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FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen Namen: Versuch AST2 ____________________________________ Gruppe: Bewertung: ____________________________________ ____________________________________ Datum: Versuch AST 2 OPV-Schaltungen 1. Zielstellung des Versuches Im Versuch AST 2 bestimmen Sie zunächst wichtige Kenngrößen eines Operationsverstärkers. Danach realisieren Sie einige OPV-Schaltungen - einen Differenzverstärker mit einstellbarer Verstärkung, - einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer, - Rechenschaltungen Quadrierer, Multiplizierer und Dividierer. Bauelemente und Meßtechnik: hps-Analog-Board, Zweistrahloszilloskop, 3 Multimeter, 1 HF-Röhrenvoltmeter 2-mm-Verbindungsleitungen: 4 lila, 4 gelb lang, 10 blau mittellang, 10 braun kurz, 20 Stecker weiss Vorbereitungs- (V1 – V6, D) und Versuchsaufgaben (A1 – A5): V1 V2 V3-5 V6 D Kennwertebestimmung Meßschaltungen für Ueo, IB, Ieo, voDC, vo(f), fk1 Differenzverstärker Rechenschaltungen U-f-Umsetzer A6 ist Zusatzaufgabe Rechenschaltungen als IC V - Voraussetzung für die Versuchsdurchführung ist die Lösung der Vorbereitungsaufgaben ! Nebenrechnungen bitte beifügen ! D – Durchlesen in Vorbereitung des Versuches - ist Prüfungsgegenstand ! Der Anhang enthält Datenblätter und Auszüge aus dem hps-Begleitmaterial zu den hps-Boards. Hinweise / Sicherheitshinweise Bei statischen Messungen messen Sie die Ein- und Ausgangsspannung jeweils mit den Multimetern im DC-Betrieb, bei dynamischen Messungen bilden Sie den Zeitvorgang mit dem Oszilloskop ab. Nutzen Sie zur Messung höherfrequenter Spannungen das Röhrenvoltmeter ! Sie arbeiten ausschließlich mit Kleinspannungen und nie mit Netzspannung ! Im Notfall schalten Sie mit dem Sicherheitstaster am Arbeitsplatz das gesamte Labor stromlos! FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 1 / 10 (8) Versuch AST2 FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen V1 OPV-Kennwerte V1.1 V1.2 Vorbereitungsaufgaben Ermitteln Sie aus Datenblättern für die beiden Standard-OPV-Typen die angegebenen Kenngrößen. uA 741 TL 081 vo Geben Sie Meßschaltungen zur Bestimmung von Ueo, vo, , IP, IN, IB, Ieo , fK1 (1. Knickfr.) und fT (Transitfrequenz) IB Ieo und die zugehörigen Berechnungsvorschriften für den OPV Nr. 1 auf dem hps-Board an: Ueo Meßschaltungen und Berechnungen auf gesondertem Blatt ! A1 OPV-Kennwerte A1.1 Bestimmen Sie für den OPV 1 auf dem hps-Board, einen uA 741, die Offsetspannung Ueo, die Eingangsruheströme IP und IN und daraus den Eingangsruhestrom IB und den Eingangsoffsetstrom Ieo ! Bestimmen Sie desweiteren fK1 , fT , voDC und vo bei 1/10/100 kHz: Ueo = voDC Versuchsaufgaben und Auswertung = IP = fK1 = IN = fT IB = Ieo = = Nebenrechnungen, Bemerkungen: FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 2 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen Versuch AST2 2 Differenzverstärker Schaltung mit OPV 3 realisieren ! V2 Differenzverstärker Vorbereitungsaufgaben V2.1 Bestimmen Sie bei angenommener unendlicher Verstärkung des OPV die Ausgangsspannung Ua = f ( Ue1, Ue2, R1, R2, R3, R4) V2.2 Berechnen Sie dann die Ausgangsspannung bei den unten angegebenen Eingangsspannungswerten ! Forme in Zahlenwerten : Ua = (UE1 -UE2) Ua = l Ua = unendlich 10 k R4 = 1V 0V 1V Ue1 = 1V 2V 1V Ue2 = Ua = A2 A2.1 Differenzverstärker (UE1 -UE2) Ua = 0V 2V 1k 0,1V 0,1V (UE1 -UE2) Ua = (UE1 -UE2) 0V 0,2 V 100 Ohm 0,01V 0V 0,01V 0,02 V Versuchsaufgaben und Auswertung Bestimmen Sie die Ausgangsspannung bei je zwei von Ihnen gewählten Eingangsspannungen, bei denen der OPV nicht übersteuert ist ! Kontrollieren Sie Ihre Voraussagen ! Forme l ok ? unendlich R4 = Ue1 = Ue2 = 10 k 1k FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 100 Ohm Seite 3 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen Versuch AST2 Ua = A2.2 Geben Sie eine alternative Schaltungsrealisierung an mit 2 OPV (jeweils invertierend beschaltet) an, die die gleiche Funktionalität wie die angegebene Schaltung besitzt. Nennen Sie die Vorteile ! Schaltungsskizze: Vorteile: FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 4 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen Versuch AST2 Rechenschaltungen – Quadrierer mit Diodennetzwerk 3 UA UE V3 V3.1 Quadrierer mit Diodennetzwerk Vorbereitungsaufgaben Das eingesetzte Diodennetzwerk wandelt eine positive Eingangsspannung in einen quadratisch ansteigenden Strom um, d.h. die Klemmenspannung des Zweipols zwischen Einund Ausgang wird in diesen Stromwert umgesetzt. Bei negativer Spannung sperrt das Netzwerk: Ue = (Ua = 0 V) Ie = I a = -2V 0 1V 2V 0 mA 0 0,1 mA 0,4 mA Skizzieren Sie die Übertragungsfunktion Ua = f(Ue) der beiden oben abgebildeten Schaltungen (d.h. mit Brücke 1 bzw. Brücke 2) ! A3 A3.1 Quadrierer mit Diodennetzwerk Versuchsaufgaben und Auswertung Nehmen Sie die Kennlinie beider Schaltungen auf und überprüfen Sie die gewünschte quadratische Funktion ! UE = UA1 = Brücke 1 UA2 = Brücke 2 Darstellung: FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 5 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen Versuch AST2 4 Rechenschaltungen – Wattmeter mit Multiplizierer V4 Wattmeter V4.1 Der eingesetzte Multiplizierer bildet die Ausgangsspannung nach UA = 0,1 * x * y / V. Beschreiben Sie die Funktion der einzelnen Baugruppen ! Ermitteln Sie die am Ausgang angezeigte Spannung und den zugehörigen Leistungswert, wenn Widerstände Rx = 10 kOhm, 2 kOhm und 1 kOhm Ohm bei UE = 10 V untersucht werden ! Rx = Ix = (UE = 10 V) UM = UX = Ua = (UE = +10 V) PRx = A4 A4.1 Vorbereitungsaufgaben Wattmeter 10 kOhm 2 kOhm 1 kOhm Versuchsaufgaben und Auswertung Überprüfen Sie die korrekte Funktion der Schaltung anhand von Ihnen gewählter Beispiele ! Bestimmen Sie den kleinsten möglichen Widerstand RX bei dem die Schaltung entsprechend den Vorüberlegungen funktioniert ! Rx = Ux = (gemessen) PRX = Ua = (UE = +10 V) Funktion = ok / nicht ok FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 6 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen 5 Rechenschaltungen – Dividierer V5 Dividierer V5 A5 A5.1 Versuch AST2 Vorbereitungsaufgabe Beschreiben Sie die Funktion der Gesamtschaltung anhand der Spannungen UE2, UX u. UA ! Dividierer Versuchsaufgaben und Auswertung Ermitteln und überprüfen Sie die korrekte Funktion der Schaltung anhand von Ihnen gewählter Beispiele ! Überprüfen Sie auch die Schwingungsfreiheit der Ausgangsspannung ! Erarbeiten Sie sich mit den im Anhang enthaltenen Unterlagen die Funktion der Schaltung ! UE1 = UE2 = UA = (theoretisch) UA = (gemessen) Funktion = ok / nicht ok FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 7 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen 6 U-f-Umsetzer Versuch AST2 Schaltung mit C = 10 nF realisieren !! Weiche mit zwei Einweggleichrichtern V6 V6.1 U-f-Umsetzer Vorbereitungsaufgaben ! Machen Sie sich mit der Schaltungsfunktion vertraut ! Skizzieren Sie den Signalverlauf an den Punkten A bis E! Erläutern Sie die Einbindung der Einweggleichrichter. Berechnen Sie dann die Frequenz und Amplitude der Ausgangspannung für eine Eingangsspannung von Ue = 0,5V (Gruppe1); 1V (Gr.2) usf. Finden Sie ggf. in der Literatur eine einfachere Schaltung, die Sie mit dem Board realisieren können ! Ue = f= Ua = (Spitzenwert) Form: FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 8 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen Anhang 1 Versuch AST2 hps-Board FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 9 / 10 (8) FH Stralsund / Labor Analoge Schaltungen A6 A6.1 Zusatz : U-f-Umsetzer Versuch AST2 Versuchsaufgaben und Auswertung Überprüfen Sie die Funktion der Schaltungskomponenten: Inverter, Gleichrichter, Integrator... Bestimmen Sie dann die Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz von der Eingangsspannung und beurteilen Sie die Linearität der Kennlinie ! Ue = 0,5 V 1V 2V 4V 8V f’a = Welche Einschränkungen sehen Sie beim Einsatz zur Signalübertragung ? Welches Verfahren scheint hierfür besser geeignet zu sein ? FH Stralsund, FB ETI -07.04.2017 / Labor AST - 2481345750 Seite 10 / 10 (8)
