Wirtschaftsingenieurwesen Grundlagen der Elektronik und Schaltungstechnik Prof. Dr. Ing. Hoffmann Übung 5 Operationsverstärker Übungstermin 21.06.2018 A1/Ü5: Die Aufgabe 1 von Übungsblatt 5 wird von jedem Studenten im Selbststudium erarbeitet. Zu diesem Übungstermin werden auch bisher nicht gelöste Aufgaben aus den vorhergehenden Übungen bearbeitet. Beachten Sie zu den Aufgaben die zusätzliche Angabe des Übungsblattes. Gruppe 1 Set 01 Set 02 Set 03 Set 12 Set 05 Set 06 Aufgabe Ü3/A1 Ü3/A2 Ü4/A3 Ü4/A5 Ü4/A4 siehe Set 03 Gruppe 2 Set 07 Set 08 Set 09 Set 10 Set 11 Set 04 Aufgabe Ü4/A5 Ü4/A5 Ü4/A3 Ü4/A4 siehe Ü3/A5 Set 09 Übung 5 EL&ST WI Stand 06/2018 1
Aufgabe 1: Grundschaltungen des OPV Benennen Sie die folgenden Grundschaltungen. Skizzieren Sie die statische Übertragungskennlinie unter Berücksichtigung der konkreten Beschaltung. Gehen Sie dabei von einer symmetrischen Betriebsspannung UB = ± 16V aus. Wie groß sind die Ausgangsspannungen der dargestellten Verstärker nach Betrag und Vorzeichen? a) Ue = 2 V, R1 = 10 kω, R2 = 50 kω b) Ue = 2 V, R1 = 10 kω, R2 = 50 kω c) Ue+ = Ue- = 2 V, R1 = 10 kω, R2 = 50 kω; R3 = 10 kω, R4 = 50 kω Übung 5 EL&ST WI Stand 06/2018 2
Aufgabe 2: Anwendungen des OPV Basierend auf den Grundschaltungen kann der OPV durch geeignete Wahl der äußeren Beschaltung für zahlreiche weitere Anwendungen spezifiziert werden. a) Nennen Sie die Ihnen bekannten Anwendungen bzw. erweiterte Grundschaltungen des OPV. b) Am Eingang eines dynamisch beschalteten Operationsverstärkers liegt die dargestellte, nicht periodische Eingangswechselspannung an. Wie lauten die Bezeichnung und die allgemeine Übertragungsfunktion der Schaltung? Berechnen Sie die Größe der Ausgangsspannung und zeichnen Sie den Verlauf in das vorbereitete Diagramm ein. Hinweis: Zum Zeitpunkt t = 0 soll die Ausgangsspannung Null Volt betragen. Übung 5 EL&ST WI Stand 06/2018 3
Aufgabe 3: Schaltungen mit OPVs Übung 5 EL&ST WI Stand 06/2018 4
Aufgabe 4: Dynamisches Verhalten des OPV Gegeben ist der durch eine Messung ermittelte Frequenzgang der Leerlaufversstärkung V o eines offenen Operationsverstärkers (OPV ohne Gegenkopplung) in Dezibel. Für die Differenz Eingangsspannung soll gelten u D (t)=û D sin(ωt). Für die resultierende Ausgangsspannung folgt u A (t)=û A sin(ωt+φ). a) Bestimmen Sie anhand des gegebenen Frequenzganges die untere Grenzfrequenz f u des OPV. Wie ist die untere Grenzfrequenz definiert? Welches Verhältnis Û A / Û D gilt für ein Eingangssignal der Grenzfrequenz f u? b) Bestimmen Sie anhand des gegebenen Frequenzganges die obere Grenzfrequenz f g0 des OPVs im Leerlauf. Wie ist die obere Grenzfrequenz definiert? Welches Verhältnis Û A / Û D gilt für ein Eingangssignal der Grenzfrequenz f g0? c) Bestimmen Sie anhand des gegebenen Frequenzganges die Transitfrequenz f T des OPV. Wie ist die Transitfrequenz (auch bezeichnet als Durchtrittsfrequenz f D ) definiert? Welches Verhältnis Û A / Û D gilt für ein Eingangssignal mit der Transitfrequenz f T? d) Wie groß ist die Bandbreite des offenen OPV? Der OPV wird nun als nicht invertierender Verstärker mit einer Verstärkung von V = 20dB betrieben. Für die Eingangspannung gilt u e (t) = Û e sin(ωt). e) Wie groß ist nun die Bandbreite des rückgekoppelten OPV? f) Bestimmen Sie Û A für folgende Eingangssignale: 1) u e (t)=1v sin(2 π 0Hz t) 2) u e (t)=1v sin(2 π 100kHz t) 3) u e (t)=1v sin(2 π 133kHz t) Leerlaufversstärkung Vo in db Frequenz f in Hz Übung 5 EL&ST WI Stand 06/2018 5