Versuch EL-V7: Untersuchung von Operationsverstärker

Versuch EL-V7: Untersuchung von
Operationsverstärker-Schaltungen am
Beispiel eines Ultraschall-Abstandmesssystem
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Vorausgesetzte Kenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Informationen zu PSpice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2
2
2
2 Einleitung
2
3 Vorbereitungsaufgaben
3.1 Ultraschall-Sender und Empfänger .
3.2 Oszillator . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Bandpass . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Steuerungseinheit . . . . . . . . . .
3.5 Anzeige-Einheit . . . . . . . . . . .
3.6 Gesamtschaltung und Schaltplan .
4 Messaufgaben
4.1 Oszillator . . . .
4.2 Bandpass . . . .
4.3 Steuerungseinheit
4.4 Gesamtschaltung
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4
4
4
5
7
10
11
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14
14
14
16
16
5 Anhang
18
Literaturverzeichnis
21
EL-V7 - 1
1 Einleitung
1.1
Motivation
In dem Praktikumsversuch werden grundlegende Operationsverstärker-Schaltungen am Beispiel eines Ultraschall-Abstandsmessers untersucht. Diese Art der Entfernungsmessung hat
sich zu einem Standard in der Kfz-Elektronik entwickelt und wird als Einparkhilfe in vielen
Fahrzeugen angeboten. Untersucht wird das Verhalten von Filter-Schaltungen, Oszillatoren
und Komparator-Schaltungen. Ziel des Versuchs ist es, die berechneten und simulierten
Bauelement-Dimensionierungen auf eine reale Schaltung anzuwenden und die Funktion
mittels Messung an der Schaltung zu verifizieren.
1.2
Vorausgesetzte Kenntnisse
• Vorlesung "Elektronische Schaltungen", Prof. Dr.-Ing. T. Musch
• Schriftlich gelöste und zum Versuchstermin mitgebrachte Vorbereitungsaufgaben
1.3
Informationen zu PSpice
• In der ETIT-CIP-Insel ist das Simulationsprogramm PSpice installiert und kann zur
Vorbereitung des Versuches genutzt werden
• Eine Demo-Version von PSpice kann unter folgender Adresse heruntergeladen werden:
http://www.lems.rub.de/Lehre/Klausuren/klausuren.jsp
• Literatur: siehe Ende des Versuchsberichts
2 Einleitung
Mit Hilfe von Operationsverstärkern können eine Vielzahl von Funktionen in der Schaltungstechnik realisiert werden. Bestimmt ist das elektrische Verhalten der Schaltung im
Wesentlichen durch die externe Beschaltung. Hier dienen als Beispiel invertierende und
nicht-invertierende Verstärker sowie Schaltungen zur Integration, Differentiation und Komparatoren. Als Beispiel für Operationsverstärker-Schaltungen wird im Rahmen dieses Praktikums eine Ultraschall-Abstandsmessung durchgeführt. Dieses Modul beinhaltet neben
einem Oszillator eine monostabile Kippstufe sowie eine Filterschaltung und Komparatorschaltungen. Des Weiteren befinden sich ein Ultraschall-Sender und -Empfänger sowie eine
Auswerteschaltung auf dem Modul. Prinzip der Abstandsmessung ist die Auswertung der
Schall-Laufzeit, welche für ein Medium, zum Beispiel Luft, bekannt ist. Trifft nun ein
ausgesandtes Ultraschallsignal auf ein reflektierendes Hindernis, so wird das Signal zum
Empfänger zurück reflektiert. Mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit von 340 m/s
und der Zeitspanne zwischen gesendetem und reflektiertem Signal kann nun die Entfernung
des Objekts zum Empfänger bestimmt werden. In Bild 1 ist das Blockschaltbild eines
solchen Moduls gezeigt. Auf der linken Seite sind der Ultraschall-Sender (oben) und der
EL-V7 - 2
-Empfänger (unten) gezeigt. Angesteuert wird der Sender durch einen Rechteckoszillator.
Der Lautsprecher wird durch einen Buffer vom Oszillator entkoppelt. Am Empfänger wird
das Signal mittels eines Bandpasses gefiltert und gleichgerichtet. Dieses Signal wird von der
Steuerung ausgewertet und durch eine Anzeige wird die Laufzeit wiedergegeben.
