Übungsaufgaben zu Kondensator und Spule im Gleichstromkreis

Kopiere den Text in ein KI-Sprachmodell Deiner Wahl und passe Kompetenzstufe, Anzahl, Bearbeitungszeit und Szenario bei Bedarf an. Wie die Aufgaben aufgebaut sind, beschreibt der Artikel Wie sind die Aufgaben aufgebaut?. Prüfe die Ergebnisse mit dem Lehrartikel: KI-Sprachmodelle machen Fehler.

Erstelle neue Übungsaufgaben zum Thema „Kondensator und Spule im
Gleichstromkreis“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/kondensator-spule-schaltvorgaenge
- https://oer-informatik.de/gleichstromkreis
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/kondensator-spule-schaltvorgaenge-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- RC-Glied
- Zeitkonstante
- Ladekurve
- Oszilloskop
- Power-on-Reset
- Entprellung
- NE555
- Integrierer
- Freilaufdiode
- Schützspule

Kompetenzstufe: Basiskompetenz (alternativ: Kernkompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: U_0 = 12\ \mathrm{V}; R_1 = 22\ \mathrm{k\Omega}, C_1 = 47\ \mu\mathrm{F}, t = 2\ \mathrm{s}; R_2 = 1{,}5\ \mathrm{k\Omega}; Oszillogramm mit 1\ \mathrm{V/div} und 2\ \mathrm{ms/div}

Ges.: \tau, t_\mathrm{Ende}

\begin{aligned} &\text{(I)} && \tau = R_1 \cdot C_1 \\ &\text{(II)} && t_\mathrm{Ende} = 5 \cdot \tau \end{aligned}

Zeitkonstante aus I (2 Punkte):

\tau = 22\,000\ \Omega \cdot 47 \cdot 10^{-6}\ \mathrm{F} = \underline{\underline{1{,}03\ \mathrm{s}}}

Ende des Ladevorgangs aus II (1 Punkt):

t_\mathrm{Ende} = 5 \cdot 1{,}03\ \mathrm{s} \approx \underline{\underline{5{,}15\ \mathrm{s}}}

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: t_\mathrm{Ende} \approx 5{,}15\ \mathrm{s}
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: \tau = 1{,}034\ \mathrm{s}, t_\mathrm{Ende} \approx 5{,}17\ \mathrm{s}

Ges.: u_C(2\ \mathrm{s}), i(2\ \mathrm{s})

\begin{aligned} &\text{(I)} && u_C = U_0 \cdot \left(1 - e^{-\frac{t}{\tau}}\right) \\ &\text{(II)} && I_0 = \frac{U_0}{R_1} \\ &\text{(III)} && i = I_0 \cdot e^{-\frac{t}{\tau}} \end{aligned}

Kondensatorspannung aus I (2 Punkte):

u_C = 12\ \mathrm{V} \cdot \left(1 - e^{-\frac{2\ \mathrm{s}}{1{,}03\ \mathrm{s}}}\right) = 12\ \mathrm{V} \cdot (1 - 0{,}143) \approx \underline{\underline{10{,}3\ \mathrm{V}}}

Anfangsstrom aus II (1 Punkt):

I_0 = \frac{12\ \mathrm{V}}{22\ \mathrm{k\Omega}} \approx 0{,}545\ \mathrm{mA}

Ladestrom aus III (1 Punkt):

i = 545\ \mu\mathrm{A} \cdot e^{-\frac{2\ \mathrm{s}}{1{,}03\ \mathrm{s}}} \approx \underline{\underline{78{,}2\ \mu\mathrm{A}}}

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: u_C \approx 10{,}3\ \mathrm{V}, i \approx 78{,}2\ \mu\mathrm{A}
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: u_C \approx 10{,}3\ \mathrm{V} (10{,}27\ \mathrm{V}), i \approx 78{,}8\ \mu\mathrm{A}

Kontrolle mit der Maschenregel: u_R = i \cdot R_1 \approx 1{,}73\ \mathrm{V}, u_C + u_R \approx 12\ \mathrm{V}.

