ADS 1

Fachbereich Ingenieurwissenschaften
Institut für Informatik, Automatisierung und Elektronik
Praktikum:
Analoge und digitale Schaltungstechnik
Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann
Versuch:
ADS 1, 90 min
Thema:
Operationsverstärker
Betreuung: Dipl.-Ing. Birgit Lustermann
Dipl.-Ing. Peter Tabatt
Raum:
Haus 20 / Labor Schaltungs- und Prozessortechnik
1. Versuchsziel
Auf der Grundlage einer Aufgabenstellung zum Operationsverstärker als Summierer,
Differenzverstärker und Integrierer werden der Schaltungsentwurf und der
praktische Test durchgeführt, mit dem Ziel, die Fähigkeiten und Fertigkeiten in der
Schaltungstechnik
sowie
Messtechnik
weiter
auszuprägen.
In
diesem
Zusammenhang wird das Funktionsprinzip exemplarisch gewählter analoger
Rechenschaltungen verdeutlicht.
2. Vorbereitung
2.1 Schaltungen und Funktion
Summierer
Im Bild 1 ist ein Summierer dargestellt. Es handelt sich um einen invertierenden
Verstärker, der mehrere Eingänge besitzt, mit deren Hilfe Eingangspannungen
gewichtet (durch die Einzelverstärkungen mit einem Faktor versehen) summiert
werden können.
Die Ausgangsspannung der dargestellten
Schaltung ergibt sich aus:
R02
Ue1
Ue2
R11
R12
R

R
R
U a = − 02 U e1 + 02 U e 2 + 02 U e3 
R12
R13
 R11

VSIN-
Ue3
R13
OUT
IN+
Ua
VS+
Bild 1: Summierer mit OV
1 von 4
(1)
Differenzverstärker
Der im Bild 2 dargestellte Differenzverstärker liefert als Ausgangsspannung die
Differenz zweier Eingangsspannungen, wobei jede Eingangsspannung oder die
Differenz mit einem Faktor versehen werden können.
R2
Die
Ausgangsspannung
der
dargestellten Schaltung ergibt sich
aus:
Ue1
Ue2
R1
VSIN-
R3
OUT
IN+
Ua
VS+
Ua =
R4 ( R1 + R2 )
R
U e 2 − 2 U e1
R1 ( R3 + R4 )
R1
(2)
R4
Bild 2: Differenzverstärker mit OV
Integrierer
Die Schaltung im Bild 3 liefert als Ausgangsspannung das Integral der
Eingangsspannung. Die Ausgangsspannung der dargestellten Schaltung ergibt sich
aus:
ua = −
1
u e (t )dt + U a 0
R1C1 ∫
(3)
Die Spannung Ua0 liegt zu Beginn der Integration bereits am Ausgang an. Bei einer
konstanten Eingangsspannung ergibt sich eine sich zeitlich linear ändernde
Ausgangsspannung (Rampenfunktion). Mit Ue = konst. und Ua0 = 0 gilt:
C1
Ue
R1
∆u a = −
VSINOUT
IN+
Ua
VS+
Bild 3: Integrierer mit OV
2 von 4
Ue
∆t
R1C1
(4)
2.2 Aufgaben zur Vorbereitung
1. Summierer: Berechnen Sie mittels Gleichung (1) die Faktoren für die Wichtung
der Eingänge mit den Werten R02 = 20 kΏ, R11 = 10 kΏ, R12 = 20 kΏ,
R13 = 40 kΏ!
2. Differenzverstärker: Vereinfachen Sie die Gleichung (2) mit R1 = R3 = 10 kΏ und
R2 = R4 = 20 kΏ!
3. Integrierer: Berechnen Sie die Zeit ∆t für ∆ua = -2 V mit R1 = 200 kΏ, C1 = 10 µF
und Ue = konst. = 1 V!
4. Bereiten Sie zum Punkt 5.3 ein Diagramm für ein Oszilloskopbild (z. B. 8 x 8 cm)
vor!
5. Informieren Sie sich über weitere analoge Rechenschaltungen mit OV, so z. B.
Differenzierer, Logarithmierer, Exponentialverstärker!
3. Ausrüstung
Ausrüstungsgrundlage bildet das hps Analogboard. Weiterhin kommen folgende
Geräte und Anordnungen zum Einsatz:
Zweikanaloszilloskop
Labornetzteil
Digitalmultimeter
Laborleitungen
Widerstandsdekaden
4. Literatur
Vorlesungsmitschriften und Übungen "Bauelemente und Grundschaltungen" und
"Analoge und digitale Schaltungstechnik"
Liste Literaturempfehlungen im Lektorenverzeichnis
5. Versuchsdurchführung
5.1 Summierer
Bauen Sie die Schaltung mit den Werten von 2.2 auf. Beschalten Sie die Eingänge
mit Ue1 = 0,5 V; Ue2 = 1 V und Ue3 = 1 V und ermitteln Sie Ua!
Auswertung: Überprüfen Sie die Richtigkeit der Gleichung (1) sowie des
ermittelten Ausdrucks unter Punkt 2.2!
5.2 Differenzverstärker
Bauen Sie die Schaltung mit den Werten von 2.2 auf. Beschalten Sie die Eingänge
mit Ue1 = 1 V und Ue2 = 2 V und ermitteln Sie Ua!
Auswertung: Überprüfen Sie die Richtigkeit der Gleichung (2) sowie des
ermittelten Ausdrucks unter Punkt 2.2!
3 von 4
5.3 Integrierer
Bauen Sie die Schaltung mit den Werten von 2.2 auf. Ermitteln Sie messtechnisch
mit dem Oszilloskop die Zeit ∆t. Hinweis: realisieren Sie Ua0 = 0 V, indem Sie C1
überbrücken und für den Start der Integration den Kurzschluss wieder aufheben!
Auswertung: Vergleichen Sie den berechneten und den gemessenen Zeitwert,
skizzieren Sie das Oszilloskopbild und diskutieren Sie Ursachen möglicher
Abweichungen!
6. Versuchsauswertung
Das Protokoll umfasst die vorbereitenden Aufgaben sowie die Messergebnisse zu
den Punkten 5.1 - 5.3.
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