1 Theorie 1 + T UV. v Abb. 1 : Regelkreis und OP. Abb. 2 : Operationsverstärker und Anschlussbelegunen

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1 Theorie In der Technik werden häufig egelkreise zur Einstellung von Ausgangsgrößen (Weg, Temperatur, Kraft usw.) eingesetzt, bei denen ein Teil des erreichten Ist-Wertes zurückgeführt und mit einem Soll-Wert verglichen wird. Istwert = Sollwert T UV + T U Abb. : egelkreis und OP In einem Operationsverstärker, wie in Abb., ist ein Teil dieses egelkreises in einem Bauteil zusammengefasst. Aufgrund der hohen Verstärkung TUV werden die wirksamen Eigenschaften der Schaltung durch die externe ückkopplung TU bestimmt. Abb. 2 : Operationsverstärker und Anschlussbelegunen v

2 Der Operationsverstärker (OP für operational amplifier), ist ein Gleichspannungsverstärker mit großer Differenzverstärkung. Die integrierten OP leiten sich aus den echenverstärkern der Analogrechentechnik ab. In Prinzipschaltungen werden die im Abb. 2 (noch) gezeigten Anschlüsse für Versorgungsspannung zur Vereinfachung häufig nicht mitgezeichnet, somit kann ein OP nicht prinzipiell als Knotenpunkt betrachtet werden (Knotenpunktregel bzw.. Kirchhoffsches Gesetz gelten dann nicht).. Betriebsarten des Operationsverstärkers.. Nichtinvertierender Betrieb (Elektrometerverstärker) Abb. : OP im nichtinvertierenden Betrieb In Abb. liegt der nichtinvertierende Betrieb vor. In dieser Konstellation wird die Eingangsdifferenzspannung (hier gleich der Spannung zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse) verstärkt. Es gilt: ua = VuD up. Anm.: Streng genommen wäre hier die komplexe Spannungsübertragungsfunktion TuD an Stelle des Betrags der Differenzverstärkung VuD einzusetzen gewesen. Im Normalbetrieb des Operationsverstärkers (weit unterhalb der Grenzfrequenz) darf auf Grund des vernachlässigbaren Phasengangs auch der Betrag der Differenz- Spannungsübertragungsfunktion (VuD oder V0) verwendet werden...2 Invertierender Betrieb (Umkehrverstärker) Abb. : OP, invertierender Betrieb Der prinzipielle Aufbau des invertierenden Betriebs ist in Abb. zu sehen. Es gilt: ua = - VuD un. Die Ausgangsspannung wird in Bezug auf die Eingangsspannung invertiert und verstärkt. So hat man am Ausgang eine Phasenverschiebung von 80, die bei der Auslegung der ückkopplung berücksichtigt werden muss. 2

3 .. Differenzverstärkung (differential mode gain) Abb. 5 : OP, Differenzbetrieb Allgemein sind Operationsverstärker Differenzverstärker, die eine am Eingangstor auftretende Differenzspannung verstärken. Bei der Differenzverstärkung gilt ud = up - un und ua = VuD (up - un) = VuD * ud (idealer Verstärker) auch wenn up, un >> ud. Die dazugehörige Schaltung ist in Abb. 5 zu sehen... Gleichtaktverstärkung (common mode gain) Abb. 6 : OP, Gleichtaktbetrieb Wenn an beiden Eingangspins des OPVs die gleiche Spannung (Betrag und Phase) anliegt, spricht man vom Gleichtaktbetrieb. Die einfachste From einen Gleichtaktbetrieb zu realisieren ist ein Kurzschluss am Eingang. Beim idealen Verstärker ist im Gleichtaktbetrieb (Abb. 6) wegen ud = 0 V zwangsläufig ua = VuD ud = 0 V..2 Idealer und realer Operationsverstärker Operationsverstärker können nicht beliebig hohe Spannungen verstärken. Allgemein gilt, dass die maximal erreichbare Ausgangsspannung auf grund der internen Beschaltung nicht größer als die Versorgungsspannung werden kann. In der Praxis liegt die maximal erreichbare Ausgangsspannung ca. V unter der Versorgungsspannung. Dies gilt für beide Halbwellen. Wird, bei konstanter der Verstärkung, das Eingangssignal zu groß, werden die Halbwellen abgeschnitten (vgl. Abb. 7 ).