Ges.: Skizze von u_C(t) und i(t) beim Laden

Werte mit \tau \approx 1{,}03\ \mathrm{s}, U_0 = 12\ \mathrm{V} und I_0 \approx 545\ \mu\mathrm{A}:

Bewertung:

• Achsen beschriftet (t in s bzw. in Vielfachen von \tau, u_C in V, i in µA bzw. zweite Achse), Endwert 12\ \mathrm{V} und Anfangsstrom 545\ \mu\mathrm{A} eingetragen (1 Punkt)

• u_C beginnt bei 0 V und steigt mit abnehmender Steigung auf 12 V, Werte bei 1\,\tau, 3\,\tau, 5\,\tau richtig (1,5 Punkte)

• i beginnt bei 545\ \mu\mathrm{A} und fällt mit abnehmender Steigung gegen null, Werte richtig (1,5 Punkte)

Die Kurven haben dieselbe Form wie im Bild „Ladevorgang am RC-Glied“ im Lehrartikel, nur mit anderen Zahlenwerten.

Ges.: U_{C0}, \tau, C_2

\begin{aligned} &\text{(I)} && \tau = R_2 \cdot C_2 \end{aligned}

Anfangsspannung (1 Punkt): Die Kurve beginnt 8 Kästchen über der Bezugslinie, also \underline{\underline{U_{C0} = 8\ \mathrm{V}}}.

Zeitkonstante (2 Punkte): Nach 1\,\tau sind noch 37 % übrig, 0{,}368 \cdot 8\ \mathrm{V} \approx 2{,}9\ \mathrm{V}. Diesen Wert erreicht die Kurve etwa 1{,}65 Kästchen nach dem Umschalten:

\tau \approx 1{,}65\ \mathrm{div} \cdot 2\ \frac{\mathrm{ms}}{\mathrm{div}} = \underline{\underline{3{,}3\ \mathrm{ms}}}

Alternativ: Die Anfangstangente schneidet die Nulllinie etwa 1{,}65 Kästchen nach dem Umschalten. Ablesewerte zwischen 3{,}1\ \mathrm{ms} und 3{,}5\ \mathrm{ms} sind richtig.

I nach C_2 umstellen (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} \tau & = & R_2 \cdot C_2 & \color{gray}{: R_2} \\ C_2 & = & \dfrac{\tau}{R_2} = \dfrac{3{,}3 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{s}}{1500\ \Omega} = \underline{\underline{2{,}2\ \mu\mathrm{F}}} & \end{array}

Mit \tau = 3{,}1 \dots 3{,}5\ \mathrm{ms} ergibt sich C_2 \approx 2{,}1 \dots 2{,}3\ \mu\mathrm{F}; auf der Platine ist vermutlich ein Kondensator mit 2{,}2\ \mu\mathrm{F} bestückt.

Ges.: Anschluss und Einstellungen für die Messung

Je 1 Punkt:

• Anschluss: Der Funktionsgenerator ersetzt den Umschalter und speist das RC-Glied. Kanal 1 misst die Generatorspannung am Eingang des RC-Glieds, Kanal 2 die Spannung an C_2; beide Tastkopf-Massen liegen am gemeinsamen Bezugspunkt (Masse von RC-Glied und Generator).

• Generator: Rechtecksignal zwischen 0 V und z. B. 8 V (Offset so einstellen, dass das Signal nicht negativ wird). Die Periodendauer muss mindestens 10\,\tau \approx 33\ \mathrm{ms} betragen, damit sich C_2 in jeder Halbperiode vollständig lädt und entlädt, also f \le 30\ \mathrm{Hz}, z. B. f = 20\ \mathrm{Hz}.

• Oszilloskop: Zeitbasis so, dass mindestens eine Periode sichtbar ist (z. B. 5\ \mathrm{ms/div}), Ablenkkoeffizient z. B. 1\ \mathrm{V/div} bzw. 2\ \mathrm{V/div}, DC-Kopplung, Triggerung auf Kanal 1 mit steigender oder fallender Flanke, damit das Bild steht.

