Versuchsumdruck Schaltungsvarianten des Operationsverstärkers

Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 1 von 16
Versuch 2
Version 1.1 vom 23.03.2001
Versuchsumdruck
Schaltungsvarianten des
Operationsverstärkers
Inhalt
0 Verwendete Geräte und Zubehör................................................................................... 2
1 Einleitung....................................................................................................................... 2
2 Theoretische Grundlagen............................................................................................... 3
2.1 Schaltungsarten des Operationsverstärkers............................................................. 3
2.1.1 Invertierender Verstärker................................................................................. 3
2.1.2 Nicht-Invertierender Verstärker ....................................................................... 5
2.1.3 Summierender Verstärker ............................................................................... 6
2.1.4 Integrierender Verstärker ................................................................................ 7
2.2 Frequenzgang - Korrektur ........................................................................................ 9
2.2.1 Lag-Korrektur, Lead-Korrektur........................................................................12
3 Übersicht über die Aufgabenstellung ............................................................................14
4 Messaufbau und Versuchsdurchführung.......................................................................14
5 Auswertung...................................................................................................................16
6 Literaturhinweise...........................................................................................................16
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 2 von 16
Versuch 2
0 Verwendete Geräte und Zubehör:
1 Netzgerät HP E3631
1 Funktionsgenerator HP 33120A
1 Oszilloskop Hameg HM407
1 Multimeter HP 34401A
1 Steckbrett
Operationsverstärker µA741
Widerstände, Kondensatoren
1
Einleitung
In diesem Versuch sollen typische Anwendungsschaltungen des Operationsverstärkers
untersucht werden.
Ein OP ist ein mehrstufiger Gleichspannungsverstärker, der als integrierte Schaltung
hergestellt wird. Im Grunde besteht kein Unterschied zwischen einem aus Einzelbausteinen
aufgebauten Verstärker und einem Operationsverstärker. Beide dienen dazu, Spannungen
bzw. Ströme zu verstärken. Während die Eigenschaften eines normalen Verstärkers jedoch
durch seinen inneren Aufbau vorgegeben sind, ist ein Operationsverstärker so beschaffen,
dass seine Wirkungsweise überwiegend durch eine äußere Gegenkopplungsbeschaltung
bestimmt werden kann. Um dies zu ermöglichen werden Operationsverstärker als
gleichspannungsgekoppelte Verstärker mit hoher Verstärkung ausgeführt.
Operationsverstärker sind in großer Vielfalt als monolithisch integrierte Schaltungen
erhältlich und sie unterscheiden sich in Größe und Preis kaum von einem Einzeltransistor.
Die Stärke des klassischen OP’s ist seine hohe Genauigkeit bei niedrigen Frequenzen. Er ist
jedoch auch für viele Anwendungen zu langsam. Aus diesem Grund wurden Varianten
entwickelt, die aufgrund einer modifizierten Architektur gute Hochfrquenzeigenschaften
besitzen.
Hochschule
Aschaffenburg
2
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 3 von 16
Versuch 2
Theoretische Grundlagen
2.1 Schaltungsarten des Operationsverstärkers
Mit einem OP soll ein Verstärker mit genau definierten Übertragungseigenschaften realisiert
werden. Dazu ist ein OP ohne Gegenkopplung nicht geeignet. Die Kenndaten sind aus
Datenblättern oft nur näherungsweise oder als Maximal- bzw. Minimalwerte zu entnehmen.
Die Leerlaufverstärkung ist so groß, dass schon bei extrem kleinen Ansteuerungen der OP
übersteuert wird, sie muss wesentlich herabgesetzt werden. Wird ein OP gegengekoppelt, so
lassen sich seine Verstärkerdaten festlegen. Man unterscheidet zwei Möglichkeiten der
Ansteuerung: Die Ansteuerung wird auf den P-Eingang gegeben, das ist der
Nichtinvertierende-Verstärker, bzw. die Ansteuerung wird auf den N-Eingang gegeben, das
ist der Invertierende-Verstärker. Das Gegenkopplungsnetzwerk geht jeweils auf den
N-Eingang.
