ws05labast2a - antriebstechnik.fh

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!
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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:
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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
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100 Ohm
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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:
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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:
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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
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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
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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:
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Anhang 1
Versuch AST2
hps-Board
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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 ?
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