Title: Standard für LS13.2.2 VLK OPV
Course: LS13S-2.2 Vertiefender Laborkurs Operationsverstärkertechnik

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Q: Der Operationsverstärker µA741CP

[Image]

Der µA741CP ist ein Einfach-OPV der in ein sogenanntes PDIP8 Gehäuse eingebaut ist, welches 8 Anschlüsse besitzt. Die Anschlussbelegung ist der Abbildung zu entnehmen.

Messungen am µA741CP mit Doppelversorgung

[Image]

Schaltungsaufbau

Stellen Sie zunächst die Spannungsversorgung als Doppelversorgung her, indem Sie zwei

9V-Spannungsquellen, wie gezeigt, in Reihe schalten und den OPV daran anschließen. Der Mittenabgriff zwischen den beiden Spannungsquellen stellt die Masse dar, gegen die die Messungen der Ein- und Ausgangsspannungen erfolgen müssen.

Vor den jeweils zu untersuchenden Eingang ist ein Widerstand R = 33kΩ zu schalten, um den OPV vor zu hohen Strömen zu schützen.

Untersuchung des invertierenden Eingangs (E-)

a) Legen Sie den nicht-invertierenden Eingang auf Masse (bzw. Mittenabgriff).

b) Stellen Sie das Potenziometer bzw. den Trimmer für E- zunächst in Mittelstellung.

c) Schließen Sie an den Eingang E- und den Ausgang A jeweils ein Spannungsmessgerät (Multimeter, DSO) an.

d) Variieren Sie die Eingangsspannung und beobachten Sie die Spannungen E- und A.
- Vergleichen Sie das Ein- und Ausgangssignal vorzeichenmäßig. Geben Sie an, ob Ausgangssignal und Eingangssignal gleiche oder ungleiche Vorzeichen haben. | ungleiche
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich +9V - >0V liegt. | -7V
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich <0V - -9V liegt. | +8,6V
Also offered: gleiche; +7V; -8,6V

Q: [Image]

Untersuchung des invertierenden Eingangs (E+)

a) Legen Sie den invertierenden Eingang auf Masse (bzw. Mittenabgriff).

b) Stellen Sie das Potenziometer bzw. den Trimmer für E+ zunächst in Mittelstellung.

c) Schließen Sie an den Eingang E+ und den Ausgang A jeweils ein Spannungsmessgerät (Multimeter, DSO) an.

d) Variieren Sie die Eingangsspannung und beobachten Sie die Spannungen E+ und A.
- Vergleichen Sie das Ein- und Ausgangssignal vorzeichenmäßig. Geben Sie an, ob Ausgangssignal und Eingangssignal gleiche oder ungleiche Vorzeichen haben. | gleiche
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich +9V - >0V liegt. | +8,6V
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich <0V - -9V liegt. | -7V
Also offered: ungleiche; +7V; -8,6V

Q: [Image]

a) Bauen Sie ein zweites Potenziometer in die Schaltung ein.

b) Stellen Sie die Eingangsspannung an E- auf 5V ein.

c) Schließen Sie das Spannungsmessgerät an E+ an.

d) Variieren Sie die Eingangsspannung von E+ und beobachten Sie die Spannungen an E+ und A.

Erkenntnis:

Wenn die Spannung am invertierenden Eingang höher ist als die am nicht-invertierenden Eingang, liegt am Ausgang eine negative Spannung an, die etwas geringer ist, als die negative Versorgungsspannung. Sobald die Spannung an E+ größer ist als an E-, liegt am Ausgang eine positive Spannung an, die etwas geringer ist, als die positive Versorgungsspannung.
- Vergleichen Sie das Ein- und Ausgangssignal vorzeichenmäßig. Geben Sie an, ob Ausgangssignal und Eingangssignal gleiche oder ungleiche Vorzeichen haben. | gleiche
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich +9V - >5V liegt. | -7V
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich <0V - -9V liegt. | +8,6V
Also offered: ungleiche; +7V; -8,6V

Q: [Image]

a) Bauen Sie ein zweites Potenziometer in die Schaltung ein.

b) Stellen Sie die Eingangsspannung an E- auf 5V ein.

c) Schließen Sie das Spannungsmessgerät an E+ an.

d) Variieren Sie die Eingangsspannung von E+ und beobachten Sie die Spannungen an E+ und A.

