Grundlagen der analogen Elektronik

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1 Professor Barry Paton Physics, Dalhousie University Halifax, Nova Scotia, Canada Copyright 1999 by B.E.Paton Deutsche Übersetzung: Institut für Mechatronik und Automatisierungstechnik Hochschule für Technik Rapperswil HSR, Schweiz (2003) Die analoge Elektronik ist ein wesentlicher Bestandteil der Elektrotechnik. Die grosse Vielfalt von logischen und numerischen Anzeigeinstrumenten sowie Steuerelementen von LabVIEW und die Fülle von Programmierstrukturen und Funktionen machen LabVIEW zu einem ausgezeichneten Instrument, um zahlreiche grundlegende Konzepte der analogen Elektronik darzustellen. Der modulare Aufbau von LabVIEW ist vergleichbar mit demjenigen komplexer analoger integrierter Schaltungen. Diese bestehen aus einfachen Schaltkreisen, welche auf einfachen Verstärkern basieren. Dieser Kurs ist ausgelegt für den Klassenunterricht wie auch für das Selbststudium bzw. zur Ergänzung im Labor. Der Operationsverstärker (Kurzform: OpAmp) ist der wichtigste Bestandteil aller modernen elektronischen Geräte. Wegen seiner Flexibilität, Stabilität und der Möglichkeit, zahlreiche Rechenoperationen durchzuführen, ist der Operationsverstärker heute nicht mehr wegzudenken. Ursprünglich wurden Operationsverstärker für analoge Rechenoperationen wie addieren, subtrahieren, multiplizieren, integrieren, differenzieren usw. entwickelt und um damit Differentialgleichungen zu lösen, die in vielen technischen Anwendungen vorkommen. Heutzutage sind Operationsverstärker (analog computer OpAmps) in zahlreichen elektronischen Schaltkreisen und Instrumenten anzutreffen. Dieser Kurs konzentriert sich auf Operationsverstärker, den wichtigsten Bestandteil aller analogen Geräte. Die Übungen behandeln die Grundlagen von Operationsverstärkern und Filtern und untersuchen monostabile, astabile und logarithmische Schaltkreise. Am Ende jedes Kapitels befinden sich Übungen, die reale Bauteile benötigen. Sie veranschaulichen elektronische Prinzipien und können als Bausteine für komplexere Schaltkreise verwendet werden. Wir behandeln die Chips 741 und 555, die wir für den Bau von komplexeren Schaltkreisen, zum Beispiel für den Bau eines Spannungs-/Frequenzwandlers, einsetzen. Sensoren wie z.b. Photodioden und Thermistoren werden zusammen mit Operationsverstärkern eingesetzt, um Photometer oder Temperatur Messwertumformer aufzubauen. Alle Übungen sind in Text und Bild beschrieben. Für die Computer - Automatisierungsübungen, die sich ebenfalls am Ende jedes Kapitels befinden, ist eine DAQ - Karte nötig. Mit dieser Karte ist LabVIEW im Stande, Übungsschaltkreise automatisch zu testen und zu analysieren. Dieses Programm bietet Ingenieuren, Studenten und Dozenten ein dynamisches Werkzeug, um Eigenschaften der analogen Elektronik darzustellen. Mit den vorhandenen analogen Virtuellen Instrumenten (sog. VI) können weitere Simulationen und Veranschaulichungen National Instruments Corporation 1 Grundlagen der analogen Elektronik

2 Operationsverstärker Kapitel 1: Operationsverstärker: Die Grundlagen "#$ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ 0%&12&3 ),( 4#$ 5)67()8,(# 9#,('+4(#): '::#$ 2*4#$+#+ #:#/($*+),67#+ ;#$.(#< =#8#+,#)+#$ C+4 4#$ DE8:)67/#)(A F'7:$#)67# G#67#+*&#$'()*+#+ 4C$67FCHI7$#+A ),( 4#$ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ 7#C(# +)67( 2#7$ 5#8FC4#+/#+< J$,&$I+8:)67 5C$4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ )2 4#$ '+':*8#+ G#67+#$ #+(5)6/#:( C2 FC 2C:()&:)F)#$#+A )+(#8$)#$#+A 4)HH#$#+F)#$#+A C,5< "'2)( /*++(#+ ")HH#$#+()':8:#)67C+8#+ 8#:E,( 5#$4#+A 4)# )+ -)#:#+ (#67+),67#+ 1+5#+4C+8#+-*$/*22#+<K#C(FC('8#,)+44)#2#),(#+1+':*8$#67+#$4C$67")8)(':$#67+#$ 9#$#67()8C+8< 1C, 4)#,#2 ;$C+4,)+4 %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ )+ F'7:$#)67#+ #:#/($*+),67#+ B67':(/$#),#+C+4L+,($C2#+(#+'+FC($#HH#+< "#$ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ ),( 8$C+4,.(F:)67 #)+ ")HH#$#+F-#$,(.$/#$ 2)(,#7$ 7*7#$ M#$,(.$/C+8< 2#),( #)+# &*,)()-# C+4 #)+# +#8'()-# ")#,('(),67#O#++:)+)#4#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,:)#H#$(HI$4)#1C,8'+8,,&'++C+8J *C( P J *C( QR10J S RJ T 3QR10UJ3 ;:#)67C+8VSV 1),(4)#M#$,(.$/C+84#,C+@#,67':(#(#+%&12&0*&#+:**&8')+3AJ S ),(4)#)+-#$()#$#+4# N)+8'+8,,&'++C+8 C+4 J T ),( 4)# +)67( )+-#$()#$#+4# N)+8'+8,,&'++C+8< "', +#8'()-# M*$F#)67#+ -*$ 4#$ M#$,(.$/C+8 1,'8( 'C,A 4',, 4', 1C,8'+8,,)8+': )+-#$()#$( ),(< ")# M#$,(.$/C+8 1 ),( 4#H)+)#$( ':, 9#($'8 4#, M#$7.:(+),,#, 4#$ 1C,8'+8,,&'++C+8 J *C( FC$ ")HH#$#+F 4#$ N)+8'+8,,&'++C+8 UJ < 9#) 8#@$.C67:)67#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$+ :)#8( 4)# M#$,(.$/C+8 F5),67#+ VWXWWW C+4 YWXWWWXWWW< >I$ #)+ 8$*,,#, 1C,8'+8,,)8+': ),( +C$ #)+,#7$ /:#)+#, N)+8'+8,,)8+': +E()8< =#++ 4)# #)+# D)::)*+ ),(A #$F#C8(2'+2)(ZD)/$*-*:('2N)+8'+84#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,#)+#1C,8'+8,,&'++C+8 -*+ZM*:(< 1CH ;$C+4 4#$ &*,)()-#+ C+4 +#8'()-#+ B&#),C+8 /'++ 4', 1C,8'+8,,)8+': &*,)()- *4#$ +#8'()-,#)+< "#,7':@ 5#$4#+ HI$ 4#+ 9#($)#@ 4#, %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, F5#) L+ C+,#$#+ 9#),&)#:#+ -#$5#+4#+ 5)$ HI$ '::# %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ B&'++C+8,[C#::#+ 2)( TVZ M*:( C+4 2)( RVZ M*:(< ")# 1C,8'+8,,&'++C+8/'+++)#2':,8$E,,#$':,4)#N)+8'+8,,&'++C+85#$4#+<;#5E7+:)67),( 4)# 2'?)2':# 1C,8'+8,,&'++C+8 J 2'? #(5' #)+ M*:( ()#H#$ ':, 4)# N)+8'+8,,&'++C+8< ")# ;$E,,#4#$1@5#)67C+87.+8(\#4*67-*+4#$B(#C#$,&'++C+8C+4-*2]^&4#,%&12&'@< LabVIEW - Demo 1.1: Verstärkung des Operationsverstärkers B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 a%&12&v<-)b -*+ O'&)(#: V< "$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+ds]',(#ac24#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$fc'/()-)#$#+< National Instruments Corporation I-1

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4 Operationsverstärker Schaltkreis eines rückgekoppelten Operationsverstärkers %&12&, 2)( 8$*,,#$ M#$,(.$/C+8,)+4,675)#$)8 FC $#8#:+ 2#),(#+, )+ 8#,.(()8(#2 gc,('+4< D)( #)+)8#+ FC,.(F:)67#+ O*2&*+#+(#+ /'++ #)+ ]#): 4#, 1C,8'+8,)8+':,'CH4#+N)+8'+8FC$I6/8#HI7$(5#$4#+<D)(4#$+#8'()-#+GI6/HI7$C+85)$4 +#++(4)#,#O*+H)8C$'()*+j:*,#4_**&08#,67:*,,#+#B67:#)H#3< #)+# 7E7#$# #)+# 4#$ M#$,(.$/C+8< B*2)( $I6/8#/*&&#:(# %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ #)+# M#$,(.$/C+8 -*+ VXWWWA 5.7$#+4 +)67( Invertierender Verstärker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ational Instruments Corporation I-3

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6 Operationsverstärker LabVIEW - Demo 1.3: Invertierender Operationsverstärker B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 a%&12&k<-)b -*+ O'&)(#: V< ")#,#, `$*8$'22,)2C:)#$( )+,#7$ $#':),(),67#$ =#),# 4)# >C+/()*+ #)+#, #)+H'67#+ )+-#$()#$#+4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$,< "$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+d S ]',(#A C2 4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ FC '/()-)#$#+<")##)+F#:+#+=)4#$,(.+4#/E++#+4C$67M#$,(#::#+4#$#+(,&$#67#+4#+B67)#@#$ *4#$ 4C$67 N)+8'@# +#C#$ =#$(# )+ 4', 4)8)(':# "),&:'^ H#,(8#:#8( 5#$4#+< ")# N)+8'+8,,&'++C+8.+4#$+B)#2)(4#2"$#7/+*&H*4#$#@#+H'::,4C$67N)+8'@#4#$=#$(#)+ 4', 4)8)(':# "),&:'^< M#$,(#::#+ B)# 4#+ N)+8'+8,5)4#$,('+4A 4#+ GI6/HI7$C+8,5)4#$,('+4 C+44)#N)+8'+8,,&'++C+8<M#$8#5),,#$+B)#,)67A4',,4',1C,8'+8,,)8+':4#$;:#)67C+8VS nh*:8(< 1@@):4C+8VSlP_'@MLN=SB)2C:'()*+#)+#,)+-#$()#$#+4#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$S B67':(/$#),#, Fragen: =',8#,67)#7(A5#++4)#1C,8'+8,,&'++C+8@#8)++(A4)#M#$,*$8C+8,,&'++C+8-*+TVZ M*:(*4#$RVZM*:(FCI@#$,(#)8#+r =',8#,67)#7(A5#++4)#N)+8'+8,,&'++C+84)#M#$,*$8C+8,,&'++C+8#$$#)67(r =',8#,67)#7(A5#++4)#N)+8'+8,,&'++C+84)#M#$,*$8C+8,,&'++C+8C2V*4#$YM*:( I@#$,(#)8(r National Instruments Corporation I-5