Ua
1
t0
t1
100 cm
t
Steuerung
x cm
0 cm
x
Bild 1: Vereinfachtes Blockschaltbild des Ultraschall-Entfernungsmessers
EL-V7 - 3
3 Vorbereitungsaufgaben
3.1
Ultraschall-Sender und Empfänger
Vorbereitungsaufgabe 3.1:
In Anhang A ist das Datenblatt des Ultraschall-Senders 40LT und -Empfängers 40LR
abgebildet. Bestimmen Sie die optimale Oszillatorfrequenz fosz und tragen Sie diese in
Tabelle 1 ein.
3.2
Oszillator
Vorbereitungsaufgabe 3.2:
Geben Sie eine Oszillator-Schaltung bestehend aus einem Operationsverstärker, drei Widerständen und einem Kondensator an, welche eine rechteckförmige Schwingung erzeugt.
Hinweise:
• Verwenden Sie eine Versorgungsspannung von ±UB = ±15 V
• Wählen Sie 11 kΩ-Widerstände
Vorbereitungsaufgabe 3.3:
Geben Sie die Formel für die Oszillatorfrequenz fosz an und berechnen Sie den Kondensator
C1 so, dass sich die in Vorbereitungsaufgabe 3.1. ermittelte Oszillatorfrequenz einstellt.
Vorbereitungsaufgabe 3.4:
Geben Sie die Abhängigkeit der Oszillatorfrequenz fosz von der Versorgungsspannung UB
an.
Vorbereitungsaufgabe 3.5:
Zeichnen Sie in Bild 2 die Spannungsverläufe des negativen und positiven Eingangs sowie
des Ausgangs des Operationsverstärkers ein.
Hinweis:
• Nehmen Sie als Startbedingung an, dass der Kondensator am Anfang (t = 0) auf
UC (t = 0) = −7,5 V geladen ist und die Ausgangsspannung des Operationsverstärker
+15 V bei t = 0 beträgt.
EL-V7 - 4
U
15
10
5
0
T
T
2
3T
2
2T
5T
2
3T
t
-5
-10
-15
Bild 2: Spannungsverläufe am Oszillator
Vorbereitungsaufgabe 3.6:
Simulieren Sie die Oszillator-Schaltung für die in Vorbereitungsaufgabe 3.1 ermittelte Frequenz. Stellen Sie hierzu die Ausgangsspannung, sowie die beiden Spannungen am positiven
und negativen Eingang des Operationsverstärkers dar. Simulieren Sie für den Zeitbereich
zehn Perioden und einen Spannungsbereich −15 V bis +15 V. Setzen Sie die Initial-Condition
(IC) des Kondensators C1 auf −7,5 V. Drucken Sie das Ergebnis aus und bestimmen Sie die
Frequenz der simulierten Schaltung und tragen diese in Tabelle 1 ein.
Hinweis:
• Nutzen Sie in PSpice als Operationsverstärker das opamp Modell
• Benutzen Sie ausschließlich Bauteilwerte der E24-Reihe
• Für Bauteilwerte, welche nicht durch die E24-Reihe abgebildet werden können, kann
eine Parallelschaltung zweier Bauteile genutzt werden, um den Wert anzunähern.
3.3
Bandpass
In Bild 3 ist die Filterschaltung bestehend aus zwei Bandpässen zu sehen. Die beiden
Bandpässe weisen unterschiedliches Übertragungsverhalten auf, welches untersucht werden
soll.
EL-V7 - 5
10pF
10pF
100nF
10kΩ
180kΩ
–
+
10nF
33kΩ
10kΩ
OP1
UE
–
+
OP2
UA
Bild 3: Zweifacher Bandpass mit Verstärkung
Vorbereitungsaufgabe 3.7:
Simulieren Sie den in Bild 3 angegebenen Bandpass. Drucken Sie den Verstärkungsverlauf
des Bandpasses für den Bereich f = 10 Hz bis f = 1 MHz aus. Verwenden Sie als OP den
idealen OP opamp.
Vorbereitungsaufgabe 3.8:
Geben Sie jeweils die Eckfrequenzen ωu und ωo der einzelnen Bandpässe aus Bild 3 an. Wie
groß ist die jeweilige Verstärkung vB der Bandpässe bei der gewählten Frequenz fosz des
Ultraschall-Senders?
Vorbereitungsaufgabe 3.9:
Welche Gesamtverstärkung an der Frequenz fosz ergibt sich somit für den gewählten Bandpass? Bestimmen Sie die untere und obere 3dB-Eckfrequenz des gesamten Bandpasses.
Tragen Sie die ermittelten Werte in Tabelle 2 ein.
