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3_block_-_grundschaltungen_ii

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3_block_-_grundschaltungen_ii [2019/05/02 01:10] (current)
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 +====== 2.6 Umkehraddierer ======
  
 +----
 +====== 2.7 Differenzverstärker / Subtrahierer ======
 +
 +<WRAP right>
 +{{ :​differenzverstaerkerfalstad.jpg?​400|}}
 +</​WRAP>​
 +
 +[[http://​www.falstad.com/​circuit/​circuitjs.html?​cct=$+1+0.000001+18.278915558614752+57+1+50%0Aa+288+192+432+192+8+15+-15+1000000+-0.43401845828370134+-0.4340175463019414+100000%0Aw+288+112+288+176+0%0Aw+432+192+432+112+0%0Ar+288+112+432+112+0+1000%0Ar+192+112+288+112+0+1000%0Ar+288+208+288+256+0+1000%0Ag+288+256+288+304+0%0Ar+288+208+192+208+0+1000%0Av+160+208+112+208+0+3+500+0.1+0+0+0.5%0Ap+192+208+192+256+0+0%0Ag+192+256+192+304+0%0Av+-32+176+-32+256+0+1+100+1+0+0+0.5%0Ag+-32+256+-32+304+0%0Aw+-32+128+-32+112+0%0Aw+-32+112+16+112+0%0Ag+96+256+96+304+0%0Av+96+208+96+256+0+1+100+1+0+0+0.5%0Aw+-32+128+-32+176+0%0Aw+96+208+112+208+0%0Ag+16+256+16+304+0%0Ap+16+112+16+160+0+0%0Aw+16+160+16+256+0%0Aw+192+112+160+112+0%0Ax+30+141+60+144+4+12+U_E1%0Ax+199+235+229+238+4+12+U_E2%0Aw+160+208+192+208+0%0Aw+16+112+160+112+0%0A207+432+192+496+192+0+U_A%0Ao+20+64+0+4098+1.25+0.1+0+2+9+0%0Ao+27+64+0+4099+0.3125+0.00009765625+1+2+27+3%0A|Simulation in Falstad]]
 +
 +++++Aufgabe 2.7.1 Ermittlung des Übertragungsverhalten des Differenzverstärkers|
 +<WRAP center round help 80%>
 +==== Aufgabe 2.7.1 Ermittlung des Übertragungsverhalten des Differenzverstärkers ====
 +
 +Im Folgenden ist die Übertragungsfunktion des des Differenzverstärkers zu berechnen. Dazu sollen Sie einige Schritte verfolgen.
 +  - Analysieren Sie zunächst die Ausgangsspannung. Rechtsklicken Sie dazu in der Falstad Simulation die Ausgangsspannung $U_A$ und wählen Sie "Im Oszi anzeigen"​. Welcher Spannungsverlauf ergibt sich?
 +  - Leiten Sie die die Funktion $U_A = f(U_{E1}, U_{E2})$ mittels Superposition her. 
 +    - Zeichnen Sie dazu zunächst jeweils eine Ersatzschaltung. ​
 +    - Beschreiben Sie kurz die entstandene Schaltung. Welche Verstärkungsschaltung ergibt sich jeweils?
 +    - Berechnen Sie dann die Spannungen $U_A1$ und $U_A2$, sowie daraus $U_A$.
 +  - Ermitteln Sie die Funktion $U_A = f(U_{E1}, U_{E2})$ für die Widerstandswerte der dargestellten Schaltung.
 +
 +</​WRAP>​
 +++++
 +----
 +====== 2.8 Instrumentenverstärker ======
 +
 +{{ ::​instrumentenverstaerkerfalstad.jpg?​400|}}
 +
 +Übung zum Instrumentenverstärker: ​
 +  - Finden Sie heraus wie der Instrumentenverstärker funktioniert
 +    - Führen Sie dazu den unten angegebenen Falstad Code aus und verändern Sie den veränderlichen Widerstand ​
 +    - Was passiert, wenn Sie den veränderlichen Widerstand entfernen und die Anschlüsse offen lassen? Welche Schaltung haben nun die OPVs am Eingang?
 +    - Vergleichen Sie folgende Situationen. Was ist festzustellen? ​
 +      - (1) veränderlicher Widerstand wird durch Widerstand mit 2 kOhm ersetzt ​
 +      - (2) veränderlicher Widerstand wird am oberen Anschluss durch 1 kOhm gegen Masse und unten durch 1 kOhm gegen Masse ersetzt.
 +      - (3) veränderlicher Widerstand wird am oberen Anschluss durch 1 kOhm gegen eine Spannungsquelle mit 1 V und unten durch 1 kOhm gegen 1 V ersetzt.
