennlinienbeschreibung im Erzeugerzählpfeilsystem? Stellen Sie die Kennlinie dar.

d)An die Zelle wurde ein Widerstand \( R_\mathrm{a1} \) angeschlossen (\( R_\mathrm{a1} = 10 \, \mathrm{Ω} \)). Welcher Arbeitspunkt \( U_1 \), \( I_1 \) stellt sich ein, welche Leistung \( P_\mathrm{a1} \) wird umgesetzt?

\( U_1 = \)
\( I_1 = \)
\( P_\mathrm{a1} = \)
(Bedienhinweise)

e)Stellen Sie \( P(U) \) für \( U = 0...U_\mathrm{L} \) dar. Wie müsste \( R_\mathrm{a2} \) für maximale Leistungsabgabe gewählt werden?

\( R_\mathrm{a2} = \)
(Bedienhinweise)

Lösungshinweis:

\( P(U) = \left[ I_\mathrm{F} - I_\mathrm{S} \left(\mathrm{e}^{\left(\frac{U}{m · U_\mathrm{T}}\right)} -1 \right) \right]·U \)

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zum Kompendium: Nichtlineare Zweipole im Grundstromkreis (Nichtlineare aktive Elemente)