2.2.1 Invertierender Verstärker
Das Bild 1 zeigt eine gegengekoppelte invertierende Verstärkerschaltung. Sie ist durch den
Widerstand R1 am Eingang ergänzt, mit Hilfe dieses Widerstandes wird der Stromeingang zu
einem Spannungseingang gemacht.
R0
R1
o
i0
i1
−
o
uD = uN
U1
o
Bild 1: Invertierender Verstärker
+
•
Ua
o
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
R0
i0
R1
i1
o
U1
Blatt 4 von 16
Versuch 2
ie
o
Ze
UN
− v0 ⋅ U N
o
Ua
o
Bild 2: Ersatzschaltbild des invertierenden Verstärkers
i1 + i 0 − i e = 0
U1 − U N U a − U N U N
+
−
=0
R1
R0
Ze
Durch Einsetzen von UN = -Ua / v0 und Multiplikation mit R0 erhält man für Ua:
U a = − U1 ⋅
R0
⋅
R1
v=−
Fehlerglied:
1
1
1+
v0

R
R 
 1 + 0 + 0 
R1 Z e 

Ua
R
=− 0
U1
R1
1
v0
(1)
(2)

R
R 
 1 + 0 + 0 
R1 Z e 

Das Fehlerglied wird Null, wenn v0 ⇒ ∞ geht. Den Einfluss von Ze kann man zeigen, wenn
Gleichung (1) umgestellt wird.
−
U1
1 R1
=
+
U a v0 R0

R1
1
⋅ 1 +  +
v0  v 0 ⋅ Z e
1
424
3
= 1 für v0 ⟩⟩ 1
−
 1
U1
1
1 

=
+ R1 ⋅ 
+
U a v0
v0 ⋅ Z e 
0
1R4
4244
3
Ausdruck für
Parallelschar von
Widerständ en
−
U1
R1
1
=
+
U a v0 R0 || v0 ⋅ Z e
(3)
Ze erscheint als Ersatzwiderstand parallel zu R0 im Rückkopplungszweig mit dem Wert v0 . Ze
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 5 von 16
Versuch 2
Die Wirkungsweise der Gegenkopplung läßt sich wie folgt beschreiben: Innerhalb seines
linearen Arbeitsbereichs sorgt der OP dafür, dass sich eine solche Ausgangsspannung
einstellt, dass UN ≈ 0 wird. Der N-Eingang verhält sich also wie ein Masseanschluss, obwohl
keine niederohmige passive Masseverbindung besteht. Er wird deshalb auch als virtuelle
Masse oder Summationspunkt bezeichnet.
Im Unterschied zum nichtinvertierenden Verstärker tritt hier keine Gleichtaktaussteuerung
auf. Die Ausgangsspannung ist in Gegenphase zur Eingangsspannung. Aus der Gleichung
(2) v = R0 / R1 ist zu erkennen, dass die Verstärkung beim invertierenden Verstärker fast nur
von der externen Beschaltung des OP’s abhängt.
2.2.2 Nicht – Invertierender Verstärker
Wenn man als Gegenkopplungsnetzwerk einen einfachen Spannungsteiler verwendet und
die Subtraktion mit den Differenzeingängen des OP’s durchführt, erhält man den in Bild 3
dargestellten nichtinvertierenden Verstärker.
o
+
UD
o
R0
−
U1
Ua
•
R1
UN
o
o
•
Bild 3: Nichtinvertierender Operationsverstärker
Vernachlässigt man Eingangs- und Ausgangswiderstand des OP’s, so gilt:
UD =
UN =
R1
R0 + R1
⋅ Ua
(4)
UD =
Ua
= U1 − U N
v0
(5)
Ua
R1
= U1 −
⋅ Ua
v0
R0 + R1
(6)
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
v=
Ua
=
U1
1
1
v0
{
Blatt 6 von 16
Versuch 2
(7)
R1
+
R0 + R1
v0 ⇒ ∞ ; 1 / v0 ⇒ 0
v =1+
R0
R1
(8)
(9)
U a = y ⋅ U1
Auch beim nichtinvertierenden Verstärker hängt die Verstärkung nur von den äußeren
Beschaltungselementen ab. Da die Ansteuerung auf den positiven Eingang erfolgt, tritt
zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung keine Phasenverschiebung auf.