7 Operationsverstärker Reale Schaltung eines invertierenden Operationsverstärker - Schaltkreises R f 100k V 1 R 10k V out -15 1@@):4C+8VSZPB67':(&:'+#)+#,)+-#$()#$#+4#+M#$,(.$/#$,2)(#)+#$M#$,(.$/C+8VW LabVIEW - Knacknuss: Simulation eines invertierenden Operationsverstärkers (Version 2) N$,#(F#+ B)# )2 `$*8$'22 a%&12&k<-)b 4)# ;:#)67C+8 4#$ '+8#+.7#$(#+ O#++:)+)# VSq 4C$674)##?'/(#;:#)67C+8VSn< "' )+ ;:#)67C+8 VSn 4)# M#$,(.$/C+8 1 -*$/*22(A 2C,, 4)#,# 8#8#@#+,#)+< =.7:#+ B)# #)+#+ =#$( F5),67#+ VWXWWW C+4 VXWWWXWWW< J+(#$,C67#+ B)# +C+A HI$ 5#:67# =#$(# 4#$ =)4#$,(.+4# G V C+4 G H 4)# '+8#+.7#$(# O#++:)+)# C+@$'C67@'$ 5)$4< B&#)67#$+ B)# L7$ `$*8$'22C+(#$a%&12&ksY<-)b< Laborversuch 1: Zielsetzung: "',g)#:4)#,#$e@c+8),(afcf#)8#+a5)##)+h'67#)+m#$,(.$/#$2)(7*7#$;#+'c)8/#)(8#@'c( 5#$4#+/'++C+45)#2'+4)#;#+'C)8/#)(4#,M#$,(.$/#$,@#,()22(< Vorgehen: 9'C#+ B)# 4#+ )+-#$()#$#+4#+ M#$,(.$/#$SB67':(/$#),A 5)# #$ )+ 1@@):4C+8 VSZ C+4 VSn 4'$8#,(#::( ),(< >I$ 4)#,#+ 2'+ F5#) B&'++C+8,[C#::#+A #)+#+ 8.+8)8#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ 0_D qlv3 C+4 #)+)8# =)4#$,(.+4#< ")#,# 1$()/#:,)+4 )+ National Instruments Corporation I-6

8 Operationsverstärker N:#/($*+)/H'678#,67.H(#+ #$7.:(:)67< =.7:#+ B)# HI$ 4)# N)+8'+8,,&'++C+8 #)+#+ =#$( F5),67#+RVC+4TVM*:(< B67':(/$#),#, 4#+ B67':(/$#),,#(F#+A C+4 /*+($*::)#$#+ B)# 4)# N)+8'+8,,&'++C+8 0*7+# 4#+ B67':(/$#), '+FC,67:)#,,#+3<9#$#67+#+B)#'+,67:)#,,#+44)#1C,8'+8,,&'++C+8'+7'+44#$;:#)67C+8 VSq< B67.(F#+ B)# 4)# 4#$ #)+F#:+#+ D#,,C+8#+ B)# 4#+ FC #$5'$(#+4#+ >#7:#$<tC+/E++#+B)#4#+B67':(/$#),'/()-)#$#+C+44)# 1C,8'+8,,&'++C+8 2#,,#+< G H 0/o3 G V 0/o3 M#$,(.$/C+80G H mg V 3 J )+ J *C( 0@#$#67+#(3 J *C( 08#2#,,#+3 =)# -#$7.:(,)67 4)# 8#2#,,#+# 1C,8'+8,,&'++C+8 J *C( PC - Einsatz 1: Die Grundlagen J24)#67'$'/(#$),(),67#+N)8#+,67'H(#+-*+#:#/($*+),67#+;#$.(#+FC@#,()22#+A),(#,*H( +E()8A4)#1C,8'+8,,)8+':#2)(4#+N)+8'+8,,)8+':#+FC-#$8:#)67#+<>I$4#+)+-#$()#$#+4#+ M#$,(.$/#$#$7.:(2'+@#),&)#:,5#),##)+##)+4#C()8#O#++:)+)#A,*:'+8#4',1C,8'+8,,)8+': National Instruments Corporation I-7

9 Operationsverstärker 9#$#)67 :)#8#+A 4'2)( 4#$ M#$,(.$/#$ :)+#'$ D)( 4#$ j*2&c(#$ S 1C(*2'(),)#$C+8 /E++#+ ]#,(,&'++C+8#+ #$F#C8( 5#$4#+< ")# \#5#):)8#+ 1C,8'+8,,&'++C+8#+5#$4#+8#2#,,#+A'+8#F#)8(C+4'+':^,)#$(<L+4)#,#$e@C+8@#($'67(#+ 5)$6*2&C(#$#$F#C8(#]#,(,)8+':#C+4D#,,C+8#+-*+M#$,(.$/#$'C,8.+8#+< B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 a]#,(12&v<-)b -*+ O'&)(#: V< ")#,#, M*:(<"',`$*8$'222),,(4',1C,8'+8,,)8+':'+#)+#2N)+8'+84#$"1vSO'$(#C+4F#)8( #,'CH#)+#$1+F#)8#'CH4#2>$*+(&'+#:'+< 9#'67(#+B)#P")#"1vSO'$(#2)('+':*8#$1C,8'+8,SC+4N)+8'+8,HC+/()*+2C,,HI$&:C, m2)+c,sb&#),c+8s1+5#+4c+8#+09#$#)67-*+rz@),tzm*:(3/*+h)8c$)#$(,#)+<9#($#)@#+ B)#4#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$2)(#)+#$TmRZM*:(SB&'++C+8,[C#::#< "$I6/#+ B)# 4)# cgc+d S ]',(#A +'674#2 B)# 4)# 1+,67:I,,# 4#$ "1v S O'$(# 2)( L7$#2 ]#,(,67':(/$#),-#$@C+4#+7'@#+<=.7:#+B)#-#$,67)#4#+#N)+8'+8,,&'++C+8#+C+44$C6/#+ B)#4)#O#++:)+)#'C,08#2#,,#+#,B)8+':)+1@7.+8)8/#)(4#,N)+8'+8,,)8+':,3<")#OC$-# 5)$4.7+:)67-#$:'CH#+5)#\#+#)+4#$_'@MLN=SB)2C:'()*+4#,)+-#$()#$#+4#+M#$,(.$/#$, 0a%&12&k<-)b3<"#$#)+F)8#J+(#$,67)#4),(A4',,B)#+C+#)+$#':#,;#$.(-#$5#+4#+< Fragen zur Vertiefung: V<=)#7*67),(4#$8#2#,,#+#=#$(4#$TB(#C#$,&'++C+8r Y<=)#7*67),(4#$8#2#,,#+#=#$(4#$RB(#C#$,&'++C+8r k<=)#7*67),(4)#1c,8'+8,,&'++c+8a5#++4)#n)+8'+8,,&'++c+8+c::),(r")#,+#++(2'+ 4)#%HH,#(SB&'++C+8< l<>i$5#:67#+9#$#)674#$n)+8'+8,,&'++c+8),(4#$m#$,(.$/#$:)+#'$r Z<=)#8$*,,),(4)#M#$,(.$/C+8#)+#,)+-#$()#$#+4#+M#$,(.$/#$,r National Instruments Corporation I-8

10 aufgebaut werden. Die in den Übungen verwendeten Vorlagen dienen dazu, reale analoge Schaltkreise zu bauen, zu verstehen und noch komplexere Schaltkreise zu erstellen. LabVIEW wird in diesem Kurs für Berechnungen, Simulationen und zum Erfassen von Daten benützt. Leser, welche LabVIEW vertieft kennenlernen möchten, finden hinter dem Frontpanel auf der Diagrammseite viele LabVIEW - Konstruktionen, die für den Bau von analogen Simulationen und Messungen benötigt werden. Viel Spass Anmerkung der Übersetzer: Im Text werden immer dann englische Begriffe benutzt, wenn uns eine Übersetzung ins Deutsche nicht sinnvoll erschien. Wir denken, dass diese Lösung für den Leser hilfreich ist, da die Literatur über analoge Elektronik inkl. Datenblätter überwiegend in Englisch abgefasst ist. National Instruments Corporation 2 Grundlagen der analogen Elektronik

11 Verstärkerschaltungen Kapitel 2: Verstärkerschaltungen im Betrieb %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ 'C,8#F#)67+#( ")# N)+8'+8,,&'++C+8,4)HH#$#+F UM 5C$4# =#++ 4)#,# 5#$4#+,*::#+A /'++ 4)#, 'CH C+(#$,67)#4:)67# 1$(#+ 8#,67#7#+<UM/'++':,#)+#5)+F)8#-)$(C#::#B&'++C+8,[C#::#F5),67#+4#2)+-#$()#$#+4#+ C+4 4#2 +)67( )+-#$()#$#+4#+ 5#$4#+A 5#:67# 4)#,# /:#)+# B&'++C+8 5#$4#+< V<")#M#$,(.$/C+8*7+#GI6//*&&:C+8),(C+#+4:)678$*,,C+4UMQW< k<n,#?),()#$(/#)+%hh,#(,($*2c+4/#)+#%hh,#(,&'++c+8< l<")#n)+8'+8,)2&#4'+f4#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,g )+ ),(C+#+4:)678$*,,< Z<")#1C,8'+8,)2&#4'+Fg *C( ),(+C::< L+4#+2#),(#+1+5#+4C+8#+8#+I8(4)#9#($'67(C+84#,)4#':#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,AC2 2'(7#2'(),67# ;:#)67C+8#+ HI$ #)+#+ $#':#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ 7#$FC:#)(#+< J+(#$,C67#+5)$4#+)+-#$()#$#+4#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$)+#)+#2F5#)(#+B67$)((P R f V 1 R 1 i 1 V i f V out 1@@):4C+8YSVPB67':(/$#),4#,)+-#$()#$#+4#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$, Eine weitere Betrachtung des invertierenden Operationsverstärkers "#$ B67':(/$#), 4#, )+-#$()#$#+4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, 2C:()&:)F)#$( 8$C+4,.(F:)67 4', N)+8'+8,,)8+': 2)( #)+#$ +#8'()-#+ O*+,('+(#+< ")# ;$E,,# 4#$ O*+,('+(#+ #+(,&$)67( 4#$ National Instruments Corporation II-1

