Praktikum Elektronik für Wirtschaftsingenieure

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1 Fakultät Elektrotechnik Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden University of Applied Sciences Friedrich-List-Platz 1, Dresden ~ PF ~ Dresden ~ Tel.(0351) ~ Fax (0351) Praktikum Elektronik für Wirtschaftsingenieure Versuch Analoge Grundschaltungen / OPV 1 Allgemeine Hinweise Die Aufgaben zur Versuchsvorbereitung sind vor dem Versuchstermin von jedem Praktikumsteilnehmer als Hausaufgaben schriftlich auszuführen. Sie sind Bestandteil des Protokolls und werden in die Bewertung des Versuches einbezogen. Ebenso zur Vorbereitung des Praktikums gehört, sich über alle Versuchsaufgaben zu informieren und diese soweit das möglich ist theoretisch vorzubereiten (Formeln, Diagramme, Tabellen, Literaturstudium). Jede Praktikumsgruppe fertigt ein Protokoll an, welches innerhalb von 2 Wochen abzugeben ist. Bei der Versuchsdurchführung sind die Messschaltungen mit Hilfe der am Versuchsplatz vorliegenden Versuchsanordnung (Analog-Board siehe Anlage) aufzubauen. Dazu werden die Bauelemente durch Verbindungskabel bzw. -brücken mit dem Versuchsaufbau verbunden oder gebrückt und die Messgeräte angeschlossen. Der Versuchsaufbau enthält verschiedene Schaltungen, die durch eine Nummer gekennzeichnet sind. Bei der Versuchsdurchführung sind die einzelnen Aufgaben unbedingt mit der in der Anleitung genannten Schaltungskennzeichnung durchzuführen. Beachten Sie: Auf- und Abbau der Messschaltungen und alle Veränderungen an der Messschaltung dürfen nur im spannungslosen Zustand vorgenommen werden (Netzschalter). Die Polarität der unsymmetrischen (einseitig geerdeten) elektronischen Messgeräte ist zu beachten. Die Berechnungen, Erläuterungen und das Ausfüllen der Diagramme sollten möglichst direkt in den entsprechenden Textabschnitten der Anleitung erfolgen. Die Schaltung und wichtige Kennwerte des verwendeten Operationsverstärkers finden Sie in der Anlage. Informieren Sie sich auch über die Verwendung und Funktionsweise von Funktionsgeneratoren und Oszilloskopen (z.b.: D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 1 -

2 2 Vorbereitungsaufgaben 2.1. Stellen Sie sich eine tabellarische Übersicht für wichtige Spannungs-Übertragungsverhältnisse zusammen -> je dekadisch und logarithmisch: V u = 1 / 10 / 100 / 0,1 / 0,01 // 3dB / 6dB / 20dB / 40dB / -20dB / -3dB 2.2 Erklären Sie die Begriffe Frequenzgang, Bandbreite, obere und untere Grenzfrequenz, Aussteuerungsgrenzen (ggfs. Skizze)! 2.3 Wie groß ist das Bandbreiten-Verstärkungsprodukt des im Praktikum eingesetzten OPV µa741 (s.anlage). Welche Grenzfrequenz ergibt sich daraus bei einer Spannungsverstärkung der OPV- Schaltung von 100? Bereiten Sie das doppelt log. Diagramm vor (s. Anhang). Zeichnen Sie das Bandbreiten- Verstärkungsprodukt (als Gerade) ein. 2.4 Berechnen Sie für die Aufgabe 3.4 die Umschaltschwellen U e (HL) und U e (LH). Skizzieren Sie die von Ihnen erwarteten Signalverläufe am Eingang (U e ) und am Ausgang (U a ) des Schmitt-Triggers. Beachten Sie dabei besonders die zeitlichen Zusammenhänge (Umschaltzeitpunkte). 2.5 Bereiten Sie die Aufgaben 3.1 und 3.2 vor, indem Sie die Werte, die Sie ohne Messung ermitteln können, ergänzen (Formeln für Verstärkung, Zahlenwerte für R 2 und V berechnet ) D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 2 -