Signalkonditionierung
In Bild 4 ist ein detaillierteres Blockschaltbild des Bandpasses mit Signalkonditionierung
zu sehen. Das Ausgangssignal des Bandpasses wird durch den Komparator 1 ausgewertet.
Die Schwelle US des Komparators 1 liegt bei 200 mV. Signale über der Schwelle haben zur
Folge, dass am Ausgang des Komparators 1 die Versorgungsspannung UB anliegt, Signale
darunter erzeugen eine Ausgangsspannung von UA,OP = −UB . Das so ausgewertete Signal
wird gleichgerichtet und mittels eines RC-Tiefpasses geglättet. Die Zeitkonstante des RCTiefpasses reduziert die Flankensteilheit des Signals. Die folgenden Schaltungsteile benötigen
jedoch eine präzise und definierte Steuerung. Hierzu wird der Komparator 2 verwendet.
Dieses Signal stellt das Ausgangssignal der Signalkonditionierung dar.
EL-V7 - 6
Oszillator
Buffer
Mono-Flop
Ua
Ua
run
1
t0
Komparator 1
Bandpass
t1
Gleichrichter
Ua
Ub
|vB|
Komparator 2
Ub
reset
Ue
t1
t
100 cm
x cm
reset
Ua
-Ub
f
t0
t
Ua
Us
t0 t1
Ue
t
0 cm
Rampengenerator
Bandpass mit Signalkonditionierung
x
Steuerungs-Einheit
Auswertung
Bild 4: Blockschaltbild des realisierten Entfernungsmessers
3.4
Steuerungseinheit
Grundelemente der Zustandssteuerung sind der monostabile Multivibrator und der Rampengenerator, wie in Bild 4 in der Steuerungseinheit oben und unten gezeigt. Der monostabile Multivibrator erzeugt ein Freigabesignal für den Oszillator und setzt gleichzeitig den
Rampengenerator zurück. Nach dem Senden wird der Rampengenerator freigegeben. Die
Rampenspannung steigt linear bis zur maximalen Spannung an und triggert den monostabilen Multivibrator sodass der Vorgang von neuem beginnt. Eine genauere Betrachtung des
Timing-Verhaltens ist in Bild 5 gezeigt.
Monostabiler Flip-Flop
UB
t0
t1 hold
t
-UB
∆t1
∆t2
Astabiler Multivibrator
UB
t0
t1
t
-UB
Bild 5: Timing-Diagramm für Freigabe-Signal des Oszillators
In Bild 5 ist zu sehen, dass zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 (∆t1 ) das monostabile
Flip-Flop den Oszillator freigibt und dieser schwingen kann. Nach Erreichen des Zeitpunktes
t1 sperrt das monostabile Flip-Flop den Oszillator, sodass dieser nicht mehr schwingen kann.
In Bild 6 ist das zeitliche Verhalten der Ablaufsteuerung zu sehen. Wie in Bild 5 bereits
EL-V7 - 7
gezeigt, gibt das monostabile Flip-Flop den Oszillator zwischen t0 und t1 frei. Nach dem
Zeitpunkt t1 startet der Rampengenerator und liefert eine konstant steigende Ausgangsspannung. Das Ausgangssignal des Rampengenerators wird zur Auswertung des eintreffenden
Schallsignals benutzt, um durch einen Vergleich des erreichten Wertes eine Aussage über
den Abstand treffen zu können. Nach Erreichen des maximalen Spannungspegels URP,max
wird der Rampengenerator zurückgesetzt und das monostabile Flip-Flop erneut gestartet,
sodass ein neuer Ultraschall-Puls gesendet werden kann.
Monostabiler Flip-Flop
UB
t0
t
t1
reset
-UB
∆t1
∆t2
Rampengenerator
URP
t0 t1
t
Bild 6: Timing-Diagramm für die Steuerung des Ultraschall-Moduls
Monostabiler Multivibrator
Gegeben ist die in Bild 7 gezeigte monostabile Multivibrator-Schaltung.
UB
R2
R1
+
–
UA
C1
R3
-UB
Bild 7: Monostabilder Multivibrator
EL-V7 - 8
Vorbereitungsaufgabe 3.10:
Bestimmen Sie die Zeit, wie lange der Oszillator freigegeben werden muss, damit bei einer
Schwingfrequenz von 40 kHz 8 Perioden durch den Oszillator abgegeben werden. Übertragen
Sie diesen Wert in Tabelle 5.
