2. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2005

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1 2. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2 1. Veruch: Der bipolare Tranitor al Schalter Tranitor (Funktion, Betrieb, etc) idealer und realer Schalter Flankenantieg-, Flankenabfallzeit und Signallaufzeit Übertragunkennlinie Abbildung 1 A1 Bauen Sie die Schaltung au Abbildung 1 auf. Stellen Sie eine rechteckförmige Eingangpannung U E von...v (Offet von 2,V nicht vergeen!) ein. Unteruchen Sie die Zeitverläufe der Spannungen an den Knotenpunkten A und B für folgende Wertekombinationen der Widertände R 1 und R 2 in einem Frequenzbereich von Hz, khz, khz und khz. Tragen Sie die Amplituden der Spannung am Knotenpunkt B und die Flankenantiegzeiten in die Tabelle ein. Kombination K1 K2 K3 K4 K R 1 1MΩ 1 MΩ 1.2 kω 1.2 kω 1 kω R kω 1 kω.6 kω 1 kω 1 kω Frequenz/kHz K1 K2 K3 K4 K, 1/

2 2. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2 A2 Welche Beobachtungen machen Sie hinichtlich der Flankenantiegzeit und der erreichten Spannungen am Knotenpunkt B? Welche Abhängigkeit de Strome I 1 von R 2 exitiert? Welche Widertandkombination ermöglicht einen Betrieb der Schaltung mit geringem Energieverbrauch? A3 Wiederholen Sie den Veruch unter Nutzung der Simulationoftware und vergleichen Sie die Ergebnie. Kombination K1 K2 K3 K4 K R 1 1MΩ 1 MΩ 1.2 kω 1.2 kω 1 kω R kω 1 kω.6 kω 1 kω 1 kω Frequenz/kHz K1 K2 K3 K4 K, A4 Meen Sie für jede Widertandkombination, bei U E = V und U E = V, den Spannungabfall U 2 über dem Tranitor und dikutieren Sie die Ergebnie hinichtlich der Nutzung der Schaltung al Negator. Frequenz/kHz U E /V U 2 /V K1 K2 K3 K4 K, 2/

3 2. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2 A Betimmen Sie die Flankenantiegzeit, die Flankenabfallzeit und die Signallaufzeit der Tranitorchaltung. Unteruchen Sie die Schaltung dazu bei R 1 =1.2kΩ, 1MΩ und R 2 =.6kΩ und einer Frequenz von khz. Frequenz/kHz Flankenabfallzeit/μ Signallaufzeit/μ R 1 =1,2kΩ R 2 =.6kΩ R 1 =1MΩ R 2 =.6kΩ Dokumentieren Sie die Flankenantiegzeit, die Flankenabfallzeit und die Signallaufzeit für eine Widertandkombination durch eine Bildchirmkopie au der Simulation mit dem Ozillographen. Erläutern Sie die Grenzen der Nutzung al Negator in Digitalchaltungen. A6 Ermitteln Sie metechnich die Übertragungfunktion de Negator au Aufgabe A3. Nutzen Sie dazu die XY Dartellung auf dem Ozillographen. In der X-Ache wird U E und in der Y Ache wird U 2 dargetellt. Verwenden Sie al Eingangpannung U E eine Dreieckpannung von V bi V bei einer Frequenz von khz (Offet nicht vergeen!). Schauen Sie ich die Übertragungfunktionen auch bei 1Hz, owie mit einer dreieckförmigen und einer rechteckförmigen Spannung an (ingeamt alo 6 Fälle!). Dokumentieren Sie eine augewählte Übertragungfunktion durch eine Bildchirmkopie au der Simulation. Dikutieren Sie die Ergebnie anhand der Übertragungfunktionen. 2. Veruch: Kennlinie eine bipolaren Tranitor al Vertärker Kennlinienfeld Arbeitpunkt Tranitorvertärker Hochpafilter Abbildung 1 A1 Berechnen Sie den Widertand R 2 bei einer Stromvertärkung von 2 für den Arbeitpunkt. U CE-AP beträgt dabei V (I B = 3μA, ). Bauen Sie die Vertärkerchaltung entprechend der Schaltung auf, tellen Sie den Widertandwert de Potentiometer R 2 auf den von Ihnen berechneten Wert ein. Überprüfen Sie ob die Schaltung im Arbeitpunkt arbeitet. Fall nicht, tellen Sie den Arbeitpunkt experimentell mit dem Potentiometer R 2 auf den augewählten Arbeitpunkt ein. Nehmen Sie gleichzeitig eine Simulation der Schaltung vor. 3/