Ges.: Erklärung der Störimpulsunterdrückung

Widerstand und Kondensator bilden einen Tiefpass (1 Punkt). Ein kurzer Störimpuls auf der Tasterleitung kann den Kondensator über den Widerstand in der kurzen Zeit nur wenig laden bzw. entladen, weil sich die Kondensatorspannung nicht sprunghaft ändern kann; die Spannung am Eingang erreicht die Schaltschwelle nicht (1 Punkt). Ein echter Tastendruck dauert dagegen viel länger als die Zeitkonstante, sodass sich der Kondensator vollständig umlädt und der Eingang sicher schaltet. Der Kondensator direkt am Eingang leitet hochfrequente Spitzen nach Masse ab (1 Punkt).

Ges.: Vorgang beim Abschalten ohne Diode, Wirkung der Diode

Ohne Diode (2 Punkte): Die Spule speichert Energie in ihrem Magnetfeld, ihr Strom kann sich nicht sprunghaft ändern. Sperrt der Transistor, würde der Strom sehr schnell auf null fallen. Durch Selbstinduktion (u_L = L \cdot \Delta i / \Delta t) entsteht eine sehr hohe Spannung mit umgekehrter Polarität, die sich zur Betriebsspannung addiert und den Transistor durch Überspannung zerstören kann.

Mit Diode (2 Punkte): Die Diode ist in Sperrrichtung zur Betriebsspannung angeschlossen (Kathode an Plus) und leitet im Betrieb nicht. Beim Abschalten polt sich die Spulenspannung um, die Diode wird leitend und übernimmt den Spulenstrom (Freilauf). Der Strom klingt im Kreis aus Spule und Diode langsam ab, die Spannung an der Spule bleibt auf die Durchlassspannung der Diode (etwa 0,7 V) begrenzt, der Transistor ist geschützt.

Geg.: U_B = 5\ \mathrm{V}; Power-on-Reset R = 10\ \mathrm{k\Omega}, U_S = 3{,}5\ \mathrm{V}, t_\mathrm{R} \ge 20\ \mathrm{ms}

Ges.: C_\mathrm{min}, Normwert, t_\mathrm{R}

\begin{aligned} &\text{(I)} && U_S = U_B \cdot \left(1 - e^{-\frac{t_\mathrm{R}}{\tau}}\right) \\ &\text{(II)} && \tau = R \cdot C \end{aligned}

I nach t_\mathrm{R} umstellen (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} U_S & = & U_B \cdot \left(1 - e^{-\frac{t_\mathrm{R}}{\tau}}\right) & \color{gray}{: U_B} \\ e^{-\frac{t_\mathrm{R}}{\tau}} & = & 1 - \dfrac{U_S}{U_B} = \dfrac{U_B - U_S}{U_B} & \color{gray}{\ln(\ldots)} \\ t_\mathrm{R} & = & \tau \cdot \ln\left(\dfrac{U_B}{U_B - U_S}\right) = \tau \cdot \ln\left(\dfrac{5\ \mathrm{V}}{1{,}5\ \mathrm{V}}\right) \approx 1{,}20 \cdot \tau & \end{array}

II einsetzen und nach C umstellen (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} t_\mathrm{R} & = & 1{,}20 \cdot R \cdot C & \color{gray}{: (1{,}20 \cdot R)} \\ C_\mathrm{min} & = & \dfrac{t_\mathrm{R}}{1{,}20 \cdot R} = \dfrac{20 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{s}}{1{,}20 \cdot 10\,000\ \Omega} \approx \underline{\underline{1{,}67\ \mu\mathrm{F}}} & \end{array}

Normwert (1 Punkt): Der nächstgrößere E6-Wert ist \underline{\underline{C = 2{,}2\ \mu\mathrm{F}}} (1{,}5\ \mu\mathrm{F} wäre zu klein).