12 Verstärkerschaltungen M#$,(.$/C+8 4#$ 8#,67:*,,#+#+ B67:#)H# 0G H m G V 3< "', M*$F#)67#+.+4#$( 4)# `*:'$)(.( 4#, 1C,8'+8,,)8+':,< "#$ 0T3 N)+8'+8 ),( #HH#/()- 2)( 4#$ D',,# -#$@C+4#+ C+4 4#$ N)+8'+8,,($*2 L V HI$ 4)# N)+8'+8,,67:#)H# 0M V m G V 3 5)$4 2)( 4#2 %72X,67#+ L+ 4)#,#$ O*+H)8C$'()*+ 5)$4 4#$ 0R3 N)+8'+8 *H( 'C67 ':, -)$(C#::# D',,# 0-)$(C': 4' 4#$ 0T3 N)+8'+8 #HH#/()- '+ D',,# :)#8(< "', F5#)(# ;#,#(F -*+ L V TL H TL )+ QW< ;#2.,,N)8#+,67'H(YH:)#,,(/#)+B($*2)+4#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$0L )+ QW3<>*:8:)678):( M *C( QL H G H < ")#,#N$/#++(+),,#HI7$#+4)$#/(FC$e@#$($'8C+8,8:#)67C+8 M *C( QR0G H mg V 3M )+ ;:#)67C+8YSV =#8#+ 4#$ C+#+4:)67 8$*,,#+ N)+8'+8,)2&#4'+F 4#, %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, ),( 4)# N)+8'+8,)2&#4'+F4#,)+-#$()#$#+4#+B67':(/$#),#,H'/(),67G V 0N)8#+,67'H(l3< LabVIEW Demo 2.1: Der invertierende Operationsverstärker 1@@):4C+8YSYP_'@MLN=SB)2C:'()*+#)+#,)+-#$()#$#+4#+M#$,(.$/#$SB67':(/$#),#, National Instruments Corporation II-2

13 Verstärkerschaltungen B('$(#+ B)# 4', S `$*8$'22 bl+-#$()+8<-)w -*+ O'&)(#: Y< "$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+ds]',(#ac24#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$fc'/()-)#$#+<1#+4#$+b)#4)#n)+8'+8,,&'++c+8 H C+4G V< =#++ G H QG V ),(A 5)$4 4)# M#$,(.$/C+8 ; 4#$ B67':(C+8 #)+,< "#$ B67':(/$#), 4#, %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, HI7$( 2'(7#2'(),67# >C+/()*+#+ )+-#$()#$( 'C,< =#++ M )+ &*,)()- ),(A 4'++),(M *C( +#8'()-AC+45#++M )+ +#8'()-),(A4'++ ),(M *C( &*,)()-< Nicht invertierender Operationsverstärker - Schaltkreis N)+ +)67( )+-#$()#$#+4#$ B67':(/$#), /'++ 'C, 4#2 -*$7#$8#7#+4#+ B67':(/$#), '@8#:#)(#( 5#$4#+A )+4#2 4#$ N)+8'+8,5)4#$,('+4 G V F5),67#+ 4)# D',,# C+4 4#+ 0R3 N)+8'+8 8#,67:*,,#+5)$4<")#N)+8'+8,,&'++C+8M )+ 5)$4'+4#+0T3`*:8#,67:*,,#+< V in + - V out R f V (-) R 1 1@@):4C+8YSkPB67':(&:'+#)+#$+)67()+-#$()#$#+4#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$RB67':(C+8 ")# 1C,8'+8,,&'++C+8 5)$4 4C$67 #)+#+ B&'++C+8,(#):#$ $#4CF)#$(A 4#$ 'C, 4#2 GI6/HI7$C+8,5)4#$,('+4G H C+44#2N)+8'+8,5)4#$,('+4G 1@8$)HH@#($.8(P M0R3QcG V m0g V TG H 3dM *C( ;:#)67C+8YSY ;#2.,, 4#+ N)8#+,67'H(#+ 4#, )4#':#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, ),( 4)# N)+8'+8,,&'++C+8 UM +C::<B*2)(),(M )+ QM0R3<1C,4#$*@#$#+;:#)67C+8H*:8(P M *C( Q0VTG H mg V 3M )+ ;:#)67C+8YSk National Instruments Corporation II-3

14 Verstärkerschaltungen ")#,),(#)+'::8#2#)+'+8#+*22#+#$M#$,(.$/#$2)(#)+#26:*,#4:**&8')+ ;Q0V T G H m G V 3A 4#$ 4', M*$F#)67#+ 4#, N)+8'+8,)8+':, +)67(.+4#$(< D)( H*:8#+4#$ ;:#)67C+8 /'++ 8#F#)8( 5#$4#+A 4',, 4)# N)+8'+8,)2&#4'+F g ) HI$ 4)#,#+ B67':(/$#),,#7$ 8$*,,),(P g ) xg )+ cg V m0g V TG H 3d1 ;:#)67C+8YSl g )+ ),(4)#N)+8'+8,)2&#4'+F#)+#,$#':#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,0C+8#H.7$YWDo3<N,/'++ #@#+H'::, 8#F#)8( 5#$4#+A 4',, 4)# 1C,8'+8,)2&#4'+F g W 8#8#+ +C:: 8#7(A H'::, 4)# *&#+:**&SM#$,(.$/C+8 1 8$*,, 5)$4< >*:8:)67 ($#++( 4#$ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ )+ 4#$ +)67( )+-#$()#$#+4#+ O*+H)8C$'()*+ 4', N)+8'+8,,)8+': -*2 1C,8'+8,,)8+': 2)( #)+#$ #+4:)67#+ M#$,(.$/C+8< LabVIEW - Demo 2.2: Der nicht invertierende Operationsverstärker B('$(#+B)#4',_'@MLN=S`$*8$'22bt*+L+-#$()+8<-)w-*+O'&)(#:Y<"$I6/#+B)#'CH4)# cgc+d S ]',(#A C2 4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ FC '/()-)#$#+< g)#7#+ B)# '2 B67)#@#$ 4#$ N)+8'+8,,&'++C+8 M )+ A C2 4)# N)8#+,67'H(#+ 4)#,#, +)67( )+-#$()#$#+4#+ B67':(/$#),#, /#++#+FC:#$+#+<y+4#$+B)#4)#=#$(#4#$=)4#$,(.+4#G H C+4G V< 1@@):4C+8YSlP_'@MLN=SB)2C:'()*+#)+#,+)67()+-#$()#$#+4#+B67':(/$#),#,#)+#, %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, National Instruments Corporation II-4

15 Verstärkerschaltungen N)+,&#F)#::#$>'::4)#,#,B67':(/$#),#,:)#8(-*$A5#++G H QW),(C+44#$N)+8'+8,5)4#$,('+4 G V #+(H#$+( 5)$4< L+ 4)#,#2 >':: 8):(P M *C( QM )+ A g ) Q g )+ 1 C+4 g W Qg *C( m 1< ")#,# O*+H)8C$'()*+ +#++( 2'+ `CHH#$ *4#$ L2&#4'+F5'+4:#$< ")# B&'++C+8,-#$,(.$/C+8 ; ),( V 0C+)(^8')+6)$6C)(3<"C$674#+/:#)+#+1C,8'+8,5)4#$,('+4/'++'@#$2#7$_#),(C+8A4<7<#)+ 8$E,,#$#$B($*2A@#F*8#+5#$4#+< V in - + V out 1@@):4C+8YSZPL2&#4'+F5'+4:#$0C+)(^8')+%&12&6)$6C)(3 Differenzverstärker "#$ B67':(/$#), 4#, ")HH#$#+F-#$,(.$/#$, -#$5#+4#( N)+8.+8#+ 4)#,#:@# M#$,(.$/C+8 0G H m G V 3< "#2FCH*:8# ),( 4)# 1C,8'+8,,&'++C+8 4)# ")HH#$#+F F5),67#+ M *C( Q0G H mg V 30M Y RM V 3 ;:#)67C+8YSZ R f i f R 1 V 1 i V out V 2 R 1 i 2 R f 1@@):4C+8YSnPB67':(&:'+#)+#,")HH#$#+F-#$,(.$/#$, National Instruments Corporation II-5

16 Verstärkerschaltungen D)(4#+M*$'C,,#(FC+8#+4#,)4#':#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$, 8):(HI$4)#B&'++C+8'2+)67( )+-#$()#$#+4#+N)+8'+80T3P M0T3QcG H m0g V TG H 3dM Y ;:#)67C+8YSn >I$4)#N)+8'+8,,(CH#V8):(P L V QcM V RM0T3dmG V ;:#)67C+8YSq >I$4)#1C,8'+8,,(CH#8):(P L H QRcM *C( RM0T3dmG H ;:#)67C+8YSz J+4'2O+*(#+&C+/(8):(P L V QRL H ;:#)67C+8YS{ "C$67BC@,()(C()*+4#$B($E2#C+4N:)2)+'()*+-*+M0T3#$7.:(2'+4)#;:#)67C+8YSZ< LabVIEW - Demo 2.3: Schaltung eines Differenzverstärkers B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 b")hh#$#+6#<-)w -*+ O'&)(#: Y< "$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+d S ]',(#A C2 4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ FC '/()-)#$#+< J+(#$,C67#+ B)# 4)# 9#F)#7C+8 F5),67#+N)+8'+8C+41C,8'+8< 1@@):4C+8YSqP_'@MLN=SB)2C:'()*+#)+#,")HH#$#+F-#$,(.$/#$SB67':(/$#),#, National Instruments Corporation II-6