3 3 Versuchsaufgaben 3.1 Invertierender Verstärker grundsätzlicher Hinweis: Inbetriebnahme Ihrer Messschaltungen zunächst bei mittleren Frequenzen (ca. 1kHz) u e R1 R 2 u a Schaltung 2 verwenden V (R 1,R 2 ) = (1) Messen Sie die Spannungsverstärkung V u des invertierenden Verstärkers in Abhängigkeit von der Frequenz f im Bereich von 30 Hz bis 50 khz. Stellen Sie den Frequenzgang in doppeltlogarithmischem Maßstab dar (s. Anlage). Dimensionieren Sie mittels R 1 und R 2 unterschiedliche Verstärkungen. a) V = -100, R 2 =., R 1 = 10 KΩ, u e = 50 mv b) V = -1, R 2 =., R 1 = 10 KΩ, u e = 500 mv (2) Erhöhen Sie unter den Bedingungen von Aufgabe (1) b) die Eingangsspannung auf u e 2 V und beobachten Sie die Signalform der Ausgangsspannung bei f = 100 Hz und f = 50 khz. Hinweis: Entfernen Sie bei Bedarf den Abschlusswiderstand (50Ω zur Anpassung ) im System, um den Generator im Leerlauf zu betreiben. Um welchen Faktor erhöht sich dadurch die Generatorspannung? Nennen Sie den Grund für die auftretenden nichtlinearen Verzerrungen: D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 3 -

4 3.2 Nichtinvertierender Verstärker Schaltung 2 verwenden u e R 2 u a R 1 V (R 1,R 2 ) = (1) Realisieren Sie einen nichtinvertierenden Verstärker mit zwei unterschiedlichen äußeren Beschaltungswiderständen. a) R 2 = 1 MΩ, R 1 = 10 kω, u e = 50 mv b) R 2 = 10 kω, R 1 = 10 kω, u e = 1 V Bestimmen Sie rechnerisch und messtechnisch die Spannungsverstärkung V bei f = 1 khz a) V berechnet = =, V gemessen = = b) V berechnet = =, V gemessen = = (2) Bestimmen Sie für Aufgabe (1) b) die Aussteuerungsgrenze für f = 1 khz und f = 50 khz durch oszilloskopische Beobachtung der Ausgangsspannung. u emax 1kHz = u emax 50kHz = D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 4 -

5 3.3 Impedanzwandler (Spannungsfolger) Schaltung 1 verwenden u e 10 kω ua Messen Sie die Ausgangsspannung als Funktion der Eingangsspannung bei zwei unterschiedlichen Signalfrequenzen und tragen Sie die Ergebnisse in ein lineares Diagramm u a = f (u e ) ein. a) f = 200 Hz u e = 50 mv... 5 V b) f = 70 khz u e = 50 mv... 5 V Hinweis: Beachten Sie wieder die Möglichkeit zur vorübergehenden Aufhebung der Anpassung bei Bedarf höherer u e! 3.4 Schmitt-Trigger u e = 2,5V f = 100Hz R 2 = 100 kω u a Schaltung 6 verwenden R 1 = 10 kω Hinweis: Betriebsspannung des OPV: +/- 15V Ermitteln Sie oszilloskopisch die Umschaltpunkte U a (HL) und U a (LH) des Schmitt-Triggers und messen Sie jeweils die Eingangsspannung u e zu diesen Zeitpunkten. U e (HL) = U e (LH) = D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 5 -

6 Anlage 1: Layout Messplatz D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 6 -

7 D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 7 -

8 V K 10K 100K 100 1K 10K 100K 1M f / Hz D²/ Praktikum Elektronik (WI) Versuch Analoge Grundschaltungen - Seite 8 -

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