 +  - Welche Übertragungsgleichung ergibt sich? $U_A = f(U_2,U_1) = ?$
 +  - Welche Vorteile ergeben sich gegenüber dem Differenzverstärker? ​
 +
 +[[http://​www.falstad.com/​circuit/​circuitjs.html?​cct=$+1+0.000005+10.20027730826997+57+5+50%0Aa+288+192+432+192+8+15+-15+1000000+-0.7792463493145192+-0.779196352814324+100000%0Aw+288+64+288+128+0%0Aw+432+144+432+64+0%0Ar+288+64+432+64+0+1000%0Ar+192+64+288+64+0+1000%0Ar+320+320+400+320+0+1000%0Ag+432+320+432+368+0%0Ar+288+320+192+320+0+1000%0AR+96+48+32+48+0+1+60+5+0+0+0.5%0AO+432+192+496+192+0%0Av+64+336+0+336+0+2+120+1+0+0+0.5%0AR+0+336+-32+336+0+1+60+5+0+0+0.5%0Ap+64+336+64+384+0+0%0Ag+64+384+64+432+0%0Aa+96+320+192+320+8+15+-15+1000000+-3.5582927106284084+-3.5583082945554643+100000%0Aw+288+320+288+256+0%0Aw+320+320+288+320+0%0Aw+432+320+400+320+0%0Ar+192+320+192+272+0+1000%0Ar+192+64+192+112+0+1000%0Aa+96+64+192+64+9+15+-15+1000000+-4.558242713128284+-4.558308294555466+100000%0Aw+96+80+96+112+0%0Aw+96+112+192+112+0%0Aw+192+272+96+272+0%0Aw+96+272+96+304+0%0A174+192+160+160+208+0+1000+0.5+Resistance%0Aw+432+176+432+192+0%0Aw+288+160+288+176+0%0Aw+288+208+288+224+0%0Aw+192+112+192+128+0%0Aw+192+128+160+128+0%0Aw+160+128+160+176+0%0Aw+96+336+64+336+0%0Aw+160+176+160+192+0%0Aw+192+224+192+272+0%0Aw+288+224+288+256+0%0Aw+288+160+288+128+0%0Aw+432+144+432+176+0%0Ao+8+64+0+4098+7+0.025+0+2+8+3%0Ao+12+64+0+4098+7+0.00009765625+0+1%0Ao+9+64+0+4098+20+0.0000244140625+1+1%0A|Simulation in Falstad]]
 +
 +----
 +====== 2.9 Strom- / Spannungswandler ======
 +
 +{{ ::​stromspannungsquellefalstad.jpg?​400|}}
 +
 +Rechts sehen Sie das Bild eines Strom-Spannungswandlers. Der Strom-Spannungswandler ändert anhand eines __Eingangsstroms__ seine __Ausgangsspannung__. Gelegentlich wird diese Schaltung auch [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Transimpedanzverst%C3%A4rker|Transimpedanzverstärker]] genannt, da hier der Übertragungswiderstand - also die Transimpedanz - die Verstärkung darstellt. Die Verstärkung war allgemein als $A={ {Ausgabe} \over {Eingabe} }$ definiert. Beim Strom-Spannungswandler ist die Verstärkung definiert als
 +
 +$$ R ={{U_{out}} \over I_{in}} $$
 +
 +Diese Schaltung kann zum Beispiel für das Auslesen einer [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Photodiode#​Betrieb_im_Quasi-Kurzschluss|Photodiode in spannungsloser Verschaltung]] genutzt werden ([[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Transimpedanzverst%C3%A4rker#​Anwendung|weitere Erklärung]]). ​
 +
 +[[http://​www.falstad.com/​circuit/​circuitjs.html?​cct=$+1+0.000005+0+1+5+50%0Aa+384+224+480+224+8+15+-15+1000000+0+0+100000%0Ag+384+240+384+272+0%0Ar+384+160+480+160+0+1000%0Aw+480+160+480+224+0%0Aw+384+160+384+208+0%0A370+320+208+384+208+1+0%0AS+320+208+272+208+0+0+false+0+2%0Ai+272+224+224+224+0+0.01%0Ai+208+192+240+192+0+0.01%0Aw+240+192+272+192+0%0Aw+224+224+208+224+0%0Aw+208+192+208+224+0%0Aw+208+224+208+256+0%0Ag+208+256+208+272+0%0Ab+192+160+330+247+0%0Ax+247+265+321+268+4+14+Stromquelle%0A368+480+224+528+224+0+0%0A|Simulation in Falstad]] ​
 +
 +++++Aufgabe 2.9.1 Übertragungswiderstand des Strom-Spannungswandlers|
 +<WRAP center round help 80%>
 +==== Aufgabe 2.9.1 Übertragungswiderstand des Strom-Spannungswandlers ==== 
 +
 + ​Leiten Sie für den Strom-Spannungswandler die Verstärkung,​ also den Übertragungswiderstand her. Nutzen Sie dabei das Vorgehen, welches wir für den bei den anderen Verstärkern verwendet haben.
 +
 +  - Zeichnen Sie eine Schaltung mit den relevanten Spannungen, Ströme, sowie Widerstände und dem OPV
 +  - Was ist gesucht?
 +  - Anzahl der Variablen?