Kontrolle (1 Punkt):

t_\mathrm{R} = 1{,}20 \cdot 10\ \mathrm{k\Omega} \cdot 2{,}2\ \mu\mathrm{F} \approx \underline{\underline{26{,}4\ \mathrm{ms}}} \ \ge 20\ \mathrm{ms}

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: C_\mathrm{min} \approx 1{,}67\ \mu\mathrm{F}, t_\mathrm{R} \approx 26{,}4\ \mathrm{ms}
Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: \ln(5/1{,}5) = 1{,}204, C_\mathrm{min} \approx 1{,}66\ \mu\mathrm{F}, t_\mathrm{R} \approx 26{,}5\ \mathrm{ms}

Ges.: Skizze u_C(t) mit Schwelle und Reset-Dauer, Aufgabe von Taster und Diode

Werte mit \tau = 10\ \mathrm{k\Omega} \cdot 2{,}2\ \mu\mathrm{F} = 22\ \mathrm{ms}:

Skizze (3 Punkte): u_C steigt ab dem Einschalten von 0 V nach der Ladekurve auf 5 V (1 Punkt). Waagerechte Linie bei der Schwelle 3{,}5\ \mathrm{V}, Schnittpunkt mit der Kurve bei t_\mathrm{R} \approx 26\ \mathrm{ms} (1 Punkt). Bereich 0 \dots 26\ \mathrm{ms} als „Reset aktiv“ (Low), danach „Programm läuft“ (High) gekennzeichnet (1 Punkt).

Reset-Taster (1 Punkt): Er schließt den Kondensator kurz und entlädt ihn sofort; der Eingang geht auf Low, der Mikrocontroller wird zurückgesetzt. Nach dem Loslassen lädt sich C erneut, der Neustart erfolgt nach t_\mathrm{R}.

Diode (1 Punkt): Beim Ausschalten sinkt +5\ \mathrm{V} schneller als u_C; die Diode wird leitend und entlädt den Kondensator rasch über die Versorgung. So ist C auch bei kurzem Aus- und Wiedereinschalten leer und der Reset funktioniert wieder vollständig.

Geg.: U_B = 5\ \mathrm{V}, R_1 = 10\ \mathrm{k\Omega}, R_2 = 2{,}2\ \mathrm{k\Omega}, C = 1\ \mu\mathrm{F}; Schwellen 3{,}5\ \mathrm{V} (steigend) und 1{,}5\ \mathrm{V} (fallend); Prellzeit 2\ \mathrm{ms}

Ges.: U_\mathrm{C,max}, I_\mathrm{max}

\begin{aligned} &\text{(I)} && I_\mathrm{max} = \frac{U_\mathrm{C,max}}{R_2} \end{aligned}

Höchste Spannung (1 Punkt): Bei offenem Endschalter fließt im eingeschwungenen Zustand kein Strom durch R_1 und R_2 (Kondensator wie Unterbrechung, Eingangsstrom vernachlässigbar). Es fällt keine Spannung an den Widerständen ab: \underline{\underline{U_\mathrm{C,max} = 5\ \mathrm{V}}}.

Größter Strom (1 Punkt): Im Schließaugenblick liegt Knoten A auf Masse, die volle Kondensatorspannung liegt an R_2:

I_\mathrm{max} = \frac{5\ \mathrm{V}}{2{,}2\ \mathrm{k\Omega}} \approx \underline{\underline{2{,}27\ \mathrm{mA}}}

(Durch den Endschalter fließen zusätzlich 5\ \mathrm{V} / 10\ \mathrm{k\Omega} = 0{,}5\ \mathrm{mA} über R_1.)

Ges.: \tau_\mathrm{E}, \tau_\mathrm{L}, t_\mathrm{Low}, t_\mathrm{High}, Beurteilung

\begin{aligned} &\text{(I)} && \tau_\mathrm{E} = R_2 \cdot C \\ &\text{(II)} && \tau_\mathrm{L} = (R_1 + R_2) \cdot C \\ &\text{(III)} && t_\mathrm{Low} = \tau_\mathrm{E} \cdot \ln\left(\frac{U_{C0}}{U_{S-}}\right) \\ &\text{(IV)} && t_\mathrm{High} = \tau_\mathrm{L} \cdot \ln\left(\frac{U_B}{U_B - U_{S+}}\right) \end{aligned}

Zeitkonstanten aus I und II (je 0,5 Punkte): Beim Entladen fließt der Strom nur über R_2 und den Schalter, beim Laden über R_1 und R_2.