17 Verstärkerschaltungen 9#'67(#+ B)#A 4',, 4)# ")HH#$#+()':8:#)67C+8 +C$ 8I:()8 ),(A 5#++ 4#$")HH#$#+F,67':(/$#),#)+#,$#':#+M#$,(.$/#$,FC-#$:.,,)8HC+/()*+)#$(A),(4'$'CHFC'67(#+A 4',, 4)# =)4#$,('+4,&''$# 8#+'C =#++ 4)# GI6//*&&:C+8,5)4#$,(.+4# 8:#)67 8$*,,,)+4 5)# 4)# N)+8'+8,5)4#$,(.+4#A HI7$( 4#$ ")HH#$#+F,67':(/$#), #)+# Schaltkreis eines Integrierers >I$ 4#+ B67':(/$#), #)+#, L+(#8$)#$#$, 5)$4 4#$ GI6//*&&:C+8,5)4#$,('+4 4C$67 #)+#+ O*+4#+,'(*$ #$,#(F(< N)+ O*+4#+,'(*$,&#)67#$( #)+# _'4C+8 v< N)+ )4#':#$ -#$:C,(H$#)#$ 4C$67 4#+ O+*(#+&C+/( H:)#,,(A :.4( 4#+ O*+4#+,'(*$ j H 'CH< ")# B&'++C+8 4)#,#, O*+4#+,'(*$,#+(,&$)67(8#$'4#M *C( C+4),(4C$674)#9#F)#7C+8 vqjm*4#$vqj H M *C( 8#8#@#+<D)(4)#,#$;:#)67C+8C+42)(LQ4vm4(#$7.:(2'+P L H Qj H 04M *C( m4(3 ;:#)67C+8YSVW >I$4)#1++.7#$C+84#,)4#':#+%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,2)(L V QM )+ mg V C+4L V QRL H 8):(P M )+ mg V QRj H 04M *C( m4(3 ;:#)67C+8YSVV %4#$)+)+(#8$':#$>*$2P M *C( QR0VmG V j H 3 M )+ 4( ;:#)67C+8YSVY C f R 1 I f V in I V out 1@@):4C+8YSzPB67':(&:'+#)+#,L+(#8$)#$#$, ")# 1C,8'+8,,&'++C+8 ),( 4', `$*4C/( 'C, 4#2 L+(#8$': 4#$ N)+8'+8,,&'++C+8 C+4 #)+#$ e@#$,#(fc+8,/*+,('+(#+0vmg V j H 3<")#N)+7#)(-*+G),(%72A4)#N)+7#)(-*+j),(>'$'4< National Instruments Corporation II-7

18 Verstärkerschaltungen ")# N)+7#)( ;$E,,#+ FC,'22#+ 0Gj3 ),(, SV < 9#),&)#:,5#),# #)+ V}> O*+4#+,'(*$FC,'22#+2)(#)+#2=)4#$,('+4-*+VDo#)+#+>'/(*$-*+V, SV <=)$+#72#+ '+A 4)# N)+8'+8,,&'++C+8,#) /*+,('+(< B*2)( H.::( 4', L+(#8$': 5#8< 1C, 4#$ ")HH#$#+()':8:#)67C+8YSVYH*:8(P M *C( QR0M )+ mg V j H 3(TO*+,('+(# ;:#)67C+8YSVk 5*@#) 4)# L+(#8$'()*+,/*+,('+(# 4C$67 #)+# 1+H'+8,@#4)+8C+8 5)# M *C( QM W HI$ ")# #)+# :)+#'$# B.8#F'7+/C$-# 2)( 4#$ B(#)8C+8QR 0M )+ m Gj3< D)( M )+ QRV M*:(A j Q V }> C+4 GQV Do ),( 4)# B(#)8C+8 V M*:( m B#/C+4#< ")# 1C,8'+8,,&'++C+8,(#)8(:)+#'$'+A@),4#$%&#$'()*+,-#$,(.$/#$4C$674)#TB&#),#,&'++C+8 8#,.(()8( ),(< ")# L+(#8$'()*+,/*+,('+(# /'++ 8#5.7:( 5#$4#+A )+4#2 4#$ GI6//*&&:C+8,/*+4#+,'(*$ 1+H'+8,,&'++C+8 #+(7.:(< "'++ :'C(#( 4)# G'+4@#4)+8C+8M *C( 0W3QM 6*+,( < gc 9#8)++ 4#$ L+(#8$'()*+ 0( Q W3 -#$,675)+4#( 4)# 1+H'+8,,&'++C+8 C+4 4)# 1C,8'+8,,&'++C+8,)+/(*4#$,(#)8('C,8#7#+4-*+4)#,#2=#$(< e@:)67#$5#),#,#(f(2'+4)#1+h'+8,,&'++c+8'chtc::<"'fc4)#+(#)+_#)(#$&'$'::#:fc2 O*+4#+,'(*$A4#$FC9#8)++4#$L+(#8$'()*+#+(H#$+(A@#F)#7C+8,5#),#C+(#$@$*67#+5)$4< LabVIEW - Demo 2.4: Schaltkreis des Integrierers 1@@):4C+8YS{P_'@MLN=SB)2C:'()*+#)+#,L+(#8$)#$#$, National Instruments Corporation II-8

19 Verstärkerschaltungen 0"C$67HI7$C+8 4#$ L+(#8$'()*+3< "$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+d S ]',(#A C2 4#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$FC'/()-)#$#+< =#++ 4#$ O*+4#+,'(*$ '+H.+8:)67 /C$F8#,67:*,,#+ 5)$4A ),( 4#$ 1C,8'+8 +C::< M#$5#+4#+ B)#4)#,#)(:)67#+`H#):#4#,cB5)(67j*+($*:dAC24#+B67':(#$FCEHH+#+*4#$FC,67:)#,,#+< ~HH+#+B)#4#+B67':(#$C+4@#'67(#+B)#A5)#4)#B&'++C+8:)+#'$,(#)8(<J+(#$,C67#+B)# 4)#1C,8'+8,,&'++C+8A)+4#2B)#4)#B(#)8C+8,&'$'2#(#$0M )+ AG V C+4j H 3.+4#$+<B67:)#,,#+ B)#4#+O*+4#+,'(*$/C$FAC24#+B67':(/$#),)+4#+C$,&$I+8:)67#+gC,('+4FC@$)+8#+< 9#)/*+,('+(#$N)+8'+8,,&'++C+8#$F#C8(4#$B67':(/$#),#)+#G'2&#<=#++4#$O*+4#+,'(*$ \#4#, N$$#)67#+ VW M*:( /C$FF#)()8 /C$F8#,67:*,,#+ 5)$4A #+(,(#7(#)+#B.8#F'7+/C$-#< L2 `$*8$'22 bb'5(**(7<-)w ),( 4)# 1C,8'+8,,&'++C+8 8$'&7),67 4'$8#,(#::(< L2 _#)(#$ &'$'::#:FC2O*+4#+,'(*$@#H)+4#(,)67#)+"$C6//+*&HAC24#+L+(#8$)#$#$FC)+)()':),)#$#+< =#++4#$"$C6//+*&H)+$#8#:2.,,)8#+1@,(.+4#+8#4$I6/(5)$4A#+(,(#7('21C,8'+8#)+# B.8#F'7+/C$-#< M#$,C67#+ B)# #,u ")#+( 4)#,# "#2*+,($'()*+ ':, M*$:'8# HI$ #)+#+ B.8#F'7+8#+#$'(*$r 1@@):4C+8YSVWP_'@MLN=L+(#8$)#$#$A4#$#)+#B.8#F'7+,&'++C+8#$F#C8( LabVIEW - Knacknuss: =)# 5I$4#+ B)# 4)# B)2C:'()*+ 4#, L+(#8$)#$#$, 2*4)H)F)#$#+A 4'2)( #)+ "$#)#6/,)8+': #+(,(#7(r National Instruments Corporation II-9

20 Verstärkerschaltungen Addierverstärker N)+8'+8,,)8+':#+< #4#$ N)+8'+8 M ) 7'( #)+#+ =)4#$,('+4 G ) C+4 ),( 2)( 4#2 0R3 N)+8'+8 -#$@C+4#+<"#$144)#$-#$,(.$/#$+I(F(4',F5#)(#O)$677*HHX,67#;#,#(F'C,A4',@#,'8(A4',, 4)# BC22# '::#$ B($E2# #)+#, B67':(/$#),#, +C::,#)+ 2I,,#+< 12 `C+/( M0R3 ),( L V TL Y TL H QW< =)# 8#,#7#+ 7'@#+A 7'( 4#$ )4#':# %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ /#)+#+ N)+8'+8,,($*2 0N)8#+,67'H(Y3C+4/#)+#+%HH,#(SB($*20N)8#+,67'H(k3<L+4)#,#$O*+H)8C$'()*+5)$44#$0R 3N)+8'+8*H(144)()*+,&C+/(0,C22)+8&*)+(3M, 8#+'++(< R 1 R f V 1 I 1 I f V 2 R 2 I V out 1@@):4C+8YSVVPB67':(&:'+#)+#,144)#$-#$,(.$/#$, >I$4)#N)+8'+8,,67:#)H#V8):(P L V QM V mg V ;:#)67C+8YSVl >I$4)#N)+8'+8,,67:#)H#Y8):(P L Y QM Y mg Y ;:#)67C+8YSVZ >I$4)#GI6/HI7$C+8,,67:#)H#8):(PL H QR0M *C( mg H 3 ;:#)67C+8YSVn ")#,#;:#)67C+8#+#$8#@#+HI$4#+144)()*+,&C+/( M *C( QRG H 0M V mg V 3RG H 0M Y mg Y 3 ;:#)67C+8YSVq =#++G V QG Y QGQG H A),(A4'++7'@#+5)$#)+#+B67':(/$#),-*$C+,A4#$M V C+4M Y '44)#$(< M *C( QS0G H mg30m V TM Y 3 ;:#)67C+8YSVz National Instruments Corporation II-10