2.2.3 Summierender Verstärker
Der Summierverstärker ist eine spezielle Anwendung des invertierenden OP’s. Jede der n
(hier also 3) Eingangsspannungen liefert einen Stromanteil. Im sogenannten Summierpunkt
S fließen die Ströme zusammen und erzeugen an R1 den Spannungsabfall:
(10)
U R1 = ( I 1 + I 2 + I 3 ) ⋅ R1 = − U a
I1+I2+I3
R2
I1
R1
o
I2
R3
INP≈0
o
Ue1
-
S
Ue2
o
I3
R4
UD =0
o
+
Ue3
-Ua
R5
o
o
Bild 4: Summierverstärker
I1 =
U e1
;
R2
I2 =
U e2
;
R3
Man erhält damit folgende Ausgangsspannung:
I3 =
U e3
R4
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
U
U
U 
U a = − U R1 = −  e1 + e 2 + e 3  ⋅ R1
R3
R4 
 R2
Blatt 7 von 16
Versuch 2
(11)
Wählt man für die Widerstände R1=R2=R3=R4, so ergibt sich:
U a = − ( U e1 + U e 2 + U e 3 )
(12)
Zum Ausgleich des Stromoffsets kann R5 gewählt werden zu:
1
1
1
1
1
=
+
+
+
R5 R1 R2 R3 R4
(13)
Der Summierverstärker bildet eine Ausgangsspannung, die gleich der Summe der
Eingangsspannungen mit negativem Vorzeichen ist.
2.2.4 Integrierender Verstärker
Für zahlreiche Anwendungsfälle benötigt man eine linear ansteigende Spannung (z. B.
Sägezahngenerator). Diese kann mit einem Integrierverstärker realisiert werden. Der
Integrierverstärker kann ebenso als I- oder PI- Regler in der Regelungstechnik verwendet
werden. Dieser Verstärker findet auch noch im Analogrechner als mathematischer Integrator
Anwendung.
UC
≈ I1
C
R0
I1
R1
o
−
o
+
Ue
Ua
R1 // R0
o
o
Bild 5: Integrierverstärker
Der Widerstand R0 ist für den Integrator nicht nötig. Ganz im Gegenteil wirkt er sich für ihn
eher schädlich aus. Man wird ihn aber meistens einsetzen, um die Gleich-SpannungsVerstärkung so weit herabzusetzen, dass die Offsetspannung am Ausgang keine
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 8 von 16
Versuch 2
unzulässigen Fehlerspannungen erzeugt. Ein hochwertiger Integrator setzt also einen OP mit
extrem kleiner Offsetspannung und Temperaturdrift voraus.
Die Eingangsspannung Ue hat den Strom I1 = Ue/R1 zur Folge. Mit diesem Strom wird der
Kondensator geladen.
1. Fall: Ue ist eine konstante Gleichspannung und erzeugt den konstanten Gleichstrom Ie.
Vernachlässigt man R0, dann entsteht die Kondensatorspannung:
UC =
Q I0 ⋅ t
=
C
C
(14)
Es gilt –Ua ≈ UC, dann entsteht die Ausgangsspannung:
Ua ≈ −
I0 ⋅ t
U ⋅t
= − e
C
R1 ⋅ C
(15)
Das Produkt R1 . C wird Integrationskonstante τi genannt:
(16)
τ i = R1 ⋅ C
Bei konstanter Eingangsspannung steigt die Ausgangsspannung mit umgekehrten
Vorzeichen linear an. Nach τ i = R1 ⋅ C hat die Ausgangsspannung den Wert der
Eingangsspannung erreicht. Eine konstante Spannung am Eingang führt dazu, dass Ua bis
zum Erreichen der Aussteuergrenze ansteigt und dann konstant bleibt.
2. Fall: Ue ist eine beliebige Wechselspannung:
I1 + I 0 = 0
(17)
U1
dU a
+ C0
=0
R1
dt
(18)
1
⋅ U 1 dt
R1 ⋅ C
(19)
dU a = −
Der Integrator führt die Integration nach folgender Gleichung durch:
ua ( t ) =
−
1
τi
⋅ ∫ u e (t ) ⋅ dt + ua (t = 0)
(20)
Ua zum Zeitpunkt t=0 bezeichnet man als den Anfangswert, bei dem die Integration beginnt.