Vorbereitungsaufgabe 3.11:
Dimensionieren Sie das RC-Glied bestehend aus R1 und C1 des monostabilen Multivibrators
für die in Vorbereitungsaufgabe 3.10 berechnete Zeitspanne. Wählen Sie hierzu die Schaltschwelle zu 0.5∆|UB | (R2 = R3 = 47 kΩ) sowie den Widerstand R1 = 11 kΩ.
Hinweis:
• Der Kondensator sei zunächst entladen. Nutzen Sie die Lösung der Differential-Gleichung
1. Ordnung für einen RC-Tiefpass
Vorbereitungsaufgabe 3.12:
Simulieren Sie den monostabilen Multivibrator. Stellen Sie das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators sowie die beiden Spannungen am positiven und negativen Eingang
des Operationsverstärkers dar. Wählen Sie für die Skalierung einen Zeitbereich von 1 ms.
Drucken Sie das Ergebnis aus und ermitteln Sie die Dauer des Freigabesignals. Übertragen
Sie diesen Wert in Tabelle 5.
Hinweise:
• Nutzen Sie in Pspice als Operationsverstärker das opamp Modell
• Benutzen Sie ausschließlich Bauteilwerte der E24-Reihe
• Für Bauteilwerte, welche nicht durch die E24-Reihe abgebildet werden können, kann
eine Parallelschaltung zweier Bauteile genutzt werden, um den Wert anzunähern
• Die Bedingung des entladenen Kondensators wird erreicht, indem die Initial Condition
(IC) bei dem Kondensator 0 gesetzt wird.
Rampengenerator
Bild 8 zeigt eine mögliche Realisierung eines Rampengenerators. Die Kapazität CRP wird
mittels eines konstanten Stromes geladen und somit steigt die Spannung URP an der Kapazität linear nach dem Zusammenhang I · t = C · U an.
Vorbereitungsaufgabe 3.13:
Berechnen Sie die benötigte Laufzeit des Schalls USchall = tRampe , wenn ein Objekt in 68cm
Entfernung noch erkannt werden soll. Tragen Sie diesen Wert in Tabelle 6 ein.
Hinweis:
• Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in Luft beträgt ca. 340 m/s
EL-V7 - 9
I0
CRP
Bild 8: Rampengenerator
Vorbereitungsaufgabe 3.14:
Dimensionieren Sie die Stromquelle I0 , so dass sich für einen Zeitbereich ∆t = tRampe bei
einer Kapazität von CRP = 100 nF die Kondensator-Spannung von 0 V bis 10 V auflädt.
Vorbereitungsaufgabe 3.15:
Berechnen Sie die Rampenspannung, welche sich bei einer Entfernung des Objektes von
20 cm, 40 cm und 60 cm. Tragen Sie die ermittelten Werte in Tabelle 6 ein.
Vorbereitungsaufgabe 3.16:
Simulieren Sie den Rampengenerator und vergleichen Sie die berechnete Zeitspanne tRampe
mit dem simulierten Ergebnis. Stellen Sie den Zeitbereich für den Anstieg der KondensatorSpannung zwischen 0 V und 10 V dar. Tragen Sie den simulierten Wert für die Zeit tRampe
in Tabelle 6 ein.
Hinweis:
• Schalten Sie aus simulationstechnischen Gründen einen Widerstand mit R = 100 MΩ
parallel zum Kondensator CRP
3.5
Anzeige-Einheit
Zur visuellen Kontrolle des Abstands eines Objektes ist eine LED-Distanz-Anzeige implementiert (siehe Bild 9). Über einen Spannungsteiler mit Hilfe der Widerstände R werden
die Vergleichsspannungen für die einzelnen Komparator-Schaltungen eingestellt. Die höchste
Schwelle wird für das Reset-Signal der maximalen Spannung genutzt. Mit Hilfe dieses Signals
wird der monostabile Multivibrator freigegeben. Die Spannung URP stellt die Rampenspannung des Rampengenerators dar. Ist ein reflektierendes Objekt in weiterer Entfernung, so
kann die Rampenspannung bis zu ihrem maximalen Wert steigen. Nähert sich nun das
Objekt, so wird ab einer bestimmten Entfernung die Rampenspannung den Schwellwert der
ersten Leuchtdiode nicht mehr überschreiten, die Leuchtdiode LED 1 erlischt. Nähert sich
das Objekt weiter, so erlischen ebenfalls die folgenden Leuchtdioden LED 2 bis LED 6.