21 Verstärkerschaltungen >I$4#+,&#F)#::#+ >'::0G H mg3qvmy#+(,&$)67( 4)#1C,8'+8,,&'++C+8 LabVIEW - Demo 2.5: Addierverstärker B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 bbc22#$<-)w -*+ O'&)(#: Y< =#++ G V QG Y QG H ),(A /E++#+4)$#/(F5#)N)+8'+8,,&'++C+8#+M V C+4M Y *4#$)7$#e@#$,#(FC+8,H'/(*$#+ G H mg H mg Y FC,'22#+8#F.7:(5#$4#+<"$I6/#+B)#'CH4)#cGC+dS]',(#AC24#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$FC'/()-)#$#+<")#,),(#)+,#7$:#),(C+8,H.7)8#$B67':(/$#),A4#$)+-)#:#+ ;#$.(#+-#$5#+4#(5)$4< Laborversuch 2 Zielsetzung: "', g)#: 4)#,#$ e@c+8 ),( #,A #)+#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ S B67':(/$#), 4#$ F5#) #)+F#:+#C+'@7.+8)8#N)+8'+8,,)8+':#'44)#$(< Vorgehen: 9'C#+ B)# 4#+ 144)#$-#$,(.$/#$A 5)# #$ )+ 1@@):4C+8 YSVV C+4 YSVY 4'$8#,(#::( ),(< "#$ #)+#+ qlv %&#$'()*+,-#$,(.$/#$A #)+)8# =)4#$,(.+4# C+4 F5#) B&'++C+8,[C#::#+<")#N)+8'+8,,&'++C+82C,,F5),67#+RVM*:(C+4TVM*:(:)#8#+< 1@@):4C+8YSVYP1+*$4+C+84#$O*2&*+#+(#+#)+#,144)#$-#$,(.$/#$, National Instruments Corporation II-11

22 Verstärkerschaltungen =.7:#+B)#HI$#)+##)+H'67#144)()*+4)#=#$(#G V QG Y QG H QVW/o< =.7:#+B)#HI$#)+#144)()*+2)(#)+#$M#$,(.$/C+8-*+VW4)#=#$(#G V QG Y QVW/oC+4 G H QVWW/o< =.7:#+ B)# 4)# =#$(# G V QG Y QVW /o C+4 G H QZ /o HI$ #)+#+ B67':(/$#),A 4#$ 4#+ D#,,#+ B)# 4)# N)+8'+8,S C+4 1C,8'+8,,&'++C+8#+ 2)( #)+#2 4)8)(':#+M*:(2#(#$*4#$2)(#)+#$"1vSO'$(#A4)#':,M*:(2#(#$/*+H)8C$)#$(),(< PC - Einsatz 2: Übertragungskurve des Operationsverstärkers ")# 4)# BC22# '::#$ D#,,C+8#+ HI$ -#$,67)#4#+# N)+8'+8,,)8+':# 4'$C+4),(,*2)(#)+#)+F)8'$()8#,-),C#::#,=#$/F#C8AC24)#N)8#+,67'H(#+#)+#,;#$.(#,FC C+(#$,C67#+< ")#j*2&c(#$'c(*2'(),)#$c+8#$2e8:)67(4)#1c,8'@#-*+-#$,67)#4#+#+]#,(,)8+':#+<")# \#5#):)8#+G#,C:('(#5#$4#+8#2#,,#+A'+8#F#)8(C+4'+':^,)#$(<L+4)#,#$e@C+8@#($'67(#+ 5)$6*2&C(#$#$F#C8(#]#,(,)8+':#C+44)#D#,,C+8#+'+M#$,(.$/#$'C,8.+8#+A4)#8$'&7),67 4'$8#,(#::(5#$4#+< FC$ N$F#C8C+8 #)+#, ;:#)67,($*2(#,(,)8+':, #)+#+ '+':*8#+ 1C,8'+8 #)+#$ "1v S O'$(# C+4 #)+#+ '+':*8#+ N)+8'+8A C2 4)# 1+(5*$(,)8+':# FC 2#,,#+< _'@MLN=,(#::( HI$ \#4#,N)+8'+8,,)8+':4',1+(5*$(,)8+':)+#)+#$e@#$($'8C+8,/C$-#4'$<"#$1@(',(@#$#)67A 4)#1@(',($'(#C+44)#1+F'7:4#$]#,(&C+/(#/E++#+2)(4#+>$*+(`'+#:SG#8:#$+8#5.7:( 5#$4#+<O:)6/#+B)#'CHcB'-#"'('dAC2L7$#+]#,(:'CH'@FC,&#)67#$+< 9#'67(#+B)#PL+4#$;$C+4#)+,(#::C+8'$@#)(#(4)#"1vSO'$(#)29#$#)67-*+RZ@),TZ M*:(< >'::, 4)# B&'++C+8#+ 4#$ O'$(# +)67( -#$.+4#$( 5#$4#+ /E++#+A 2I,,#+ 4)# B&'++C+8,[C#::#+4#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,'CHRZC+4TZM*:(#)+8#,(#::(5#$4#+< >'::,B)#4#+144)#$-#$,(.$/#$-*+e@C+8Y-#$5#+4#+A2I,,#+B)#HI$4#+N)+8'+8Y#)+# O*+,('+(#,#(F#+ 0I@:)67#$5#),# W M*:(3< "#+ N)+8'+8 V -#$5#+4#+ B)# HI$ -#$,67)#4#+# N)+8'+8,,)8+':#< =#++ B)# 4)# "1v S O'$(# '+ 4#+ ]#,(,67':(/$#), '+8#,67:*,,#+ 7'@#+A,(#::#+B)#cB('$(D#',C$#2#+(,d'CH0%+3C+48#@#+B)#4#+]#,(,)8+':@#$#)67#)+<"$I6/#+ B)#'CH4)#cGC+dS]',(#C+4-#$H*:8#+B)#4#+M#$:'CH4#$e@#$($'8C+8,/C$-#<9#'67(#+B)# 4)#TmRB(#C#$,&'++C+8#+C+4@#,()22#+B)#4)#M#$,(.$/C+84#,B67':(/$#),#,< N$5#)(#$C+8#+4#$9#+C(FC+8,,67+)((,(#::#P V< B67:)#,,#+ B)# #)+#+ F5#)(#+ 1C,8'+8,/'+': '+ 4)# "1v S O'$(#A 4'2)( 4)# Y< N)8#+,67'H(#+4#,144)#$-#$,(.$/#$,'+8#F#)8(5#$4#+/E++#+< N$,(#::#+B)##)+#+1:'$2)+4)/'(*$A4#$'CH:#C67(#(A,*@':44',1C,8'+8,,)8+':8#,.(()8( ),(< k< 9'C#+ B)# #)+ _'@MLN= MLA 4', 4)# M#$,(.$/C+8 4#, %&#$'()*+,-#$,(.$/#$, C+4 4)# B(#C#$,&'++C+8'C(*2'(),672),,(< Eine Lösung befindet sich auf der Web-Seite sensor.phys.dal.ca/labview National Instruments Corporation II-12

23 Halbleiterdioden Kapitel 3: Halbleiterdioden "C$67 4', gc,'22#+hi8#+ #)+#, 2)( #)+#2 `t S B&#$$,67)67(< "#$ 9C67,('@# btw,(#7( HI$ +#8'()-A 5*2)( 4', M*$F#)67#+ 4#$ N:#/($*+#+:'4C+8 8#2#)+( ),(< "#$ 9C67,('@# b`w,(#7( HI$ &*,)()- 'CH 4)# 4#$t.7#4#$B&#$$,67)67(#)+#`*(#+()':,&#$$#< ")#,#B&#$$,67)67(@):4#(,)67F5),67#+4#$ btwsc+44#$b`wsb#)(#<"'2)(#)+b($*2h:)#,,#+/'++a2i,,#+4)#k'c&(:'4c+8,($.8#$4', ),(#)+#N)8#+,67'H(4#, C+4*()#$(#+K':@:#)(#$2'(#$)':,C+4@#($.8(HI$B):)F)C2#(5'W<nM*:(< D)( #)+#$ #?(#$+#+ 9'((#$)# /'++ )+ #)+#2 $#':#+ B67':(/$#), 4', B&#$$&*(#+()': -#$.+4#$( 5#$4#+< L+ B&#$$$)67(C+8 #$7E7(,)67 4)# G'C2:'4C+8A 4)# _I6/#+ 5#$4#+ 8$E,,#$ C+4 4', `*(#+()':,(#)8(<B*2)(5)$4#)+>:)#,,#+-*+B($*2#$,675#$(< V< o o o o o o o Reverse Bias n-type o o + - o o o o o o o p-type V> o o o o o o o o o o o o Forward Bias 1@@):4C+8kSVPN+#$8)#+)-#'C,-*+")*4#+)+B&#$$$)67(C+8A*7+#'+8#:#8(#B&'++C+8C+4 )+"C$67:',,$)67(C+80$#-#$,#AF#$*'+4H*$5'$4@)',#43 L+ 4#$ "C$67:',,$)67(C+8 8#,67)#7( 4', ;#8#+(#):< "', B&#$$&*(#+()': $#4CF)#$(,)67 C+4 #, /'++ #)+ B($*2 H:)#,,#+< ")# _#)(H.7)8/#)( 7.+8( -*+ 4#$ ='7$,67#)+:)67/#)( '@A 4',, 4)# K'C&(:'4C+8,($.8#$ 4)# `*(#+()':,&#$$# I@#$5)+4#+ /E++#+< ")#,# ='7$,67#)+:)67/#)( H*:8( 4#$ D'?5#:: S 9*:(F2'+ S M#$(#):C+8< B*2)(,(#)8( 4)# _#)(H.7)8/#)( #?&*+#+()#:: FC$ '+8#:#8(#+B&'++C+8'+< "#$B($*2LA4#$4C$67#)+#`tSB&#$$,67)67(H:)#,,(A/'++'+8#+.7#$(5#$4#+4C$67P LQL W c#?&0#jmη/]3rvd ;:#)67C+8kSV LW ),( 4#$ B&#$$,($*2A # ),( 4)# N:#/($*+#+:'4C+8A J ),( 4)# '+8#:#8(# B&'++C+8A / ),( 4)# 9*:(F2'+ S O*+,('+(#A ] ),( 4)# '@,*:C(# ]#2&#$'(C$ C+4 η ),( 4)# D'(#$)':/*+,('+(# 4#$ B&#$$,67)67(< 9#($'67(#+5)$4$#)>.::#4#$")*4#+8:#)67C+8kSVP V<B&#$$$)67(C+80J8$*,,C+4+#8'()-3 National Instruments Corporation III-1