4 Abb. 7 : a) lineare Verstärkung b) nichtlineare Verstärkung (nichtlineare Verzerrung des verstärkten Eingangssignals) Der reale Verstärker weicht in seinen Daten davon ab. Im Folgenden sind diese Daten für den (realen) Typ 7 den idealen Daten gegenübergestellt. Tabelle : Vergleich idealer und realer Operationsverstärkereigenschaften. Idealer OP Op. µa 7 Differenzverstärkung (large signal voltage gain) Differenz-Eingangswiderstand (input resistance) V UD 0,5,6 0 5 D 0,8...2,5 MΩ Ausgangswiderstand (output resistance) A 0 00 Ω (Eingangs-) Offsetspannung (input offset voltage) Offsetspannungsdrift (Input Offset Voltage Drift) Mittlerer Eingangsruhestrom (input bias current) U O 0 5 mv du O / dt 0 0 µv / K I B = 0,5 ( I PO + I NO ) na Eingangs-Offsetstrom (input offset current) I 0 = I PO - I NO 0 25 na Gleichtaktunterdrückung (common mode rejection ratio) CCCCCCCC = 20 llllll 0 VV UUUU VV UUUU 0 90 db (Maximale) Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung (slew rate) du rs= dt A max 0,5 V / µs Transitfrequenz (unity gain bandwidth) f T MHz Bestimmte Daten von Operationsverstärkern können dem Idealverhalten sehr nahe kommen. Operationsverstärker mit FET-Eingangsstufe können z.b. E = 0 2 Ω, rs = 000 V/µs oder

5 ft =.5 GHz haben. Auch die Verstärkungskennlinie weicht von der idealen Verstärkungskennlinie ab (siehe Abb. 8): Abb. 8 : Beispiel einer Verstärkungskennlinie (VKL) Daten der VKL Verstärkerkennlinie aus Abb. 8: UDmax =,0 mv; UDmin = -,0 mv; U = V; UAmin = - V; V0 =, 0. Komparatoren Abb. 9 :Komparator-Kennlinie Die Steigung V0 der Verstärkungskennlinie im linearen Bereich (siehe Abb. 8, zw. ca. - mv und mv) ist ein Maß für die Leerlaufverstärkung. Bei sehr großer Verstärkung ergibt sich eine Kennlinie nach Abb. 9, d.h. es wird ua = U für ud > 0 und ua = UAmin für ud < 0. Die Schaltung spricht auf kleine Spannungsdifferenzen ud = up - un. an. Sie eignet sich also zum Vergleich der beiden Eingangsspannungen up und un bzw. der Spannung ud mit 0 V (wenn UO = 0 V). 5

6 Abb. 0 : Nichtinv. Komparator mit zugehöriger VKL Abb. : Inv. Komparator mit zugehöriger VKL Je nachdem an welchen Eingang des OP (invertierend oder nicht invertierend) das zu vergleichende Signal gelegt wird, gibt es invertierende und nicht invertierende Komparatoren. Dabei muss die Bezugsschwelle, bei der ein Komparator zwischen U und UAmin umschaltet, nicht bei 0 V liegen. Abb. 0 zeigt dazu den nichtinvertierenden Komparator mit der zugehörigen VKL und Abb. für den invertierenden Komparator - beide jetzt mit zusätzlicher Offset- bzw. Vergleichsspannung U. Komparatoren haben ein weites Anwendungsgebiet in der Elektronik, technik, z.b. als Schwell-wertschalter, Impulsformer, Impulsgenerator oder Fensterdiskriminator. Wenn man beim invertierenden Komparator nach Abb. einen Teil der Ausgangsspannung ua auf den Eingang zurückführt, erhält man einen Komparator mit Schalthysterese UH wie in Abb. 2 (Schmitt-Trigger). Abb. 2 : Komparatorschaltung mit Hysterese (Inv. Schmitt-Trigger) und VKL 6