 +  - Anzahl der notwendigen Gleichungen?​
 +  - Aufstellen der bekannten Gleichungen
 +  - Herleitung des Übertragungswiderstands ​
 +</​WRAP>​
 +++++
 +----
 +====== 2.10 Spannungs- / Stromwandler ======
 +
 +{{ ::​spannungsstromquellefalstad.jpg?​400|}}
 +
 +Als nächstes betrachten wir den Spannungs-Stromwandler. Bei diesem wird ein Ausgabe__strom__ proportional zu einer Eingangs__spannung__ eingestellt. ​
 +
 +Hier wird die allgemeine Verstärkung $A={ {Ausgabe} \over {Eingabe} }$ zu 
 +
 +$$ S ={{I_{out}} \over U_{in}} $$
 +
 +Die Größe $S$ nennt man dabei die Übertragungssteilheit,​ bzw. der Übertragungsleitwert.
 +
 +Diese Schaltung kann zum Beispiel genutzt werden, um eine spannungsgeregelte Stromquelle zu erzeugen. ​
 +
 +
 +[[http://​www.falstad.com/​circuit/​circuitjs.html?​cct=$+1+0.000005+0+1+5+50%0Ag+416+368+416+384+0%0Ag+256+304+256+336+0%0Aa+304+256+416+256+9+15+-15+1000000+0+0+100000%0A370+416+256+448+256+1+0%0Ar+416+304+416+368+0+1000%0Aw+416+304+304+304+0%0Aw+304+304+304+272+0%0Av+256+240+256+304+0+1+40+5+0+0+0.5%0Aw+304+240+256+240+0%0Ar+512+256+512+304+0+1000%0Aw+416+304+512+304+0%0Aw+512+256+448+256+0%0Ab+480+224+544+335+0%0Ax+470+351+564+354+4+14+Lastwiderstand%0A|Simulation in Falstad]]
 +
 +++++Aufgabe 2.10.1 Übertragungssteilheit des Spannungs-Stromwandler|
 +<WRAP center round help 80%>
 +==== Aufgabe 2.10.1 Übertragungssteilheit des Spannungs-Stromwandler ==== 
 +
 + ​Leiten Sie auch hier für den Spannungs-Stromwandler die Verstärkung,​ also die Übertragungssteilheit her. Nutzen Sie dabei wieder das Vorgehen, welches wir für den bei den anderen Verstärkern verwendet haben.
 +
 +  - Zeichnen Sie eine Schaltung mit den relevanten Spannungen, Ströme, sowie Widerstände und dem OPV
 +  - Was ist gesucht?
 +  - Anzahl der Variablen?
 +  - Anzahl der notwendigen Gleichungen?​
 +  - Aufstellen der bekannten Gleichungen
 +  - Herleitung der Übertragungssteilheit ​
 +</​WRAP>​
 +++++
 +++++Aufgabe 2.10.2 Erdbezogene Last|
 +<WRAP center round help 80%>
 +==== Aufgabe 2.10.2 Erdbezogene Last ==== 
 +{{ ::​erdbezogenelast.jpg?​200|}}
 +
 +Wenn der Spannungs-Stromwandler als Stromquelle genutzt wird, muss dabei darauf geachtet werden, dass die Last keinen Kontakt zu Masse hat.
 +
 +  - Zeichnen Sie den Spannungs-Stromwandler auf mit einer Last, welche einen Kontakt zu Masse hat.
 +  - Warum gilt in diesem Fall die oben hergeleitete Übertragungssteilheit als Verstärkungsfaktor nicht mehr?
 +  - Wird der Ausgabestrom in diesem Fall höher oder niedriger?
 +
 +</​WRAP>​
 +++++
 +====== 2.11 weitere Übungen ======
 +
 +++++Aufgabe 2.11.1 Metafrage|
 +<WRAP center round help 80%>
 +==== Aufgabe 2.11.1 Metafrage ==== 
 +
 +Zur Vorbereitung der Klausur sollen Sie sich auch mit dem Stoff und möglichen Fragen dazu auseinandersetzen. Entwickeln Sie dazu **zwei individuelle Fragen** zum bisherigen Stoff, die 
 +  * entweder einen Teilaspekt betreffen, den Sie noch nicht verstehen oder
 +  * einen Teilaspekt betreffen, den Sie in der letzten Stunde dazugelernt haben.
 +Beachten Sie, dass die Fragen vom Schwierigkeitsgrad her so gestellt sein sollen, dass diese auch in der Klausur stehen können. Zu allgemeine Formulierungen ("​Erklären Sie einen Operationsverstärker"​) sind zu vermeiden.
 +\\Die eingereichten Fragen werde ich Ihnen über ILIAS zurückspielen und in die Klausur einfließen lassen.
 +\\
 +\\
 +Gerne können Sie mir jenseits der 2. Aufgabe auch weitere Fragen schreiben. ​
 +Diese sollten Sie dann jedoch separat kennzeichnen.
 +
 +</​WRAP>​
 +++++
 +
 +====== Lernfragen ======
 +  * Nennen Sie Anwendungen für den Umkehraddierer.
 +  * Erklären Sie die Funktionsweise eines Strom-/​Spannungswandlers.
 +  * Nennen Sie 3 Anwendungsbereiche für einen Operationsverstärker.
3_block_-_grundschaltungen_ii.txt · Last modified: 2019/05/02 01:10 by tfischer