\tau_\mathrm{E} = 2{,}2\ \mathrm{k\Omega} \cdot 1\ \mu\mathrm{F} = \underline{\underline{2{,}2\ \mathrm{ms}}} \qquad \tau_\mathrm{L} = 12{,}2\ \mathrm{k\Omega} \cdot 1\ \mu\mathrm{F} = \underline{\underline{12{,}2\ \mathrm{ms}}}

Zeit bis Low aus III (1 Punkt):

t_\mathrm{Low} = 2{,}2\ \mathrm{ms} \cdot \ln\left(\frac{5\ \mathrm{V}}{1{,}5\ \mathrm{V}}\right) \approx \underline{\underline{2{,}65\ \mathrm{ms}}}

Zeit bis High aus IV (1 Punkt):

t_\mathrm{High} = 12{,}2\ \mathrm{ms} \cdot \ln\left(\frac{5\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{V} - 3{,}5\ \mathrm{V}}\right) \approx \underline{\underline{14{,}7\ \mathrm{ms}}}

Beurteilung (2 Punkte): Die Schaltung entprellt sicher. Beim Schließen sinkt u_C mit dem ersten Kontakt; kurze Öffnungen während des Prellens laden den Kondensator wegen der großen Ladezeitkonstante nur wenig nach, u_C kann die obere Schwelle von 3{,}5\ \mathrm{V} nicht wieder erreichen. Spätestens nach 2\ \mathrm{ms} Prellen plus 2{,}65\ \mathrm{ms} ist der Eingang einmal sauber auf Low. Nach Erkennen von Low müsste der Schalter 14{,}7\ \mathrm{ms} ununterbrochen offen sein, bis wieder High erkannt wird; das ist deutlich länger als die Prellzeit. Beim Öffnen gilt dasselbe umgekehrt, die Hysterese des Schmitt-Triggers verhindert Mehrfachflanken.

Geg.: Timer NE555 monostabil, C = 100\ \mu\mathrm{F}, t_\mathrm{i} \ge 4\ \mathrm{s}

Ges.: R, Normwert, t_\mathrm{i}

\begin{aligned} &\text{(I)} && t_\mathrm{i} = 1{,}1 \cdot R \cdot C \end{aligned}

I nach R umstellen (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} t_\mathrm{i} & = & 1{,}1 \cdot R \cdot C & \color{gray}{: (1{,}1 \cdot C)} \\ R & = & \dfrac{t_\mathrm{i}}{1{,}1 \cdot C} = \dfrac{4\ \mathrm{s}}{1{,}1 \cdot 100 \cdot 10^{-6}\ \mathrm{F}} \approx \underline{\underline{36{,}4\ \mathrm{k\Omega}}} & \end{array}

Normwert (1 Punkt): \underline{\underline{R = 39\ \mathrm{k\Omega}}}, weil 33\ \mathrm{k\Omega} die Mindestzeit unterschreiten würde.

Kontrolle (1 Punkt):

t_\mathrm{i} = 1{,}1 \cdot 39\ \mathrm{k\Omega} \cdot 100\ \mu\mathrm{F} \approx \underline{\underline{4{,}29\ \mathrm{s}}} \ \ge 4\ \mathrm{s}

Geg.: invertierender Integrierer, R = 220\ \mathrm{k\Omega}, C = 2{,}2\ \mu\mathrm{F}, u_a(0) = 0\ \mathrm{V}, U_e = 1{,}5\ \mathrm{V} für t = 0{,}8\ \mathrm{s}

Ges.: u_a(0{,}8\ \mathrm{s}), Verlauf

\begin{aligned} &\text{(I)} && u_a = u_a(0) - \frac{U_e}{R \cdot C} \cdot t \end{aligned}

Mit R \cdot C = 220\ \mathrm{k\Omega} \cdot 2{,}2\ \mu\mathrm{F} = 0{,}484\ \mathrm{s} aus I (2 Punkte):

u_a = 0\ \mathrm{V} - \frac{1{,}5\ \mathrm{V}}{0{,}484\ \mathrm{s}} \cdot 0{,}8\ \mathrm{s} \approx \underline{\underline{-2{,}48\ \mathrm{V}}}