7 Diese Form der ückführung der Ausgangsgrößen auf den Eingang nennt man ückkopplung. Die Schalthysterese hat den Vorteil, dass dem Eingangssignal überlagerte, kleine Störungen (auschen) nicht zu Fehlschaltungen des Komparators führen. Die Hysteresespannung ergibt sich für U 0 folgendermaßen: Ausgehend von einer positiven Eingangsspannung ue, die = zum Durchschalten des Ausgangs auf UAmin geführt hat, ergibt sich am positiven Eingang des OPs eine Spannung von U Amin. + Diese Spannung ist negativ, weil UAmin < 0 V. Um einen Wechsel des Ausgangssignals von UAmin zu U zu erzeugen, muss die Differenzspannung ud positiv sein, die Eingangsspannung ue also vom Betrag her über diesen Wert steigen und dabei dann natürlich negativ sein. Dieser Wert der Eingangsspannung wird als ueauf bezeichnet und berechnet sich nach ueauf = U Amin. + Nach dem Wechsel des Ausgangs auf U liegt die (positive) Spannung U + am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers. Ein erneutes Kippen der Ausgangsspannung geschieht bei einer Eingangspannung ueab = U. + Die bisher nicht betrachtete Spannung U gestattet das Aufprägen eines Offsets, so dass sich die Hysterese nicht symmetrisch um 0 V herum, sondern um U befindet. Für die Hysteresespannung selbst gilt: U H = ( U U Amin ). + Abb. : Komparatorschaltung mit Hysterese (Nicht inv. Schmitt-Trigger) Ein Komparator kann auch nichtinvertierend arbeiten (s. Abb. ). Die folgende Beschreibung geht zunächst ebenfalls von U = 0 V aus: Legt man eine große, positive Eingangsspannung an, so liegt am Ausgang die maximale, positive Ausgangsspannung U. Eine erneute Änderung des Ausgangs-zustandes wird erst dann erreicht, wenn ud = 0 V ist. Dies sei bei 7

8 ue = ueab der Fall und dann gilt: ueab U i = und i =. Da der Eingangswiderstand der OPs gegen strebt, ist in diesem Moment folgt: ueab U = ueab = U. i = i, woraus Beim Durchlaufen dieser Spannung kippt die Ausgangsspannung auf -UAmin und bleibt dort, bis erneut (dieses Mal in ichtung positiverer Spannungen) bei ue = ueauf die Spannung ud gleich 0 V wird. In diesem Moment gilt analog zum gerade Hergeleiteten: ueauf U Amin = ueauf = U Amin und für die Hysterese: U H = ( U U Amin ). Die Spannung U hat identische Auswirkungen wie bereits oben beschrieben.. Weiterreichende Betrachtungen zum nichtinvertierenden Schmitt-Trigger Die Arbeitsgerade der Schaltung kann durch eine Knotenanalyse am positiven Eingang des OPs ermittelt werden, denn für den Knoten P gilt: ue up up ua = Wegen up = ud + U gilt dann: + ua = ( ud + U) ue und mit ud 0V vereinfacht sich diese Gleichung zu: + ua = U ue. 8

9 Abb. : Entstehung der Schalthysterese bei einer nichtinvertierenden Mitkopplungsschaltung. a) Nichtinvertierende Mitkopplung eines Operationsverstärkers b) stabile und instabile Arbeitspunkte c) Übertragungsverhalten (Schalthysterese) Es existiert also eine Arbeitsgeradenschar mit ue als Scharparameter. Eine typische Arbeitsgerade zeigt Abb. b). Bei allen Arbeitsgeraden, die drei Schnittpunkte mit der VKL bilden, ist der mittlere Schnittpunkt nicht stabil, da geringfügige Änderungen von ud hier bereits große Auswirkungen auf ua haben, welche durch die Mitkopplung zudem zusätzlich verstärkt werden. Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Eingangsspannung zeigt die bereits erläuterten Hystereseeigenschaften (Abb. 5c). Ob z.b. im Fall rr = = bei ue = 0 V am Ausgang ua = U oder ua = UAmin wird, hängt vom Vorzustand ab: War zunächst ue = -20 V, so ist ua = UAmin. Erhöht man ue dann stetig auf 0 V, so bleibt diese Spannung bestehen, bis ue = +5 V überschritten wird. Erst dann springt die Ausgangsspannung auf ua = +5 V. Löst man die oben genannte Gleichung + ua = U ue nach ue auf, so ergibt sich u = +. E U ua Setzt man hier die Spannungswerte in den Umschaltmomenten ein, so erhält man die zum Dimensionieren der Schaltung evtl. nützlichen Gleichungen: ueauf + U U Eab + U = Amin sowie u = U 9