EL-V7 - 10
UB
URP
R
+
Reset Rampe
–
R
–
+
UB
LED 1
UB
LED 6
–
R
+
R
Bild 9: Komparator-Auswerteschaltung
3.6
Gesamtschaltung und Schaltplan
In Bild 10) ist das Blockschaltbild aus Bild 4 zu sehen. Zusätzlich sind die Signale 1 bis 8
eingetragen, deren Verlauf in Bild 11 zu sehen ist.
Oszillator
Buffer
Mono-Flop
Ua
2
Ua
1
run
1
t0
t1
t0
t
t1
t
100 cm
5
x cm
reset
Ua
Ub
|vB|
4
f
-Ub
6
7
Ua
8
Ub
Ue
Bandpass mit Signalkonditionierung
x
reset
Ua
Us
t0 t1
Ue
t
3
Rampengenerator
Steuerungs-Einheit
Bild 10: Blockschaltbild mit Signal-Kennzeichnung
EL-V7 - 11
0 cm
Auswertung
Monostabiler Flip-Flop
UB
hold
1
t
-UB
t0
∆t1
t3
t1
t4
∆t1
Astabiler Multivibrator
UB
2
t0
t
-UB
Rampengenerator
US
3
t0
t3
t1
t4
t
Mikrofon
4
t0
t
t1
Verstärker mit Bandpassverhalten
UB
5
t0
t
t1
-UB
Komparator mit Gleichrichter
UB
6
t0
t1
t3
t4
t
t1
t3
t4
t
t1
t3
t4
t
Tiefpass
UB
7
t0
Reset
UB
8
t0
Bild 11: Signalfluss-Diagramm der gesamten Schaltung
EL-V7 - 12
Oszillator
1n
8.4k
Monoflop
VDD
VDD
Rampengenerator
47k
VDD
1k
Ausgang zum
Ultraschallsender
VDD
1k
–
11k
+
–
UA
47k
+
52k
47k
VSS
47k
100n
470
13n
47k
VDD
47k
VSS
47k
VSS
47k
VDD
47k
10k
+
–
VDD
VSS
10k
–
Rv
+
10p
Bandpass
10k
10p
–
Rv
Empfängereingang
+
100n
180k
10k
–
10k
33k
10n
–
+
UE
+
Komparator 1
Komparator 2
Gleichrichter und TP
10k
+
+
–
–
Rv
+
100
1n
10k
–
10k
–
Rv
+
10k
–
Rv
+
10k
–
+
10k
LED-Ansteuerung
Bild 12: Vereinfachter Stromlaufplan
EL-V7 - 13
Rv
4 Messaufgaben
Die einzelnen Schaltungsteile sowie die Gesamtschaltung stehen am Laborplatz zur Verfügung. Diese können in die Versorgungsrahmen gesteckt werden. Des Weiteren wird eine
Versorgungsspannung benötigt, welche am Versorgungsrahmen an die dafür vorgesehenen
Buchsen angeschlossen werden muss. Die Messpunkte der Schaltung sind direkt an den jeweiligen Elementen platziert. Zur Messung stehen neben einem Oszilloskop mehrere Multimeter
zur Verfügung.
4.1
Oszillator
Die Oszillator-Schaltung befindet sich separiert von der restlichen Schaltung auf Platine 1.
Messaufgabe 4.1:
Fügen Sie die fehlenden Elemente in die Oszillator-Schaltung ein.
Messaufgabe 4.2:
Messen Sie die Frequenz des Oszillators fosz . Vergleichen Sie die Werte mit den berechneten
und simulierten Werten aus den Vorbereitungsaufgaben.
Einzutragender Werte
Oszillator-Frequenz fosz / Hz
Berechneter Wert
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 1: Oszillator-Frequenz fosz
4.2
Bandpass
Die Bandpass-Schaltung befindet sich separiert von der restlichen Schaltung auf Platine 2.
Messaufgabe 4.3:
Messen Sie die 3db-Eckfrequenzen der beiden Bandpässe und tragen Sie die Ergebnisse in
Tabelle 2 und Tabelle 3 ein.
EL-V7 - 14
ωu,1 [ 1/s]
Bandpass 1
ω0,1 [ 1/s]
vdB,1 [ dB]
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 2: Bandpass 1
ωu,2 [ 1/s]
Bandpass 2
ω0,1 [ 1/s]
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 3: Bandpass 2
Messaufgabe 4.4:
Messen Sie die Verstärkung des gesamten Bandpasses für ω = ωu /50, ω = ωu /10, ω = ωu ,
ω = (ωu + ω0 )/2, ω = ω0 , ω = 10 · ω0 , ω = 50 · ωo . Verwenden Sie hierfür die Eingangsamplitude 20 mV.