Es ist die Ausgangsspannung zum Zeitpunkt Null. Bild 6 zeigt für verschiedene
Eingangsspannungen
die
jeweils
entstehenden
Ausgangsspannungen.
Für
Gleichspannungseinspeisung reduziert sich Gleichung (20) zu folgendem Ausdruck:
ua
= u a ( t = 0) −
1
⋅ u1 ⋅ t
R1 ⋅ C
(21)
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
U
Blatt 9 von 16
Versuch 2
U
t
t
Rechteck → Dreieck
Sinus → Cosinus
U
t
Dreieck → Parabelbögen
Bild 6: Eingangs- und Ausgangssignale bei Wechselspannung
2.3 Frequenzgang – Korrektur
Aufgrund der parasitären Kapazitäten und des mehrstufigen Aufbaus verhält sich ein
Operationsverstärker wie ein Tiefpaß höherer Ordnung. Ohne eine Korrektur – Kapazität
ergibt sich ein in Bild 8 dargestellter Verlauf der Verstärkung und der Phase des
rückgekoppelten Verstärkers über der Frequenz.
ie
ia
Ra1
Ra 2
Ra 3
o
UD
o
Ze
o
Bild 7: Realer Operationsverstärker
C a1
Ca2
C a3
Ua
o
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 10 von 16
Versuch 2
Mit A = Verstärkung v
Bild 8: Typisches Bode-Diagramm der Differenzverstärkung eines OP mit Gegenkopplung
Oberhalb der Frequenz f1 bestimmt das RC-Glied mit der niedrigsten Grenzfrequenz den
Frequenzgang. Die Verstärkung nimmt mit 20dB/Dekade ab, und die Phasenverschiebung
zwischen UD und Ua beträgt ϕ = - 90°. Die Ausgangsspannung eilt der Eingangsspannungsdifferenz also um 90° nach. Oberhalb von f2 wird zusätzlich ein zweiter Tiefpaß wirksam, die
Verstärkung nimmt jetzt mit 40dB/Dekade ab, und die Phasenverschiebung zwischen UD und
Ua beträgt ϕ = - 180°. Das bedeutet, dass sich die Rollen von P- und N-Eingang vertauschen. Die Gegenkopplung, die ja immer vom Ausgang zum invertierenden Eingang führt,
wirkt also in diesem Frequenzbereich als Mitkopplung.
Diese Phasenverschiebung kann bei Gegenkopplung Instabilität hervorrufen, wenn sie –180°
erreicht und gleichzeitig der Betrag der Schleifenverstärkung | g | = | k . v | ≥ 1 ist
(Amplitudenbedingung). Dabei ist k die Abschwächung des Rückkopplungsnetzwerks. Sie
beträgt beim invertierenden- und nichtinvertierenden Verstärker:
k
=
R1
R1 + R N
(22)
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
RN
Blatt 11 von 16
Versuch 2
+
R1
UD
o
−
−
o
UD
+
RN
Ua
Ua
R1
o
o
Bild 9: Rückkopplungsfaktor beim invertierenden- und nichtinvertierenden Verstärker
Für den Zusammenhang zwischen v und k gilt:
1
k
≈ v
bzw.
beim nichtinvertierenden Verstärker
1
k
≈ 1-v
(23)
beim invertierenden Verstärker
Man definiert eine kritische Frequenz fk. Das ist diejenige Frequenz, bei der | g | = 1 wird.
Dann betrachtet man die Phasenverschiebung der Schleifenverstärkung bei dieser Frequenz
fk. Beträgt sie –180°, so liegt gerade der Fall der ungedämpften Schwingung vor. Ist sie
kleiner als 180°, ergibt sich eine gedämpfte Schwingung. In diesem Fall wird eine
Phasenverschiebung von –180° erst bei höheren Frequenzen erreicht, das führt aber nicht
mehr zu ungedämpften Schwingungen, denn durch das Tiefpaßverhalten des OP’s nimmt
die Verstärkung zu höheren Frequenzen hin weiter ab, so dass | g | < 1 ist. Ein Maß für die
Dämpfung läßt sich in Form des Phasenrands αk angeben (auch: Phasenspielraum,
Phasenreserve oder phase margin). Das ist der Winkel, der zu den kritischen –180° fehlt:
αK
= 180° − ϕ ( f K )
(24)
Der Einschwingvorgang bei einem Rechtecksprung am Eingang ist in Bild 10 für verschiedene Werte von α aufgezeichnet.
