Bild: TLC272 10 Ω 1 kΩ 1 kΩ 100 kΩ
Versuch 09: Der Operationsverstärker
Wichtige Eigenschaften des realen Operationsverstärkers werden messtechnisch untersucht.
Bauen Sie die Schaltung nach obigem Bild auf dem Electronic Explorer Board zur Untersuchung des Operationsverstärkers auf.
Verbinden Sie -VDD mit VP- und +VDD mit VP+ und legen Sie -9 V und +9V an.
Schliessen Sie SCOPE1DC und SCOPE2DC an die Punkte uD100 und uA. Schliessen Sie SCOPE3DC an AWG1, u1 an.
Die Spannung uD ist so klein, dass Sie nicht direkt gemessen werden kann. Sie wird mit Hilfe der Spannung OSC1 mit der Spannungsteilerformel berechnet und kann mit Hilfe der Mathematikfunktion M1 = C1 / 1010 * 10 dargestellt werden.
Stellen Sie im Funktionsgenerator AWG1 eine 1kHz Sinusspannung mit 500mV Amplitude und 0V Offset ein.
Funktion des Operationsverstärkers
Stellen Sie nun die Funktionsweise des Operationsverstärkers mit dem Oszilloskop dar.
Aktivieren Sie auch die xy Darstellung von Ua über UD100. Beobachten Sie bei einer grossen Amplitude von AWG1 die Begrenzung des Ausgangssignals.
Fügen Sie hier einen Screenshot der zeitlichen Messung mit OSC1, OSC2, OSC3 und M1 und der xy Darstellung von OSC2 über M1 ein .
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Frequenzgang
Bestimmung der Differenzverstärkung \( v_D = \frac{u_A}{u_D} \)
und \( v_{D1} = \frac{u_A}{u_{AWG1}} \)
für die in der folgenden Tabelle gegebenen Frequenzen.
Anstelle der sehr kleinen Differenz-Eingangsspannung uD(t)
wird die Amplitude der Spannung uD100(t) mit OSC1 gemessen.
Stellen Sie am Funktionsgenerator AWG1 die Amplitude so ein,
dass das Ausgangssignal immer noch sinusförmig ist
und nicht abgeschnitten wird und eine möglichst große Amplitude hat.
Die Amplitude wird also je nach Verstärkung bei den einzelnen Messpunkten verändert.
Falls das Ausgangssignal als Mittelwert (Average) nicht 0 V hat,
diesen bitte mit einem entsprechenden Offset von AWG1 auf ca. 0 V bringen.
Messen Sie die Amplituden uD100 uA und uAWG1 und berechnen
Sie uD, vD und aD in dB.
Tragen Sie in die Tabelle die Werte, als Dezimalzahlen mit Punkt getrennt, ein.
| f in Hz | Amplitude |uD100| in V C1 |
Amplitude |uD| in V M1 |
Amplitude |uA| in V C2 |
Verstärkung |vD| |
Mass aD = 20 log |vD| in dB |
Amplitude AWG1 in V C3 |
Verstärkung1 |vD1| |
Mass1 aD1 = 20 log |vD1| in dB |
| 500k | ||||||||
| 100k | ||||||||
| 50k | ||||||||
| 10k | ||||||||
| 3k | ||||||||
| 1k | ||||||||
| 300 | ||||||||
| 100 | ||||||||
| 30 | ||||||||
| 10 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 1 |
Export Data
Stellen Sie die Maße als Funktion der Frequenz im logarithmischen Maßstab dar (Bode-Diagramm).
Stellen Sie den Frequenzgang in Excel graphisch dar. Fügen sie eine logarithmische Trendlinie ein.
Mit \( 20 \cdot log x = \frac{20}{ln(10)} \cdot ln x = 8.69 \cdot ln x \) überprüfen Sie, dass sich das Mass mit 20 dB pro Dekade ändert. Fügen Sie hier einen Screenshot der Excelgrafik ein.
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Vergleichen Sie die gemessene Verstärkung aD mit Datenblattangaben und Ergebnissen anderer Gruppen.
Wie groß ist der Betrag der Leerlaufverstärkung |aD| maximal?
Wo liegt die 3dB-Grenzfrequenz fgA?
Wo liegt die Transitfrequenz fgT?
Referenzen
[1] Praktikum Schaltungstechnik, Claus, Hochschule Kempten
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