Frequenz
vdB
ω = ωu /50
ω = ωu /10
ω = ωu
ω = (ωu + ω0 )/2
ω = ω0
ω = 10 · ω0
ω = 50 · ωo
Tabelle 4: Übertragungsverhalten Bandpass
EL-V7 - 15
Messaufgabe 4.5:
Skizzieren Sie den Verstärkungsverlauf im Bodediagramm für den Bereich f = 10 Hz bis
1 MHz. Ein Bode-Diagramm ist im Anhang vorhanden. Vergleichen Sie die Simulationsergebnisse mit den Messergebnissen.
4.3
Steuerungseinheit
Die Steuerungseinheit bestehend aus dem monostabilen Multivibrator und dem Rampengenerator befindet sich separiert von der restlichen Schaltung auf Platine 3.
Messaufgabe 4.6:
Platzieren Sie die fehlenden Elemente, sodass die Schaltung die beschriebene Funktion
erfüllt.
Messaufgabe 4.7:
Messen Sie die Pulsdauer des Freigabesignals tFreigabe des monostabilen Multivibrators zur
Freigabe des Oszillators.
Einzutragender Werte
Freigabedauer tFreigabe
Berechneter Wert
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 5: Freigabedauer tFreigabe des monostabilen Multivibrators
Messaufgabe 4.8:
Messen Sie die Ausgangsspannung des Rampengenerators. Bestimmen Sie die Zeitspanne
tRampe zwischen dem Start der Rampe und Erreichen der maximalen Spannung. Wie groß
ist die maximale Rampenspannung?
Messaufgabe 4.9:
Welche maximale Entfernung des Objektes ergibt sich somit?
4.4
Gesamtschaltung
Im Folgenden soll nun die Gesamtschaltung untersucht werden. Nutzen Sie hierfür Platine
4.
EL-V7 - 16
Messaufgabe 4.10:
Messen Sie die maximale Rampenspannung des Rampengenerators für die Abstände 20 cm,
40 cm und 60 cm des reflektierenden Objektes.
20 cm
40 cm
60 cm
Berechneter Wert
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 6: Rampenspannung bei Variation der Objekt-Entfernung
EL-V7 - 17
5 Anhang
"L" Series
Open Face Piezo Transducers
Dimensions: Dimensions are in mm
Impedance/Phase Angle vs. Frequency
Tested under 1Vrms Oscillation Level
40LR10 Impedance
40LR10 Phase
40LT10 Impedance
40LT10 Phase
Transmitter
40LT10
Receiver
Center Frequency
40.0±1.0Khz
Bandwidth (-6dB) 40LR10
2.5Khz
40LT10
3.0Khz
Transmitting Sound Pressure
Level
at 40.0Khz; 0dB re 0.0002µbar
per 10Vrms at 30cm
Receiving Sensitivity
at 40.0Khz 0dB = 1 volt/µbar
Capacitance at 1Khz ±20%
112dB min.
Max. Driving Voltage (cont.)
10Vrms
-6dB
100000
10000
1000
100
90.0
75.0
60.0
45.0
30.0
15.0
0.0
-15.0
-30.0
-45.0
-60.0
-75.0
-90.0
Phase Angle (Degree)
40LR10
Impedance (Ohm)
Specification
35
36
37
38
39 40 41 42
Frequency (Khz)
43
44
45
Sensitivity/Sound Pressure Level
Tested under 10Vrms @30cm
Total Beam Angle
Operation Temperature
-30 to 80°C
Storage Temperature
-40 to 85°C
72° typical
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
-85
-90
130
125
120
115
110
105
100
95
90
SPL (dB)
1900 pF
Sensitivity (dB)
-70dB min.
35
36
37
38
39 40 41
Frequency (Khz)
42
43
44
Beam Angle: Tested at 40.0Khz frequency
330
300
270
0
0
-6
-12
-18
-24
-30
30
60
90
240
120
210
EL-V7 - 18
180
150
45
|v| / dB
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
100
101
102
103
104
105
j
0°
-90°
-180°
-270°
-360°
EL-V7 - 19
106
107
108
w / s-1
|v| / dB
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
100
101
102
103
104
105
j
0°
-90°
-180°
-270°
-360°
EL-V7 - 20
106
107
108
w / s-1
Literatur
[Hein] R. Heinemann: PSpice: Einführung in die Elektronik Simulation. Hanser Verlag.
EL-V7 - 21