24 Halbleiterdioden LQRL W ;:#)67C+8kSY 0)+4#$`$'?),@#($.8(L W 5#+)8#D)/$*'2& $#3 Y<"C$67:',,$)67(C+80JpW<VM*:(C+4&*,)()-3 LQL W #?&0#Jmη/]3 ;:#)67C+8kSk 0@#)G'C2(#2&#$'(C$),(#mη/]C+8#H.7$lWM*:( RV C+4LQL W #?&0lWJ33 k<*7+#'+8#:#8(#b&'++c+80jxwm*:(3 LQL W #?&0#mη/]3J ;:#)67C+8kSl J+(#$4)#,#+9#4)+8C+8#+/'++4#$N?&*+#+()':S]#$2)+#)+#`*(#+F$#)7##+(5)6/#:(5#$4#+< 1C,4#2M#$8:#)674#$;:#)67C+8kSl2)(4#2%72X,67#+;#,#(F0JQL G3H*:8(A4',,4#$ ]#$20η/]m#L W 34)#,#:@#N)+7#)(5)#4#$=)4#$,('+47'(C+4,#)+9#($'8#)+#N)8#+,67'H( 4#$ ")*4# ),(< UJ m UL 0G#F)&$*/5#$( 4#$ B(#)8C+8 )2 L m J S ")'8$'223 +#++( 2'+ 4#+ 4^+'2),67#+=)4#$,('+4< LabVIEW - Demo 3.1: Strom - Spannungs - Eigenschaften einer Siliziumdiode B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 b")*4# LM<-)w< M#$8#5),,#$+ B)#,)67A 4',, 4#$ c`*5#$dsb67':(#$#)+8#,67':(#(),(<"$i6/#+b)#'ch4)#cgc+ds]',(#c+4c+(#$,c67#+b)# 4)#LSJSN)8#+,67'H(#+#)+#$B):)F)C24)*4#< 1@@):4C+8kSYP_'@MLN=SB)2C:'()*+,,67':(/$#),FC$D#,,C+84#$LSJSN)8#+,67'H(#+#)+#$ ")*4# National Instruments Corporation III-2

25 Halbleiterdioden B)#,()22#+ 4)# B&'++C+8 'CH 4)# ")*4# )+4#2 B)# 4)# G#8#:/+E&H# 4#, B5##& ;#+#$'(*$, 4$I6/#+ 0y+4#$+ 4#$ vc#::#+,&'++c+83< "C$67 "$I6/#+ 4#$ c>54d S *4#$ 4#$ cg#-ds]',(#.+4#$(4)#b&'++c+8<l2b(#&sd*4c,#$7e7(*4#$$#4cf)#$(,)674)#b&'++c+8,67$)((5#),#c2w<wym*:(4c$67"$i6/#+4#$ct#?(ds*4#$4#$c9'6/ds]',(#<=#++b)#4#+ c]$'):,d S 5)$4 L7$# B($*2 S B&'++C+8, S D#,,C+8 )+ #)+#2 ;$'&7#+ 'CH8#F#)67+#(< "#$ 4^+'2),67# =)4#$,('+4 G 4 0UJmUL3 5)$4 4#H)+)#$( ':, O#7$5#$( 4#$ ]'+8#+(# '+ 4)# LSJSOC$-#< L+"C$67:',,$)67(C+8),(4#$=)4#$,('+4/:#)+C+4#)+#8$*,,#_#)(H.7)8/#)(),(,67+#::#$$#)67(<L+B&#$$$)67(C+8),(4#$=)4#$,('+4,#7$8$*,,<"#,7':@H:)#,,(/'C2B($*2< "', y+4#$+ 4#$ `*:'$)(.( -*+ T 0"C$67:',,$)67(C+83 'CH R 0B&#$$$)67(C+83 #+(,&$)67( 4#2 J2,67':(#+#)+#,+)#4$)8#+=)4#$,('+4#,'CH#)+#+7*7#+=)4#$,('+4<J+(#$,C67#+B)#4#+ 4^+'2),67#+=)4#$,('+44#$B):)F)C24)*4#A)+4#2B)#4)#cB7*5G4dS]',(#4$I6/#+C+4 4#+ 9#($)#@,&C+/(.+4#$+< ")# >.7)8/#)( 4#$ ")*4#A -*+ #)+#2 7*7#+ 'CH #)+#+ +)#4$)8#+ =)4#$,('+4 FC 5#67,#:+A 5C$4# )+ 4)8)(':#+ B67':(/$#),#+ 8#+C(F(A C2 'C, O*2@)+'()*+#+ -*+")*4#+C+4=)4#$,(.+4#+"G_0")*4#G#,),(*$_*8)63S;#$.(#FC@'C#+< =)#8$*,,),(4#$4^+'2),67#=)4#$,('+4@#)#)+#$B&'++C+8-*+TC+4RW<nM*:(r Halbleiterdioden D'(#$)':)#+ 4)HHC+4)#$#+ 4C$67 4)# B&#$$,67)67( 'CH 4)# '+4#$# B#)(#< N:#/($*+#+ 8#7#+ FC2 K':@:#)(#$2'(#$)': 4#, ` S ]^&, C+4 #)+# 8:#)67# 1+F'7: _E67#$ 5'+4#$+ FC2 K':@:#)(#$2'(#$)': 4#, t S ]^&,< ")#,#$ M*$8'+8 :.CH(,*:'+8# 4)# '@8#5'+4#$(#+_'4C+8,($.8#$)+4#$t.7#4#$B&#$$,67)67(")&*:#@):4#+<")#,##$F#C8#+#)+ #:#/($),67#,>#:40")HHC,)*+,,&'++C+83<L2;:#)678#5)67(H:)#,,(/#)+B($*22#7$<"C$674', #:#/($),67# >#:4 #+(,(#7( 4)# `*(#+()':,&#$$#< ")# ;$E,,# 4#$ `*(#+()':,&#$$# ),( #)+# N)8#+,67'H( 4#, 9',),7':@:#)(#$2'(#$)':,< "'2)( )+ "C$67:',,$)67(C+8 B($*2 H:)#,,#+ /'++A 2C,,4)#'+8#:#8(#B&'++C+88$E,,#$,#)+':,4)#B675#::#+,&'++C+8<"#$B67+)((&C+/(4#$ 1,^2&(*(# 4#$ LSJSOC$-# 2)( 4#$ B&'++C+8,'67,# :)#H#$( 4)# B675#::#+,&'++C+8< B)# #+(,&$)67('++.7#$+40@#)2'?)2':VW 1@5#)67C+834#$")HHC,)*+,,&'++C+8< I (ma) Ge Si GaAs V (volts) 1@@):4C+8kSkP")#LSJSOC$-#HI$;#SAB)SC+4;'1,S")*4#+ National Instruments Corporation III-3

26 Halbleiterdioden >I$ ;#$2'+)C2 ),( 4)# B675#::#+,&'++C+8 W<k M*:(A HI$ B):)F)C2 W<n M*:( C+4 HI$ LabVIEW - Demo 3.2: Eigenschaften der Durchlassrichtung _'4#+B)#4',_'@MLN=S`$*8$'22b")*4#Y<-)w-*+O'&)(#:k<M#$8#5),,#$+B)#,)67A4',, 4#$ c`*5#$d S B67':(#$ #)+8#,67':(#( ),( C+4 4$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+d S ]',(#< ")#,# B)2C:'()*+,(#::(4)#N)8#+,67'H(4#$"C$67:',,$)67(C+84#$4$#)'27.CH)8,(#+-#$5#+4#(#+ ")*4#+4'$PB):)F)C2A;#$2'+)C2C+4;'::)C2'$,#+)4<O:)6/#+B)#'CH4)#,#)(:)67#+`H#):#A C24#+")*4#+(^&FC.+4#$+<B67.(F#+B)#'+7'+44#,")'8$'22,4)#B675#::#+,&'++C+8 \#4#,]^&,< 1@@):4C+8kSlP_'@MLN=SB)2C:'()*+4#$LSJSOC$-#HI$;#SAB)SC+4;'1,S")*4#+ 1C, 4#$ ")*4#+8:#)67C+8 ),( #$,)67(:)67A 4',, 4#$ B($*2H:C,, 4C$67 4)# ")*4# #+(,67#)4#+4 -*+ 4#$ J28#@C+8,(#2&#$'(C$ '@7.+8(< L+ 4#$ *@)8#+ B)2C:'()*+ /'++ 4)# J28#@C+8,(#2&#$'(C$ 4C$67 M#$,(#::#+ 4#, ]#2&#$'(C$,67)#@#$, #)+8#,(#::( 5#$4#+< J+(#$,C67#+B)#4)#]#2&#$'(C$'@7.+8)8/#)('+7'+44#$LSJSO#++:)+)##)+#$")*4#< LabVIEW - Übung: ~HH+#+ B)# 4', `$*8$'22 b")*4#y<-)w C+4 #$,(#::#+ B)# #)+ B&'++C+8, S ]#2&#$'(C$ S ")'8$'22#)+#$B):)F)C24)*4#2)(/*+,('+(#2B($*2-*+VWD)::)'2& $#<")#B&'++C+8),(,('$/-*+4#$]#2&#$'(C$'@7.+8)8<B)+4")*4#+':,]7#$2*2#(#$8##)8+#(r National Instruments Corporation III-4