10 Subtrahiert man diese Gleichungen voneinander, erhält man eine Bestimmungsgleichung für das Widerstandsverhältnis: ueauf ueab =. U U Amin Auflösen beider Gleichungen nach /und anschließendes Gleichsetzen ergibt eine Bestimmungsgleichung für U: U u U u U =. Eauf Eab Amin U U u Amin + ueauf Eab Abb. 5 : Umkehrverstärker, invertierender Verstärker.5 Umkehrverstärker Operationsverstärker werden in der egel mit Gegenkopplungsschaltungen betrieben. Beim Umkehrverstärker wird das Ausgangssignal über 2 auf den invertierenden Eingang gelegt. Durch die Gegenkopplung ergibt sich eine Verstärkungsbegrenzung, die aber gleichzeitig auch eine Verstärkungsstabilisierung bewirkt. Solange die durch die Gegenkopplung eingestellte Verstärkung VU klein gegenüber der Leerlaufverstärkung bleibt, wird VU weitgehend unabhängig von Schwankungen von V0, die sich z.b. in Abhängigkeit von der Temperatur oder der Betriebsfrequenz ergeben können, bleiben. Auch hier kann über eine Betrachtung der Ströme im Punkt N zunächst die Arbeitsgerade u E + ud ua + ud ermittelt werden: = Es folgt: u A = ud ue. Im Bereich linearer Verstärkung gilt: ud = u + 2 A 2 A = ue. V0 u 2 u V A 0 und somit wird A Löst man diese Gleichung nach V UD = u auf, so erhält man: ue 0

11 VV UU = uu AA uu EE = VV 0 geht man dann vom idealen Verstärker V0 bzw. V0 >> 2/ aus, so ergibt sich damit die Verstärkung zu ua 2 VU = ue..6 Kombination von invertierender und nichtinvertierender Gegenkopplung Beschaltet man beim Umkehrverstärker den nichtinvertierenden Eingang wie im Abb. 6 gezeigt mit dem Spannungsteiler aus und so erhält man einen Subtrahierer. E Abb. 6 : Subtrahierer 2 Es gilt u ( u u ) A = E E0, wenn 2 =. Abb. 7: Bipolares Koeffizientenglied Wenn man nun auch noch mit Punkt E verbindet, so hängt es von den Teilerverhältnissen und ab, ob invertierendes oder nichtinvertierendes Gegenkopplungsverhalten überwiegt.

12 Bei dieser Schaltung kann positive oder negative Verstärkung auftreten, aber der Höchstwert der Verstärkung kann den Wert nicht überschreiten. Beim bipolaren Koeffizientenglied (Abb. 7) ist diese Einschränkung durch den zusätzlichen Widerstand 5 nicht mehr vorhanden..7 Operationsverstärker als aktiver Filter Ein häufiger Anwendungsfall für Operationsverstärker in der egelungs-, Mess- und Nachrichtentechnik sind aktive Filterschaltungen. Im Gegensatz zu passiven Filtern können die Signale mit aktiven Filtern zusätzlich verstärkt werden. Zudem gibt es durch den hohen Eingangswiderstand und den niedrigen Ausgangswiderstand kaum Einfluss auf andere Komponenten im Signalweg. Ein aktiver Tiefpass. Ordnung ist in Abbildung 8 dargestellt. Abb. 8: Aktiver Tiefpass. Ordnung.8 Frequenzgangkompensation bei Operationsverstärkern Durch die vielen internen Transistorstufen und den dadurch entstehenden parasitären Kapazitäten, verhält sich ein OPV wie ein Tiefpass mit hoher Ordnung. Dieses unerwünschte Frequenzverhalten führt zu einer zunehmenden Phasenverschiebung bei höheren Frequenzen. Bei hohen Frequenzen können dadurch Phasenverschiebungen von 80 und mehr auftreten. Dies ist gerade aufgrund der hohen Verstärkung der OPVs kritisch, da dann eine Verstärkung >= bei einer Phasenverschiebung von 80 auftreten kann. esultat ist eine Mittkopplung, durch die unerwünschte Oszillationen auftreten können. Es muss also schaltungstechnisch dafür gesorgt werden, dass der OPV bei einer Phasenverschiebung von 80 eine Verstärkung von <= aufweist. Bei kompensierten Operationsverstärkern wird eine Frequenzgangskompensation dadurch erreicht, dass intern über eine dominierende Kapazität gekoppelt wird. Bei unkompensierten OPVs muss diese Kompensation extern, mit einem Kondensator oder einem C-Glied erfolgen. 2

