Versuch 2_4 - BA Leipzig

Praktikum: Grundlagen
der Elektrotechnik und
Halbleiterelektronik
BERUFSAKADEMIE SACHSEN
Staatliche Studienakademie
Leipzig
Versuch 2_4
Studiengang Informatik
1. Semester
Schmitt-Trigger
Dr. S. Schneider
L. Aschmann
Prof. Dr. I. Brunner
Schmitt-Trigger werden zur Umwandlung veränderlicher Eingangsspannungen Ux in zwei
diskrete Ausgangsspannungswerte (Uy+ bzw. Uy-) verwendet. Übersteigt die
Eingangsspannung den Schwellwert Ux+, so nimmt die Ausgangsspannung des invertierenden
Schmitt-Triggers Uy- an. Erst wenn die Eingangsspannung den Wert Ux- unterschreitet,
springt die Ausgangsspannung auf den Wert Uy+. Die Differenz der Spannungen ∆U = Ux+ Ux- bezeichnet man als Schalthysterese des Schmitt-Triggers.
8.0V
4.0V
Uy
Ux
1
0V
-4.0V
-8.0V
0s
5ms
V(N1A:OUT)
10ms
V(Ue:+)
15ms
20ms
25ms
30ms
35ms
40ms
45ms
50ms
55ms
60ms
Time
(a)
(b)
+Ub
V+
Rv
Ux
out
Uy
+
V-
Ux
R3
R2
U1
Uy
R1
-Ub
0
0
(c)
Abbildung 1:Invertierender Schmitt Trigger. (a) Eingangs- und Ausgangsspannungsverlauf,
(b) Schaltsymbole, (c) Schaltung
Am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt die Spannung
R1
U1 = U y
R1 + R2
an.
Ist die Differenz (Ux – U1) positiv, so wird die Ausgangsspannung Uy den negativen
Maximalwert Ux- annehmen und U1 ist negativ. Unterschreitet die Eingangsspannung Ux
diesen Wert, so wird die Differenz (Ux – U1) negativ und die Ausgangsspannung Uy nimmt
den positiven Maximalwert Ux+ an.
Es gilt
R1
R1
U x+ = U y+
U x− = U y−
.
R1 + R2
R1 + R2
Versuchsaufgabe
1. Bauen Sie einen Schmitt-Trigger nach Abb. 1(c) mit folgenden Bauelementen auf:
OPV: LM358N
Betriebsspannung des OPV: Ub = ± 8 V
Rv = 2,2 kΩ
R3 = 22 kΩ
(a)
(b)
(c)
R1 = R2 = 4,7 kΩ
R1 = 1 kΩ, R2 = 4,7 kΩ
R1 = 470 Ω, R2 = 10 kΩ
2. Nehmen Sie für die drei Widerstandskombinationen (a), (b) und (c) die Uy(Ux)-Kennlinien
auf! Steuern Sie die Schaltung dazu mit einer Gleichspannung Ux = -8 … +8 V an. Zur
Bereitstellung von Betriebs- und Eingangsspannung bauen Sie folgende Schaltung auf:
+Ub
8V
8V
U1
Betriebsspannung
des OPV
U2
-Ub
0
0
8V
U3
R1'
470
0 ... 16V
U4
Eingangsspannung
Schmitt-Trigger
R2'
470
Ux
3. Vergleichen Sie die experimentell ermittelten Schaltschwellen mit den errechneten Werten!
Diskutieren Sie die Ergebnisse!
4. Wählen Sie aus den untersuchten Schaltungen diejenige mit der passenden
Widerstandskombination aus, um die Schaltung mit einer Sinusspannung (f = 1 kHz, Û = 1 V)
zu betreiben! Oszillographieren Sie die Spannungen Ux und Uy, triggern Sie dazu das
Oszilloskop mit der Ausgangsspannung Uy des Schmitt-Triggers. Tragen Sie die
Oszillogramme in ein Diagramm nach Abb. 1(a) ein! Vergleichen Sie die Messwerte mit den
theoretischen Werten für die Schaltschwellen des Schmitt-Triggers! Diskutieren Sie die
Ergebnisse!
5. Diskutieren Sie die Fehlereinflüsse für die Versuche!
Vorbereitungsthemen
Operationsverstärker:
Aufbau, Funktionsweise und Kennlinie eines Differenzverstärkers, idealer
Operationsverstärker, Rückkopplung, Mitkopplung, Gegenkopplung, Verstärkungsfaktor,
Schmitt-Trigger, Frequenz, Wechselspannung, Wechselstrom, Funktionsweise eines
Oszilloskops
Literatur
Plassmann, Schulz: Handbuch Elektrotechnik, Vieweg+Teubner, 2009 (Springer EBooks)
Göbel: Einführung in die Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer, 2008 (Springer EBooks)
Oszilloskop.pdf, I:\material\schneider_susanne\Elektrotechnik_Elektronik\SE 2009\2.Semester\Praktikum