27 Halbleiterdioden LabVIEW Demo 3.3: Eigenschaft der Sperrrichtung 4#$ c`*5#$d S B67':(#$ #)+8#,67':(#( ),( C+4 4$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+d S ]',(#< ")#,# B)2C:'()*+,(#::( 4)# N)8#+,67'H( 4#$ B&#$$$)67(C+8 HI$ g#+#$ S C+4 1-':'+67#4)*4#+ 4'$< O:)6/#+B)#'CH4)#,#)(:)67#+`H#):#AC24#+")*4#+(^&FC5.7:#+< N)+#g#+#$4)*4#),(,('$/4*()#$(<"'4C$67:)#8(4)#B&#$$,&'++C+8()#H#$<9#)N$$#)67#+4#$ B&#$$,&'++C+8,&$)+8(4#$=)4#$,('+4-*27*67*72)8#+)+4#++)#4#$*72)8#+gC,('+4<L2 `$*8$'22 b")*4#k<-)w :)#8( 4)# RVY M*:(< g#+#$4)*4#+ 5#$4#+ )+ -#$,67)#4#+,(#+B67':(/$#),#+':,B&'++C+8,@#8$#+F#$-#$5#+4#(< '::# ")*4#+ 4C$67A 5#++ 4)# B&#$$,&'++C+8 I@#$,67$)((#+ 5)$4< >$#)# N:#/($*+#+5#$4#+'CH,*7*7#;#,675)+4)8/#)(#+@#,67:#C+)8(A4',,@#)2gC,'22#+&$'::#+ 2)('+4#$#+1(*2#+5#)(#$#N:#/($*+#+H$#)8#,#(F(5#$4#+<")#,#5)#4#$C2/*::)4)#$#+2)( 5#)(#$#+1(*2#+<")#,7'(FC$>*:8#A4',,4#$B($*2#?&*+#+()#::'+,(#)8(C+44)#")*4#,)67,#:@,(F#$,(E$(A,*H#$+4#$B($*2+)67(@#8$#+F(5)$4<N)+,&#F)#::#$]^&),(4)#1-':'+67#S `7*(*4)*4#<1CH8$C+44)#,#,_'5)+#+#HH#/(,),(,)##)+,#7$#2&H)+4:)67#$_)67(,#+,*$< Die Photodiode 1::#")*4#+,)+4:)67(#2&H)+4:)67<"#$B&#$$,($*2L W )+B&#$$$)67(C+87.+8(-*+4#$")67(# 4#$H$#)#+N:#/($*+#+C+4_E67#$'@<9#)`7*(*4)*4#++#++(2'+LW4#+"C+/#:,($*2<=#++ _)67( 'CH 4)# B&#$$,67)67( #)+#$ ")*4# ($)HH(A #+(,(#7#+ FC,.(F:)67# `''$# -*+ _E67#$+ C+4 H$#)#+ N:#/($*+#+< =#++ )+ B&#$$$)67(C+8 #)+# 7*7# B&'++C+8 '+8#:#8( ),(A /$)#67#+ 4)# H$#)#+ _'4C+8,($.8#$ 4C$67 4)# B&#$$,67)67(< "'4C$67 #+(,(#7( 4#$,*8#+'++(# `7*(*,($*2< ")#;$E,,#4#,B($*2#,7.+8(-*+4#$ _)67()+(#+,)(.('CH4#$B&#$$,67)67('@<`7*(*4)*4#+ +I(F#+4)#,#+NHH#/('C,< Curve for no light V (volts) Increasing Light Int ensit y I ( µa) 1@@):4C+8kSZPLSJSO#++:)+)##)+#$`7*(*4)*4# National Instruments Corporation III-5

28 Halbleiterdioden "', LSJ S ")'8$'22 #)+#$ `7*(*4)*4# F#)8(A 5)# _)67(#)+,($'7:C+8 4)# "C+/#:,($*2/C$-# -#$,67)#@(< `7*(*,($E2# :)#8#+ )2 D)/$*'2& $#@#$#)67 C+4,)+4 VXWWW 2': /:#)+#$ ':, 4#$ B($*2 )+ "C$67:',,$)67(C+8< `$.F),# D#,,C+8#+ 4#$ _)67()+(#+,)(.( -#$:'+8#+A 4',, 4#$ "C+/#:,($*2-*28#2#,,#+#+`7*(*,($*2'@8#F*8#+5)$4< LabVIEW - Demo 3.4: Die I-U-Kennlinie einer Photodiode _'4#+B)#4',_'@MLN=S`$*8$'22b`7*(*")*4#<-)w-*+O'&)(#:k<M#$8#5),,#$+B)#,)67A 4',, 4#$ c`*5#$dsb67':(#$ #)+8#,67':(#( ),( C+4 4$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+ds]',(#< ")#,# B)2C:'()*+,(#::( 4)# LSJ S O#++:)+)# HI$ -#$,67)#4#+# _)67()+(#+,)(.(#+ 4'$< g)#7#+ B)# '2 c_)87(l+(#+,)(^dsb67)#@#$<9#'67(#+b)#a4',,4)#o#++:)+)#-*+4#$_)67()+(#+,)(.('@7.+8(< >I$&$.F),#D#,,C+8#+2)(`7*(*4)*4#+2C,,4)#]#2&#$'(C$/*+,('+(8#7':(#+5#$4#+< Einfaches Photometer aus Photodioden und Operationsverstärkern "#$ `7*(*,($*2 L & ),( 4)$#/( &$*&*$()*+': FC$ -*$7'+4#+#+ _)67()+(#+,)(.( L _ < ")# `$*&*$()*+':)(.(,/*+,('+(#G5)$4,&#F)H),67#N2&H)+4:)67/#)(8#+'++(<"#$=#$(7.+8(-*+ 4#$=#::#+:.+8#4#,-*$7'+4#+#+_)67(#,C+4-*2=)$(,7':@:#)(#$2'(#$)':'@< L & 0}12& $#3QGL _ 0}='((3 ;:#)67C+8kSZ >I$B):)F)C2&7*(*4)*4#+),(GQW<Z}12& $#m }='((@#)#)+#$ _)67(5#::#+:.+8#-*+nzW t'+*2#(#$< =)$8$#)H#+'CH4)#;:#)67C+8VSqFC$I6/P J *C( QR0G HmG V 3J V ;:#)67C+8kSn J28#H*$2(:'C(#(4)#;:#)67C+8P J *C( QR0J VmG V 3G H QRL V G H ;:#)67C+8kSq 5*@#)L V 4#$N)+8'+8,,($*2),(< N)+#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ )+ 4)#,#$ O*+H)8C$'()*+ +#++( 2'+ B($*2SmB&'++C+8,5'+4:#$ 06C$$#+((*-*:('8#6*+-#$(#$3<")#1C,8'+8,,&'++C+8),(4',`$*4C/('C,4#2B($*24C$67 4#+O+*(#+&C+/(C+44#2GI6/HI7$C+8,5)4#$,('+4<"'4)#`7*(*4)*4##)+#+B($*2#$F#C8(A ),(4#$`7*(*,($*2L&4#$N)+8'+8,,($*2LV<")#;:#)67C+8:'C(#(P J*C(QRL&GHQRGL_GH ;:#)67C+8kSz National Instruments Corporation III-6

29 Halbleiterdioden LabVIEW - Demo 3.5: Eigenschaften eines Photometers bestehend aus Photodioden und einem Operationsverstärker _'4#+B)#4',_'@MLN=S`$*8$'22b`7*(*2#(#$<-)w-*+O'&)(#:k<M#$8#5),,#$+B)#,)67A 4',, 4#$ c`*5#$dsb67':(#$ #)+8#,67':(#( ),( C+4 4$I6/#+ B)# 'CH 4)# cgc+ds]',(#< ")#,# B)2C:'()*+ -#$'+,67'C:)67( 4)# `7*(*2#(#$SO#++:)+)# cj*c( )+ 1@7.+8)8/#)( -*+ 4#$ _)67()+(#+,)(.(d<"$#7#+B)#'2c_)87(L+(#+,)(^dS"$#7/+*&H< 1@@):4C+8kSnP_'@MLN=SB)2C:'()*+#)+#,#)+H'67#+`7*(*2#(#$,A@#,(#7#+4'C,#)+#2 %&#$'()*+,-#$,(.$/#$C+4#)+#$`7*(*4)*4# `7*(*4)*4#+,)+4'C67-*+4#$]#2&#$'(C$'@7.+8)8<>I$`$.F),)*+,2#,,C+8#+2C,,4#,7':@ 4)#]#2&#$'(C$/*+,('+(8#7':(#+5#$4#+< LabVIEW - Knacknuss: N$,(#::#+B)##)+_'@MLN=S`$*8$'22A4',4)#=#::#+:.+8#+'@7.+8)8/#)(4#$,&#F)H),67#+ N2&H)+4:)67/#)(G4#$B)2C:'()*+'C,"#2*k<Z#+(7.:(<L2,)67(@'$#+9#$#)67),(GC+8#H.7$ :)+#'$ C+4 7'( C+8#H.7$ 4)# =#$(# W<Z }1m}= )2 4C+/#:$*(#+ 9#$#)67 0nzW +23 C+4 W<Vl }1m}=)24C+/#:-)*:#((#+9#$#)670lWW+23< Laborversuch 3 Zielsetzung: "',g)#:4)#,#$e@c+8),(#,a#)+#+b67':(/$#),fc@'c#+a4#$4)#_)67()+(#+,)(.(2#,,#+/'++< National Instruments Corporation III-7

30 Halbleiterdioden Vorgehen: "#$ #)+#+ _> knz %&#$'()*+,-#$,(.$/#$A #)+#+ =)4#$,('+4A #)+# `7*(*4)*4#C+4F5#)B&'++C+8,[C#::#+<>'::,/#)+#`7*(*4)*4##$7.:(:)67,#)+,*::(#A/'++,)# 4C$67 #)+# _)87( N2)(()+8 ")*4# 0_N"3 #$,#(F( 5#$4#+< _N", 4)#+#+ ':, #HH)F)#+(# _)67([C#::#+ HI$ B67':(C+8#+ )+ "C$67:',,$)67(C+8 C+4 /E++#+ HI$ B67':(C+8#+ *7+# '+8#:#8(#B&'++C+8*4#$)+B&#$$$)67(C+8':,`7*(*4)*4#+-#$5#+4#(5#$4#+< D)/$*'2& $#< =#++ G H Q V Do ),(A 4)# 1C,8'+8,,&'++C+8 4#, `7*(*2#(#$, #)+)8# M*:(< J+(#$,C67#+ B)# 4#+ B&'++C+8,'C,8'+8 5.7$#+4 B*++#+'CH8'+8 *4#$ B*++#+C+(#$8'+8< LabVIEW - Knacknuss: Geschwindigkeitsmessung im Dunkeln `:'(F)#$#+ B)# F5#) `7*(*2#(#$ kw D#(#$ -*$ #)+#$ B($',,#< =#++ #)+ >'7$F#C8-*$@#)H.7$(A,(#)8(4)#B&'++C+8,('$/'+<g#)67+#+B)#4)#8#2#,,#+#+B)8+':#'CH C+4 2#,,#+ B)# 4)# g#)( F5),67#+ 1C,,67:.8#+< =#++ 2'+ 4#+ 1@,('+4 ;#,675)+4)8/#)(4#,-*$@#)H'7$#+4#+>'7$F#C8#,< National Instruments Corporation III-8