13 Hinweis: Beim Versuch können Sie teilweise mit einem Digitaloszilloskop arbeiten. Bringen Sie daher bitte unbedingt einen leeren USB-Stick zum Speichern der Verläufe mit. 2 Vorbereitungsaufgaben Folgende Aufgaben müssen vor Versuchsbeginn bearbeitet werden. Sie dienen als Hilfsmittel zur Durchführung des Versuches und der Kontrolle Ihrer Vorbereitung. 2. Simulation von Operationsverstärkerschaltungen Simulieren Sie mit PSPICE mindestens zwei Operationsverstärkerschaltungen Ihrer Wahl aus den Aufgaben. bis.. Die Eingangsspannungen sollten so gewählt werden, dass die Simulations-ergebnisse mit den Ergebnissen aus der Durchführung vergleichbar sind. Eine jeweils sinnvolle Wahl bleibt Ihnen überlassen (Achten Sie auf eine gute Darstellbarkeit!). Diese Vorbereitungsaufgabe dient auch dem Verständnis zur Erzeugung der notwendigen symmetrischen Versorgungsspannung für einen Operationsverstärker. 2.2 Dimensionierung eines aktiven TP.Ordnung Dimensionieren Sie den aktiven Tiefpass aus Abb. 8 für eine maximale Verstärkung von -5 und eine Grenzfrequenz von 800 Hz. Gegeben ist ein Eingangswiderstand von kω. Bei der Auswahl der Werte müssen Sie Einschränkungen durch eine E-eihe nicht berücksichtigen, da Sie in der Versuchsdurchführung beide gesuchten Bauteile durch Dekaden realisieren.

14 2. Dimensionierung eines nichtinvertierenden Verstärkers echerchieren Sie den Aufbau eines nichtinvertierenden Verstärkers und Entwerfen Sie einen solchen mit dem OP TL08 und zwei Widerständen. Einer der beiden Widerstände ist mit 00 Ω konstant, der andere soll berechnet werden. Berechnen Sie den jeweils anderen Widerstände, die größer als 500 Ω sein soll, damit Sie Verstärkungen von 20, 0 und 60 db erhalten. Bei der Auswahl der Werte müssen Sie Einschränkungen durch eine E-eihe ebenfalls nicht berücksichtigen Versuchsdurchführung Verwendete Geräte: Funktionsgenerator Keysight 500B Digital-Oszilloskop Keysight DSOX 2002A Spannungsversorgung PeakTech 65 Digitalmultimeter Keysight 6A Verwendete Bauteile: IC: µa7, IC2: TL08, = P = P2 = 0 kω, = 7 kω, = kω, 5 = 0 kω, 2 = 7 kω, vier,7 kω-widerstände, zwei 00 Ω-Widerstände. Allgemeine Hinweise Der Operationsverstärker ist bei allen Versuchsteilen mit UB = ± 5 V zu versorgen. Die Notwendigen Versorgungsspannungen (auf Massebezug achten) erzeugen Sie mit der Spannungsversorgung PeakTech 65. Wenn nicht anders angegeben, verwenden Sie jeweils ein sinusförmiges Eingangssignal mit uˆ = V bei einer Frequenz von khz. Das Eingangssignal erzeugen Sie mit dem Funktionsgenerator 500B von Keysight. Kontrollieren Sie das Eingangssignal am Oszilloskop und stellen Sie die Eingangsspannung entsprechend ein. Speichern mit dem Oszilloskop Nachdem der USB-Stick erkannt wurde, können die Bilder mit zwei Tastendrücken gespeichert werden. Nach Drücken der Taste Save/ecall gelangt man in das Speichermenü in dem das Bild sofort mit dem Softkey Durch Drücken Speichern gespeichert werden kann. Durch Betätigen des Softkeys Speichern im gleichen Menü, können die Einstellungen beim Speichern verändert werden (Ausgabeformat, Speichermedium). Achten Sie bitte darauf, dass im Speichermenü als Format die Option PNG oder BMP ausgewählt ist und im Untermenü Settings die Option Invert Grat aktiviert ist. Bei Unsicherheit fragen Sie einen Laborbetreuer.