Hochschule
Aschaffenburg
Ua
Ue
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 12 von 16
Versuch 2
α = 45°
α = 65°
1
0,5
α = 90°
0,5
1,0
1,5
t
Bild 10: Sprungantwort eines gegengekoppelten OP’s bei verschiedenen Phasenreserven
Bei α = 90° ergibt sich ein aperiodisch gedämpfter Einschwingvorgang, bei α = 65° ein
Überschwingen von 4%. Bei diesem Wert erhält man einen maximal flachen Frequenzgang
von |v|, der häufig verwendet wird. Bei kleineren Werten von α ist die Sprungantwort
schwächer gedämpft, bei α = 0 ist der Fall der ungedämpften Dauerschwingung.
Damit ist man in der Lage, aus dem Bodediagramm abzulesen, welche Dämpfung sich bei
dem gegengekoppelten Verstärker für einen gegebenen Wert von k ergibt.
2.3.1 Lag - Korrektur, Lead – Korrektur
Wenn ein Verstärker universell eingesetzt werden soll, muss seine Phasenverschiebung im
ganzen Bereich, in dem |v| > 1 ist, kleiner als 120° sein. Dann ergibt sich für jede ohmsche
Gegenkopplung 0 ≤ k ≤ 1 eine Phasenreserve von 60°. Diese Bedingung läßt sich z. B. so
erfüllen, dass man den Frequenzgang der Differenzverstärkerstufe so korrigiert, dass er im
Bereich |vD| > 1 wie bei einem Tiefpaß erster Ordnung verläuft (Lag – Kompensation). Die
Tiefpässe höherer Ordnung spielen dann keine Rolle mehr (siehe auch Bild 12). Allerdings
kann bei ftLag ( |v| = 1 ) wieder bei geeigneter Phasendrehung die Schwingbedingung erfüllt
sein. Man kann dann im Gegenkopplungszweig einen weiteren Kondensator parallel zum
Rückkopplungswiderstand schalten, der die Phase dreht (Lead – Kompensation). Bild 11
zeigt den OP mit den Kondensatoren für die Lag- bzw. Lead-Kompensation.
Lag-Kompensation: Durch Einfügen eines Verzögerungsgliedes (Lag) wird |vD| so verringert,
dass |k . v| < 1 ist bei der kritischen Frequenz fk. Der Nachteil hierbei ist die starke
Erniedrigung der oberen Grenzfrequenz.
Lead-Kompensation: Durch Einfügen eines Vorhalts (differenzierendes Verhalten) z. B. im
Rückkopplungszweig wird Phasenvoreilung (Lead) erreicht, so dass ϕges < 180° ist bei der
durch die Lag-Kompensation neu entstandenen Transitfrequenz fTlag. Nachteil: Bei anderen k
(anderes fTlag) muss ein anderer Kompensationskondensator gewählt werden.
Oft werden Lag- und Lead-Kompensation gemeinsam angewendet. Mit der LagKompensation ist noch eine schwache Instabilität vorhanden, aber auch eine höhere obere
Grenzfrequenz, mit der Lead-Kompensation wird dann für Stabilität gesorgt.
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
RK
Lag
o
+
o
−
R1
R2
Lead
Bild 11: OP mit Lag- und Lead-Kompensation
Bild 12: Bode-Diagramm der Verstärkung| ohne und mit Frequenzgangkorrektur
Blatt 13 von 16
Versuch 2
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
3
Übersicht über die Aufgabenstellung
-
Messung der Differenzverstärkung beim invertierenden Verstärker
Summierverstärker
Verstärkung beim nicht-invertierenden Verstärker
Ankopplung über einen Kondensator
Integrierverstärker
4
Messaufbau und Versuchsdurchführung
Blatt 14 von 16
Versuch 2
Im Versuch soll der Operationsverstärker µA741 untersucht werden. Aus dem Datenblatt im
Anhang (Datei: LM741.PDF) können Sie das Anschlußschema und die Grenzdaten ermitteln.