Verlauf (2 Punkte): Während des Impulses fließt der konstante Strom U_e / R \approx 6{,}82\ \mu\mathrm{A} in den Kondensator. Die Ausgangsspannung fällt deshalb linear (nicht nach einer e-Funktion) mit der Steigung -U_e/(R \cdot C) \approx -3{,}10\ \mathrm{V/s} von 0 V auf -2{,}48\ \mathrm{V}, invertiert wegen der invertierenden Grundschaltung. Nach dem Impuls ist U_e = 0, es fließt kein Ladestrom mehr; der Kondensator behält seine Ladung und die Ausgangsspannung bleibt auf -2{,}48\ \mathrm{V} stehen (bis ein Rücksetzschalter oder ein Leckstrom den Kondensator entlädt).

Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: u_a \approx -2{,}48\ \mathrm{V} (-2{,}479\ \mathrm{V})

Geg.: U = 24\ \mathrm{V} DC; DC-Spule R_\mathrm{DC} = 288\ \Omega; AC-Spule R_\mathrm{Cu} = 9\ \Omega

Ges.: I und P beider Spulen, Folgen

\begin{aligned} &\text{(I)} && I = \frac{U}{R} \\ &\text{(II)} && P = U \cdot I \end{aligned}

Richtige Spule (1 Punkt):

I_\mathrm{DC} = \frac{24\ \mathrm{V}}{288\ \Omega} \approx \underline{\underline{83{,}3\ \mathrm{mA}}} \qquad P_\mathrm{DC} = 24\ \mathrm{V} \cdot 0{,}0833\ \mathrm{A} \approx \underline{\underline{2{,}00\ \mathrm{W}}}

Wechselspannungsspule an Gleichspannung (1 Punkt):

I_\mathrm{AC} = \frac{24\ \mathrm{V}}{9\ \Omega} \approx \underline{\underline{2{,}67\ \mathrm{A}}} \qquad P_\mathrm{AC} = 24\ \mathrm{V} \cdot 2{,}67\ \mathrm{A} \approx \underline{\underline{64{,}0\ \mathrm{W}}}

Folge (2 Punkte): Bei Wechselspannung begrenzt vor allem der induktive Blindwiderstand den Spulenstrom. An Gleichspannung fehlt er, nur der kleine Drahtwiderstand wirkt. Die Spule nimmt etwa das 32-Fache der Leistung auf, erhitzt sich in kurzer Zeit, die Isolierung verschmort und die Spule brennt durch. Zusätzlich kann der Transistorausgang bzw. das Netzteil überlastet werden.

230-V-Spule an 24 V DC (1 Punkt): Ihr Drahtwiderstand ist viel größer; der Strom und damit die Magnetkraft reichen nicht aus. Das Schütz zieht nicht an, das Tor fährt nicht.

Ges.: Beurteilung der Schutzbeschaltung

Einfache Freilaufdiode (1 Punkt): Sie begrenzt die Abschaltspannung auf etwa 0{,}7\ \mathrm{V}; der Spulenstrom klingt im Freilaufkreis nur langsam mit \tau = L / R_\mathrm{Cu} ab. Das Magnetfeld hält den Anker länger, das Schütz fällt deutlich verzögert ab.

Diode mit Z-Diode (1 Punkt): Beim Abschalten steht der Spule die Gegenspannung U_Z + U_F gegenüber. Die gespeicherte Energie wird viel schneller abgebaut, das Schütz fällt fast so schnell ab wie ohne Schutzbeschaltung. Der Transistor muss dafür U_B + U_Z + U_F sicher sperren können.

Urteil (1 Punkt): Für ein schnelles Abfallen beim Halt ist die Reihenschaltung aus Diode und Z-Diode (oder ein passender Varistor) besser geeignet; die Z-Spannung wird so gewählt, dass die Spannungsfestigkeit des Transistors nicht überschritten wird. Sicherheitsrelevante Abschaltungen werden zusätzlich über einen Sicherheitskreis ausgeführt.