15 Einstellen des XY-Betriebes zur Aufnahme der Verstärkerkennlinien Um bei dem Oszilloskop in den XY-Betrieb zu wechseln, müssen Sie im oberen, grau hinterlegten Menüfeld auf die Taste Horiz drücken. Im Anschluss können Sie durch Bestätigen des Softkeys Zeitmodus am unteren and des Bildschirms die Betriebsart wechseln. Aufnahme von Frequenzgängen mit dem Digitaloszilloskop Um mit dem Oszilloskop die Frequenzgänge aufnehmen zu können, muss der interne Funktionsgenerator des Oszilloskops (Wavegen ) als Signalquelle verwendet werden. Weiterhin sind folgende Einstellungen am Oszilloskop vorzunehmen: Nach Drücken der Taste Analyze kann mit den Softkeys als Merkmal die Option Leistungsanwendungen ausgewählt werden. Anschließend muss mit dem danebenliegenden Softkey Analyse die Analyseart egelkreisverhalten (Bode) ausgewählt werden. Wird danach der Softkey Setup & Anwendungen gedrückt, können die Einstellungen für die Frequenzganganalyse vorgenommen werden. Für einen Frequenzsweep müssen Sie den Frequenzmodus Wobbelung einstellen. Mit den weiteren Optionen können Sie Start- und Stopfrequenz, sowie die Anzahl der Punkte pro Dekade eintellen. Als erwartete Schaltungs-impedanz sollten Sie immer Hoch-Z, für eine hohe erwartete Eingangsimpedanz, einstellen. Starten Sie die Messung durch Drücken des Buttons Anwenden. Speichern Sie das Ergebnis als Format egelkreis im Speichermenü. Dadurch werden die Messergebnisse als.csv-datei gespeichert. 5

16 . Umkehrverstärker Bauen Sie mit IC, und ( im ückkopplungszweig) einen Umkehrverstärker auf. Stellen Sie zunächst ue und ua und anschließend die Verstärkungskennlinie auf dem Oszilloskop dar. Speichern Sie die Verläufe des Y(t) und des XY-Betriebes auf dem USB-Stick..2 Nichtinv. Schmitt-Trigger Bauen Sie mit IC, P und P2 einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger nach Abb. 9 auf. Stellen Sie für eine Offsetspannung von uoffset = -2 V und eine Hysteresespannung uh = 2 V zunächst ue (t) und ua (t) und anschließend die Verstärkungskennlinie auf dem Oszilloskop dar. Speichern Sie hier ebenfalls beide Darstellungen auf dem USB-Stick.. Subtrahierer Abb. 9: Nichtinv. Schmitt-Trigger Abb. 20: Subtrahierer Bauen Sie mit IC und vier,7 kω-widerständen einen Subtrahierer wie in Abb. 20 auf. Erzeugen Sie als ue eine Gleichspannung von +2,5 V (niederohmiger Spannungsteiler aus zwei 00 Ω-Widerständen) und als ue2 eine sinusförmige Spannung mit uu = 2,5 V an. Stellen Sie ue2 und ua auf dem Oszilloskop dar und speichern Sie die Darstellung. 6