31 Halbleiterdioden PC - Einsatz 3: I-U - Kennlinie einer Diode N)+# 8$'&7),67# "'$,(#::C+8 4#$ B($*2 S B&'++C+8, S OC$-# clsjd 8#+I8( FC$ 9#,()22C+8 4#,9#($)#@,@#$#)67#,-*+9'C(#):#+5)#")*4#+< ")# j*2&c(#$'c(*2'(),)#$c+8 #$:'C@( 4)# N$F#C8C+8 -*+ ]#,(,)8+':#+< "', N)+8'+8,,)8+': C+4 4)# 8#2#,,#+# 1+(5*$( /E++#+ '+8#F#)8( C+4 '+':^,)#$( 5#$4#+< L+ 4)#,#$ e@c+8 C+(#$,C67#+ 5)$ 4)# LSJ S O#++:)+)# #)+#$ ")*4# 2)( C+(#$,67)#4:)67#+ J28#@C+8,@#4)+8C+8#+0_)67()+(#+,)(.(C+4]#2&#$'(C$3< B('$(#+ B)# 4', _'@MLN= S `$*8$'22 b]#,(")*4#<-)w -*+ O'&)(#: k< ")#,#, #)+#+ 1C,8'+8,/'+': #)+#$ "1v S O'$(#A C2 #)+ ;:#)67,($*2,)8+': HI$ 4', 'C(*2'(),67#]#,(#+#)+#,")*4#+,67':(/$#),#,FC#$F#C8#+0.7+:)675)#)+1@@):4C+8kSl3< "#$1@(',(@#$#)67A4)#1@(',($'(#C+44)#1+F'7:]#,(&C+/(#/E++#+-*+4#$>$*+(S1+F#)8# 'C, #)+8#,(#::( 5#$4#+< g5#) N)+8'+8,/'+.:# 4#$ "1v S O'$(# 2#,,#+ 4#+ B($*2 C+4 4)# B&'++C+8 4#$ `7*(*4)*4#< "', `$*8$'22 F#)8( 4)# OC$-#+,67'$ )+ #)+#2 ")'8$'22< "$I6/#+ B)# 4)# cb'-# "'('d S ]',(#A C2 L7$# ]#,(2#,,C+8 )2 4*&&#:,#)()8#+ >*$2'( FC,&#)67#$+< M#$@)+4#+B)#4)#")*4#C+44#+,($*2@#8$#+F#+4#+=)4#$,('+42)(4#21C,8'+84#$"1v SO'$(#<L+4#+2#),(#+>.::#+2C,,4#$1C,8'+84#$"1vSO'$(#8#&CHH#$(5#$4#+A4'2)( 4#$ D'?)2':,($*2 )+ "C$67:',,$)67(C+8 +)67( I@#$,67$)((#+ 5)$4< =.7:#+ B)# #)+#+ =)4#$,('+4 ƒv /o HI$ #)+# )+ "C$67:',,$)67(C+8 -#$5#+4#(# ")*4#A C2 #)+# B&'++C+8 )++#$7':@VSZM*:(FC#$F#C8#+<"$I6/#+B)#'CH4)#cGC+dS]',(#C+4@#*@'67(#+B)#4#+ OC$-#+-#$:'CH< LabVIEW - Erweiterung: g#)67+#+ B)# 4)# LSJ S O#++:)+)#+ HI$ -#$,67)#4#+# ]#2&#$'(C$#+ 'CH< 9#+I(F#+ B)# #)+# _N"AC24)#)+B&#$$$)67(C+8-#$5#+4#(#`7*(*4)*4#FC@#:#C67(#+C+4F#)67+#+B)##)+)8# OC$-#+'CH< National Instruments Corporation III-9

32 Wechselstrom-Eigenschaften Kapitel 4: Wechselstrom - Eigenschaften des Operationsverstärkers L+ 4#+ -*$'+8#7#+4#+ O'&)(#:+ 5C$4# '+8#+*22#+A 4', N)+8'+8,,)8+':,#) /*+,('+( *4#$.+4#$# +C$,675'67< ")# 2#),(#+ '+':*8#+ B67':(/$#),# '$@#)(#+ 2)( =#67,#:,($*2< "', O:#)+,)8+':RM#$7':(#+),(#)+#4#$5)67()8,(#+N)8#+,67'H(#+4#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,<")# 1@7.+8)8/#)(4#$=#67,#:,($*2H$#[C#+F),('2@#,(#+)+#)+#29*4#S")'8$'22#$,)67(:)67< ")#M#$,(.$/C+8'CH4#$iS167,#C+44)#>$#[C#+F'CH4#$hS167,#,)+4:*8'$)(72),67 'CH8#($'8#+<"',:*8'$)(72),67#")'8$'22#$2E8:)67(#,A4)#M#$,(.$/C+8C+44)#>$#[C#+F I@#$ #)+#+ 5#)(#+ 9#$#)67 4'$FC,(#::#+< ")# M#$,(.$/C+8 1 4#$ *HH#+#+ B67:#)H# 5C$4# )+ H$I7#$#+O'&)(#:+':,M#$7.:(+),-*+1C,8'+8,,&'++C+8FC$N)+8'+8,,&'++C+84#H)+)#$(<"' 5)$;:#)67,($*2-#$5#+4#(#+A@#($C84)#>$#[C#+FWKFC+44#$N)+H:C,,4#$>$#[C#+F'CH 4)#M#$,(.$/C+84#$*HH#+#+B67:#)H#10W3H)#:5#8< ")#M#$,(.$/C+81/'++'C672)(K):H#4#$"#F)@#:,/':'':,t'C,8#4$I6/(5#$4#+P t0493qyw:*8 VW 0M *C( mm )+ 3QYW:*8 VW 013 ;:#)67C+8lSV N)+9#),&)#:P#)+(^&),67#$%&#$'()*+,-#$,(.$/#$2)(#)+#$%&#+_**&M#$,(.$/C+8-*+10W3Q VWWXWWW 7'( 4)# M#$,(.$/C+8 t0w3 Q VWW 49< "', 9*4# S ")'8$'22 HI$ #)+#+,*:67#+ %&#$'()*+,-#$,(.$/#$/E++(#H*:8#+4#$2',,#+'C,,#7#+P 1@@):4C+8lSVP9*4#S")'8$'22#)+#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$SB67':(/$#),#,2)(*HH#+#$ B67:#)H# ")# M#$,(.$/C+8 0VWW493 4#$ *HH#+#+ B67:#)H# ),( HI$ '::# C+8#H.7$ VW KF /*+,('+(< 9#) 7E7#$#+ >$#[C#+F#+ 7'@#+ )+(#$+# O*2&*+#+(#+A -*$ '::#2 O*+4#+,'(*$#+A 8$*,,#+N)+H:C,,'CH4)#>$#[C#+F'+(5*$(<"#+O+)6/@#)VWKF+#++(2'+jC(*HHS`C+/(H C < ")#>$#[C#+F/#++:)+)#+)22('@4#2jC(*HHS`C+/(H C 2)(RYW49m"#/'4#'@<J+(#$7':@-*+ H C ),(4)#1+(5*$(4#,%&#$'()*+,-#$,(.$/#$,C+'@7.+8)8-*+4#$>$#[C#+FC+4/'++2)(10W3 National Instruments Corporation IV-1

33 Wechselstrom-Eigenschaften *4#$ t0w3 5#$4#+A 5.7$#+4 4)# 1+(5*$( HI$ >$#[C#+F#+ H C,('$/ ),(< ")# 9= #)+#, M#$,(.$/#$, ),( 4#H)+)#$( ':, C RH V 3<9#'67(#+B)#A C <N)+#F5#)(#,&#F)#::# >$#[C#+FH C 8')+@'+45)4(739=0W4938#+'++(<L2*@#$#+9#),&)#::)#8(4)#,#$`C+/(@#)VXWWWXWWWKF< K)#$),(4)#N)+7#)(,-#$,(.$/C+8,@'+4@$#)(#9=0W493QH C >$#[C#+F#+ H C C+4 H C 0W493 4', `$*4C/( 'C, M#$,(.$/C+8 C+4 9'+4@$#)(# 0;9=Q8')+@'+45)(7&$*4C6(3#)+#O*+,('+(##$8)@(< 9#)H C P ;9=QVWWXWWW VWKFQVW n ;:#)67C+8lSY 9#)H C 0W493P ;9=QV VXWWWXWWWKFQVW n ;:#)67C+8lSk ")# B67+)((&C+/( '::#$ /*+,('+(#+ M#$,(.$/C+8,:)+)#+ 2)( 4#$ 1+(5*$(/C$-# 5#),( 4)#,# N)8#+,67'H( 'CH< ")# O*+,('+(# ),( #)+# N)8#+,67'H( 4#, %&#$'()*+,-#$,(.$/#$,< J2 4)# >$#[C#+F 4#, *@#$#+ jc(*hh S +#8'()-#$ GI6/HI7$C+8 HI$ -#$,67)#4#+# M#$,(.$/C+8#+FC@#$#67+#+A:)#H#$(4)#,#9#F)#7C+8#)+#,67+#::#_E,C+8< LabVIEW - Demo 4.1: Ideale Frequenzkennlinie (open loop) _'4#+B)#4',_'@MLN=S`$*8$'22b9*4#V<-)w-*+O'&)(#:l<")#M#$,(.$/C+84#$*HH#+#+ B67:#)H#@#($.8(VWW49<")#>$#[C#+F4#,*@#$#+jC(*HHS`C+/(#,:)#8(@#)VWKF<"$I6/#+ B)# 4)# cgc+ds]',(#a C2 4', 9*4#S")'8$'22 FC #$,(#::#+< J+(#$,C67#+ B)# 4', )4#':# 9*4#S")'8$'22A )+4#2 B)# 4)# M#$,(.$/C+8 4#$ *HH#+#+ B67:#)H# C+4 4#+ jc(*hh S `C+/( -#$.+4#$+< R3 db Cutoff - Punkt N)+#8#+'C#$#"#H)+)()*+4#,jC(*HHS`C+/(#,:)#H#$(4)#>$#[C#+FA4#$#+M#$,(.$/C+87':@,* 8$*,, ),( 5)# 1 0W3A 4', 7#),,(A 5#++ 0M *C( m M )+ Q VmY3< L+ "#F)@#: 'C,8#4$I6/( :'C(#( 4)# ;:#)67C+8P t0493qyw:*8 VW 0VmY3QRk49 ;:#)67C+8lSl 9#) #)+#2 %&#$'()*+,-#$,(.$/#$ 2)( t Q VWW 49 :)#8( 4)# >$#[C#+F 4#, *@#$#+ jc(*hhs`c+/(#, 4*$(A 5* 4)# M#$,(.$/C+8 'CH 0VWWRk3Q{q49 8#H'::#+ ),(< L2 National Instruments Corporation IV-2