ELP2_4 - HAW Hamburg

ELP2, Laborversuch 4: Tongenerator mit LDR-Steuerung
(Mss 04/12)
Bei dieser Lötübung ist eine Schaltung mit einem 4-fach Operationsverstärker, zwei Transistoren
und zusätzlichen Bauelementen auf einer Lochrasterplatine im Europakartenformat aufzubauen.
Es wird ein 4-fach OPV LM324 im 14-pol DIL-Gehäuse benutzt. Die Widerstände sind aus der
Reihe E12 zu verwenden. Die Verdrahtung der Schaltung erfolgt mit blankem Silberdraht, der
möglichst nur an der Unterseite der Platine zu verlegen ist.
Als häusliche Vorarbeit muss ein detaillierter Bestückungs- und Verdrahtungsplan unter
Berücksichtigung aller Bauteile und Anschluss- bzw. Messpunkte entworfen werden. Die
Unterlagen sind im Labor vor Beginn der Lötübung vorzulegen.
Schaltung des Tongenerators
Die beiden OPVs U1C und U1D stellen zusammen mit R3, R4, R5, R_LDR und C1 den Oszillator
dar. Er gibt an Messpunkt B eine Rechteckspannung und an Messpunkt C eine Dreieckspannung
ab. Die Frequenz hängt von den vier Widerständen, dem Kondensator und dem AusgangsAussteuerbereich von U1C ab.
Die Schaltung wird mit nur einer Spannungsquelle von 9V versorgt (im Labor aus einem Netzteil,
eine 9V-Blockbatterie ist ebenfalls möglich). U1A erzeugt mit kleinem Innenwiderstand das Bezugspotential (= halbe Betriebsspannung) für den Oszillator und die Endstufe.
U1B bildet zusammen mit den beiden Kleinsignaltransistoren Q1 und Q2 den LautsprecherVerstärker. Die Wechselspannungsverstärkung wird durch R5 und R6 bestimmt.
Als Lautsprecher wird ein spezieller Typ mit 45 Ohm Impedanz benutzt. Dadurch werden Stromaufnahme und abgegeben Lautstärke begrenzt. Zusätzlich wird der Lautsprecher mit einem Vorwiderstand R7 betrieben.
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Häusliche Vorarbeit:
Entwerfen Sie das Schaltungslayout mit folgenden Forderungen:
· Alle Bauelemente auf die Oberseite
· Alle Verbindungen möglichst auf die Unterseite
· Kreuzungen (möglichst vermeiden) auf die Oberseite
· Messpunkte A, B, C, D und M auf die Oberseite
· Um den LDR ist zu allen Seiten ca.10 mm Platz zu lassen, damit er bei den Messungen bequem abgedeckt werden kann
·
Auf die richtige Polung der Elektrolytkondensatoren C2 und C3 achten!
Arbeiten im Labor:
· Bauen Sie die Schaltung auf der Lochrasterplatine auf.
· Überprüfen Sie sorgfältig den Aufbau!
· Für die erste Inbetriebnahme ist die Verbindung zum Lautsprecher zu unterbrechen. Schließen
Sie als Spannungsversorgung ein Netzteil mit zunächst eingestellter Strombegrenzung von ca.
20mA an und messen Sie mit dem Oszilloskop die Spannungen an den Messpunkten A, B, C
und D.
· Schließen Sie dann den Lautsprecher an und erhöhen Sie die Strombegrenzung am Netzteil
soweit, dass keine Begrenzung mehr auftritt.
Messungen an der Schaltung:
1. Betriebsspannung
2. Stromaufnahme
3. Spannungsverläufe an den Messpunkten A, B, C und D bei normaler Beleuchtung des
LDR
4. Spannungsverläufe an den Messpunkten B, C und D bei abgedecktem LDR
5. Erzeugte Frequenzen
a. bei normaler Beleuchtung
b. bei größter Helligkeit
c. bei abgedecktem LDR
Erläutern bzw. analysieren Sie folgende Schaltungsteile:
· Aufgabe und Funktion von U1A
· Funktion des Oszillators
a. warum wird an Messpunkt B eine Rechteckspannung erzeugt?
b. Wodurch entsteht an Messpunkt C eine Dreieckspannung?
· Bestimmung der Gleich- und Wechselspannungsverstärkung des Lautsprecherverstärkers
mit U1B, Q1 und Q2
a. aus den Messungen
b. anhand einer Berechnung.
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Lochrasterplatine mit 2,5mm Raster und den Bauelementen
Der Lautsprecher wird mit der Membranseite zur Platine montiert und mit Drahtbögen
festgehalten, die auf der Unterseite angelötet sind.
R1
R2
R3
R4
C1
C2
U1
T1
R5
R6
R7
R8
R_LDR
C3
T2
Lautsprecher
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Messpunkt