4 2. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2 A2 Stellen Sie am Frequenzgenerator eine inuförmige Augangpannung von ca. 1mV mit einer Frequenz von khz ein. Unteruchen Sie die Zeitverläufe der Spannungen zwichen den Knotenpunkten (A,B), (B,C), (C,D) und zwichen (A,D). Dikutieren Sie die Ergebnie. Nehmen Sie gleichzeitig eine Simulation der Schaltung vor und vergleichen Sie die Ergebnie mit der Meung. A3 Welche Veränderung it zu erwarten, wenn Sie am Frequenzgenerator zuätzlich eine Offetpannung eintellen. Wa können Sie beobachten? Unteruchen Sie erneut die Zeitverläufe an den intereanten Knotenpunkten. Dikutieren Sie die Ergebnie. Nehmen Sie gleichzeitig eine Simulation der Schaltung vor und vergleichen Sie die Ergebnie mit der Meung. A4 Stellen Sie die Offetpannung auf Volt zurück (Offetpannung am Frequenzgenerator auchalten) und betimmen Sie experimentell die Spannungvertärkung der Schaltung au den Spannungamplituden an den Knotenpunkten (A,D). Dokumentieren Sie die Meung der Spannungvertärkung auf bai der Curormeung. Nehmen Sie gleichzeitig eine Simulation der Schaltung vor und vergleichen Sie die Ergebnie mit der Meung. 3. Veruch: Optokoppler galvaniche Trennung LED Fototranitor fallende Flanke FF U E U AH U AL U F B C E U A teigende Flanke SF Abbildung 4 LED-Seite Potentialtrennung Tranitor-Seite Abbildung 3 A1 Bauen Sie die LED-Seite der dargetellten Schaltung auf. Meen Sie den Strom und die Spannungabfälle auf der LED-Seite de Optokoppler für den Fall U E = V. U E /V I LED /ma U F /V U R1 /V 4/

5 2. Laboreinheit - Hardwarepraktikum SS 2 A2 Meen Sie dann den Strom und die Spannung U A auf der Tranitor-Seite für den Fall U E =V und U E =V. Welche Logikfunktion wird durch den Optokoppler realiiert? U E /V I T /ma U A /V U R2 /V A3 Erzeugen Sie mit Hilfe de Frequenzgenerator einen Rechteckimpul..V (Offetpannung von 2,V nicht vergeen!) und analyieren Sie die Spannungen U AL und U AH (iehe Abbildung 4) bei einer Frequenz von Hz und einem Widertand R 2 von 36 Ω,.6 kω, 1 kω und 1MΩ. Führen ie nun die 4 Meungen durch und dokumentieren Sie die Ergebnie in der Tabelle. Dikutieren Sie Ergebnie hinichtlich der Nutzung de Optokoppler al Negator mit integrierter Potentialtrennung. U AL /V U AH /V 36 Ω,6 kω 1 kω 1 MΩ A4 Betimmen Sie Flankenantiegzeit und die Signallaufzeit de Optokoppler bei einem Widertand R 2 von.6 kω und den Frequenzen von Hz, Hz, Hz, khz und khz und einem Widertand R 1 von 1,1 kω. Verwenden Sie zur Betimmung der Flankenantiegzeit und der Signallaufzeit die Curor-Funktion de Ozillographen. Wie verhalten ich die Flankenantiegzeiten der Spannung U A bei den angegebenen Frequenzen? Begründen Sie ihre Auage. Frequenz/Hz Flankenantiegzeit/μ Flankenabfallzeit/μ Flankenantiegzeit/μ /