17 . Bipolares Koeffizientenglied Abb. 2: Bipolares Koeffizientenglied Bauen Sie das in Abb. 2 gezeigte bipolare Koeffizientenglied mit dem IC auf (das Potentiometer P ersetzt in diesem Versuchsteil die in Abb. 7 gezeigten Widerstände und ). Stellen Sie die Verstärkungs-kennlinie auf dem Oszilloskop dar und beobachten Sie deren Änderung, während Sie die Schleiferstellung von P verändern. Speichern Sie für einen Fall der Übersteuerung die Verstärkungskennlinie sowie die zugehörigen Spannungen ua und ue..5 Aufnahme des Frequenzganges eines aktiven Tiefpassfilters Messen Sie den Amplituden- und Phasenfrequenzgang des von Ihnen dimensionierten Tiefpasses nach V 2.2. Messen Sie den Frequenzgang im Bereich zwischen 20 Hz bis 0 khz, mit einer Auflösung von 20 Punkten pro Dekade und einer Eingangsspannung von 2 V (Sp- Sp)..6 Bestimmung von OP Daten.5. Bestimmung der Flankensteilheit (slew rate) Bauen Sie einen Schmitt-Trigger mit im Eingang und in der ückkopplung auf. Legen Sie an den Eingang eine echteckspannung von f = 0 khz und u ˆ = V und geben Sie ue und ua auf das Oszilloskop. Wählen Sie eine geeignete Zeitablenkung, stellen Sie die Signale dar (Ausdruck) und bestimmen Sie aus den Schirmbildern die slew-rate der OP. Führen Sie diese Messung bei beiden Operationsverstärkern durch..5.2 Bestimmung der Frequenzgänge der Operationsverstärker Messen Sie den Frequenzgang des nichtinvertierenden Verstärkers für die drei Verstärkungen von 20, 0 und 60 db. Nutzen Sie den TL08. Nehmen Sie zum Vergleich den Frequenzgang eines nichtinvertierenden Verstärkers auf, den Sie mit dem ua7 realisieren und der eine Verstärkung von 0 db aufweist. Messen Sie bei allen Frequenzgänge im Bereich von 20 Hz bis 0 MHz, mit einer Genauigkeit von 0 Punkten pro Dekade und einer Eingangsspannung von 0 mv (Sp.-Sp.). 7 E

18 Auswertung. Funktion der Operationsverstärkerschaltungen Stellen Sie alle aufgenommenen Funktionsverläufe übersichtlich dar, erläutern Sie die Verläufe und diskutieren Sie evtl. aufgetretene Abweichungen zu Ihren Simulationsergebnissen aus der Vorbereitung..2 Einsatzmöglichkeiten für den Schmitt-Trigger Erläutern Sie einige (min. zwei) praktische Beispiele, bei denen die Verwendung eines Schmitt- Triggers sinnvoll sein kann.. Frequenzgänge der TP-Schaltung Stellen Sie den Amplituden- und den Phasenfrequenzgang Ihres Tiefpasses aus der Durchführung.5 dar. Bestimmen Sie die Grenzfrequenz und markieren Sie diese.. Darstellung der Frequenzgänge von Operationsverstärkern Stellen Sie den Amplituden- und Phasenfrequenzgang des TL08 bei den drei geforderten Verstärkungen in zwei Diagrammen dar. In einem Diagramm sollen die drei Amplitudenfrequenzgänge, in dem anderen die drei Phasenfrequenzgänge skizziert werden. Ermitteln Sie im Amplitudenfrequenzgang grafisch die Frequenz, bis zu der die im Datenblatt angegebene Leerlaufverstärkung verstärkt werden kann. Nutzen Sie zur Interpolation die Amplitudenfrequenzgänge, die Sie bei den drei Verstärkungen aufgenommen haben. Vergleichen Sie die Amplitudenfrequenzgänge des TL08 und des ua7 bei einer Verstärkung von 0 db. Welche Angabe in den Datenblättern beschreibt den dargestellten Unterschied?.5 Gegenüberstellung der gemessenen OP-Daten Vergleichen Sie alle gemessenen OP-Daten aus Aufgabe.6 mit den Sollwerten aus den Datenblättern und diskutieren Sie evtl. aufgetretene Abweichungen. Literaturverzeichnis: [] U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, 5. Aufl., Springer-Verlag 206 [2] H. Clausert, G. Wiesemann: Grundgebiete der Elektrotechnik, 0. Aufl., Oldenbourg- Verlag 20 8