Übungsblatt 5

Übungen zur Vorlesung Elektronik
Blatt 5
Übungsleiter: P. Jasinski im SS 2007
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Abgabe: Freitag 25.05 14:00 Uhr
Aufgabe 1 (3 Punkte)
Gegeben sei das folgende Netzwerk mit einem idealen Operationsverstärker.
Zeigen Sie, dass es sich um eine ideale Stromquelle handelt, d.h. dass der Strom Ia unabhängig von der Last RL ist. Tipp: Die Spannungen am OP sind durch 2 Spannungsteiler
bestimmt. Was folgt aus der Annahme, dass es sich um einen idealen OP handelt, für U+
und U− am OP?
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Aufgabe 2 (2 Punkte)
Gegeben sei das folgende Netzwerk mit den Anfangsbedingungen für die Ströme durch die
Spulen IL (0) und die Spannungen an den Kapazitäten UC (0) bei t = 0.
1. Zeichnen Sie das Netzwerk im Bildbereich, d.h. die Ersatzschaltbilder der Bauteile
nach einer Laplacetransformation. Verwenden Sie dabei nur Spannungsquellen.
2. Stellen Sie das lineare Gleichungssytem für das Netzwerk im Bildbereich auf. Gehen
Sie dabei nach der Methode der Maschenstromanalyse vor.
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Aufgabe 3 (5 Punkte)
Gegeben sei das folgende Netzwerk, welches einen Differentiator darstellt. Es handelt sich
auch hier um einen idealen Operationsverstärker.
1. Transformieren Sie das Netzwerk in den Bildbereich, unter der Annahme, dass bei
t = 0 der Kondensator ungeladen ist.
2. Bestimmen Sie die Ausgangsspannung Ua (s) im Bildbereich in Abhängigkeit von der
Eingangsspannung U0 (s). Tipp: Welche Spannung hat U− am OP wenn U+ auf Masse
liegt? Was folgt für die Ströme I(s) an U− ?
3. Bestimmen Sie die Ausgangsspannung bei einer gegebenen Eingangsspannung U0 (t) =
U0 · Θ(t). Geben Sie die Lösung sowohl im Bildbereich, als auch im Zeitbereich an.
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Aufgabe 4 (3 Bonuspunkte)
Simulieren Sie die Schaltung aus Aufgabe 3 in Abhängigkeit der Zeit (Time Domain). Bennen Sie bitte hierfür die Spannungsquelle U0 nach ihrem Namen. Verwenden Sie für die
Θ-Funktion einen Spannungspuls als Spannungsquelle (VPULSE in der SOURCE Bibliothek). Verwenden Sie den uA741 OP aus der EVAL Bibliothek. Legen Sie an V+ und Vjeweils +15V und -15V an. Die Pins 1 und 5 können Sie ignorieren. Bitte stellen Sie die
angelegte Spannung U0 (t), die Ausgangsspannung Ua (t) und die Lösung aus Aufgabe 3 in
einem Zeitbereich von wenigen ms dar. Die benötigten Funktionen (EXP() und Time) finden Sie im Menuepunkt Trace->Add Trace. Bitte wählen Sie folgende Größen: R1 = 1kΩ,
R2 = 18kΩ, C=2µF, U0 =1V. Vergessen Sie nicht die Kapazität mit dem IC1-Glied aus der
SPECIAL Bibliothek zu entladen.
Der Aufbau könnte wie folgt aussehen.
Um den OP mit +15V und -15V zu versorgen, können VCC-Pins (Button PWR über
dem GND Button) verwendet werden. Mit diesen wird die Spannung an gleichnamige Pins
übertragen, ohne eine Leitung verlegen zu müssen.
Decken sich die Ergebnisse mit ihren Berechungen? Was kann man beim realen simulierten OP im Gegensatz zum idealen erkennen? Sollten Sie keine Möglichkeit haben das
Ergebnis zu drucken, so senden Sie bitte die Datei als e-mail Anhang an den Übungsleiter
[email protected] mit der Angabe des Namens und der Übungsgruppe.
PS: Entgegen der Behauptung auf dem letzten Blatt, lässt sich die Anstiegszeit der
Pulsquelle durch kleine Werte (z.B. 1ps) kleiner stellen, als mit einem Wert von 0s.
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