Erkenntnis:

Aufgrund der Einfachversorgung können sich am Ausgang keine negativen Spannungen einstellen. Ist die Spannung am invertierenden Eingang höher als die am nicht-invertierenden Eingang, so stellt sich eine Ausgangsspannung ein, die etwas größer ist als 0V. Überschreitet die Spannung U_E+ die Spannung U_E-, so stellt sich eine Spannung ein, die etwas geringer als die Versorgungsspannung ist.
- Vergleichen Sie das Ein- und Ausgangssignal vorzeichenmäßig. Geben Sie an, ob Ausgangssignal und Eingangssignal gleiche oder ungleiche Vorzeichen haben. | gleiche
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich +9V - >5V liegt. | +1,9V
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich <0V - -9V liegt. | +8,2V
Also offered: ungleiche; -1,9V; -8,2V

Q: [Image]

Liegt an der Pilotlinie ein Kurzschluss nach Batterie-Plus vor, so muss eine Spannung von ca. 12V detektiert werden können. Um 12V als Schwellspannung generieren zu können, muss die Versorgungsspannung größer als 12V sein.

a) Versorgen Sie deshalb die Schaltung mit 15V.

b) Stellen Sie mit Hilfe des Potenziometers die Referenzspannung U_E- auf 12V ein.

c) Variieren Sie die Eingangsspannung U_E+ und beobachten Sie die Ausgangsspannung A.
- Vergleichen Sie das Ein- und Ausgangssignal vorzeichenmäßig. Geben Sie an, ob Ausgangssignal und Eingangssignal gleiche oder ungleiche Vorzeichen haben. | gleiche
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich 0V - <12V liegt. | 5,3V
- Geben Sie den Spannungswert des Ausgangssignals in der Einheit [V] mit Vorzeichen an, wenn das Eingangssignal im Spannungsbereich >12V - 15V liegt. | 14V
Also offered: ungleiche; 6,1V; 9V; 3,2V; 1,9V; 15V

Q: [Image]

Bauen Sie die Verstärkerschaltung mit Doppelversorgung +/-9V auf.

Legen Sie den invertierenden Eingang (E-) auf Masse.

Legen Sie mit Hilfe eines Funktionsgenerators eine Wechselspannung u_SS = 30mV mit einer Frequenz von f=1000Hz an den nicht-invertierenden Eingang (E+) an.

Messen Sie die Eingangs- und die Ausgangsspannungen mit Hilfe eines Zweikanal-Oszilloskops.

Erkenntnis: die Spannung wird gleichphasig und verstärkt ausgegeben.
- Geben Sie die Ausgangsspannung U_A=U_SS in [V] an. | 15,4V
- Bestimmen Sie den Verstärkungsfaktor V. | 510
Also offered: 12,3V; 650; 65; 18,1V; 14; 32; 170

Q: [Image]

Um einen bestimmten Verstärkungsfaktor zu erhalten, arbeitet man mit einer Rückkopplung. Hierbei wird ein Teil des Ausgangssignals zurück auf den Eingang geführt. Wird auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt, spricht man von einer Gegenkopplung. Wird auf den nicht-invertierenden Eingang rückgekoppelt, spricht man von einer Mitkopplung.

Ergänzen Sie die Schaltung um den Widerstand R = 10kΩ.

Recherchieren Sie im www. wie die Verstärkung bei Gegenkopplung berechnet werden kann.

Erkenntnis: Der tatsächliche Wert weicht vom berechneten ab. Die Werte variieren je nach OPV-Typ.
- 1. Geben Sie die Formel zur Berechnung der verstärkung bei Gegenkopplung an. | V=(R1+R2)/R1
- 2. Berechnen Sie die Verstärkung bei Gegenkopplung | V=2
- 1. Bestimmen Sie die Ausgangsspannung bei einer Eingangsspannung von u_SSE+ = 30mV. | 0,06Vss
- 2. Oszilloskopieren Sie nun die tatsächliche Ausgangsspannung und protokollieren Sie den Wert. | 0,08Vss
Also offered: 0,6Vss; 0,008Vss; 0,8Vss; V=-1; V=-R2/R1