Verwenden Sie als Versorgungsspannung ±15V und stellen Sie eine Strombegrenzung von
je 20mA ein.
Bauen Sie zu erst sämtliche Schaltungen auf. Jeder aus der Gruppe sollte ein bis zwei
Schaltungen übernehmen. Anschließend führen Sie die Messungen zusammen durch.
4.1 Ein invertierender Verstärker nach Bild 1 mit v = 10 (Rückkoppelwiderstand R0=100kΩ)
soll aufgebaut werden.
a) Kontrollieren Sie |v| und ϕ bei 1 kHz und bei 1 MHz mit einem Sinussignal
ueSS = 500mV.
b) Mit dem Umkehrverstärker ist eine symmetrische Rechteckspannung mit der
Frequenz von f = 50kHz und uss = 500mV zu verstärken.
4.2 Der Summierverstärker nach Bild 4 ist für 2 zu summierende Spannungen aufzubauen.
Dabei soll folgende Rechenoperation durchgeführt werden:
y = 10a + b (Verstärkung Eingang a=10, b=1)
Speisen Sie am Eingang a ein Sinussignal mit der Frequenz 10kHz und einer Amplitude
von 500mVpp ein. Benutzen Sie den Eingang b zur Einstellung eines positiven DC- Offset
an der Ausgangsspannung.
Verwenden Sie den Rückkoppelwiderstand R0 aus 4.1.
4.3 Es ist der nichtinvertierende Operationsverstärker nach Bild 3 mit einer Verstärkung von
v = 11 und R1 = 1kΩ aufzubauen.
Mit einer symmetrischen Sinusspannung mit der Frequenz von f = 10kHz und
uss = 500mV, ist die Verstärkung zu überprüfen.
Hochschule
Aschaffenburg
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Blatt 15 von 16
Versuch 2
4.4 Der Funktionsgenerator ist über einen Kondensator C = 22nF an den nichtinvertierenden
Eingang der Schaltung nach 4.3 (Bild 3) anzukoppeln. Eine sinusförmige Wechselspannung mit f = 1kHz und positivem Offset ist möglichst verzerrungsfrei zu verstärken.
Empfohlener Wert der Eingangsspannung: UeSS= 1 V
Hinweis: Als Ergänzung muss in der Schaltung nach Bild 3 ein Widerstand von
1MOhm zwischen Masse und den nichtinvertierenden Eingang gelegt
werden.
4.5 Es ist ein ruhestromkompensierter Integrator nach Bild 13 aufzubauen:
R1
C
i0
−
i1
UN
U1
+
Ua
R0
C1
Bild 13: Integratorschaltung
Vorbereitung:
Die Widerstände R1 und R0 betragen 100kΩ. Die Kapazität C habe den Wert 2µF (C1=1µF).
Es soll eine Rechteckspannung U1 mit 5Vpp und einer Frequenz von 10 Hz verstärkt werden.
Mit dem Oszilloskop sind die Spannungen zu überprüfen.
Beschreiben Sie die sich ergebende Ausgangsspannung.
Hochschule
Aschaffenburg
5
STUDIENGANG Wirtschaftsingenieurwesen
Prof. Dr.-Ing. U. Bochtler, Armin Huth
Praktikum Schaltungstechnik WI
Auswertung
Diskussion aller Versuchsergebnisse
6
Literaturhinweise:
U. Tietze, Ch. Schenk:
Halbleiter-Schaltungstechnik
Springer-Verlag
K. Beuth:
Elektronik 2, Bauelemente
Vogel –Verlag, Elektronik Grundwissen
K. Beuth,W. Schmusch:
Elektronik 3, Grundschaltungen
Vogel-Verlag, Elektronik Grundwissen
M. Herpy:
Analoge integrierte Schaltungen
Franzis-Verlag
U. Bochtler:
Vorlesungsskript “Schaltungstechnik”
FH Aschaffenburg
HPI – Fachbuchreihe ELEKTRONIK / MIKROELEKTRONIK:
Elektronik II, Bauelemente
Pflaum-Verlag
Blatt 16 von 16
Versuch 2