Praktische Übung 10 - Operationsverstärker

Material

Bauteil	Stückzahl - Aufgabe 1	Stückzahl - Aufgabe 2
μA741C - OPV	1	1
10k - Widerstand	1	1
10k - Potentiometer	1	1
3.3nF - Kondensator	1

In dieser Übung untersuchen wir zwei typische Grundschaltungen mit Operationsverstärkern - einen invertierenden und einen nicht-invertierenden Verstärker.

Aufgabe 1 - Invertierender Verstärker

Baut diese Schaltung mit dem Potentiometer alsundauf eurem Breadboard nach. Schlagt dafür im Datenblatt die Pin-Belegung des Operationsverstärkers nach.
Verwendet für die Versorgung des Operationsverstärkers ein Labornetzteil mit .
Das Eingangssignal soll mit dem Funktionsgenerator eures Oszilloskops erzeugt werden und eine Frequenz von sowie eine Amplitude von aufweisen.

Messt Ein- und Ausgangsspannung mit dem Oszilloskop, was passiert, wenn ihr den Widerstand des Potentiometers reduziert?

Wenn verringert wird, steigt die Verstärkung.

Reduziert die Versorgungsspannung, was beobachtet ihr? Habt ihr eine Erklärung dafür?

Ein idealer Operationsverstärker kann beliebig hohe Spannungen beliebig verstärken. Die Grenzen des realen Operationsverstärkers sind hier zu erkennen: er kann nur auf maximal knapp unterhalb seiner Versorgungsspannung verstärken, darüber hinaus wird das Signal einfach “abgeschnitten”. Dieser Effekt wird auch als clipping bezeichnet und ist beispielsweise bei Audioverstärkern kritisch, die bei zu hoher Leistung betrieben werden. Das Abschneiden des Signals sorgt dafür, dass die Lautsprecherspulen mit einer Gleichspannung versorgt werden, was bereits nach sehr kurzer Zeit zu permanenter Beschädigung führen kann.

Aufgabe 2 - Invertierender Verstärker mit Kondensator

Ergänzt die Schaltung um einen Kondensator in der Rückkopplung und beobachtet das Verhalten bei dem bereits zuvor genutzten Sinus-Signal. Was fällt euch auf?

Ein- und Ausgangssignal sind nun nicht mehr phasengleich.

Lasst von dem Funktionsgenerator Rechteck- und Sägezahnsignale ausgeben. Wie lässt sich die Beziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal mathematisch beschreiben?

Durch den Kondensator wird der Invertierende Verstärker zu einem Integrator, das Ausgangssignal ist (näherungsweise) das Integral des Eingangssignals!

Verwendet das Oszilloskop, um einen Bode-Plot für das Verstärkungsverhalten der Schaltung zu erzeugen. Zusätzlich zur Verstärkung ist eine Filterwirkung zu beobachten. Um was für einen Filter handelt es sich?

Durch den Kondensator wird die Schaltung zu einem Tiefpassfilter.

Aufgabe 3 - Nichtinvertierender Verstärker

Im Gegensatz zu dem invertierenden Verstärker wird beim nichtinvertierenden Verstärker nicht die Polarität des Eingangssignals umgekehrt.

Baut die Schaltung nach und beobachtet das Verstärkungsverhalten, verwendet dafür die gleichen Bauteilwerte wie in Aufgabe 1.

Vergleicht die Verstärkung der beiden Schaltungen bei gleicher Potentiometerstellung (tauscht ggfs. das Poti gegen einen weiteren 10k Widerstand). Was fällt euch auf? Erklärt anhand einer kurzen Handrechnung.

Durch die unterschiedliche Verschaltung der Widerstände beim nichtinvertierenden Verstärker ist die Verstärkung bei gleichen Widerstandswerten höher, sie ergibt sich zu , während sie beim Invertierenden Verstärker beträgt.

Praktische Übung 10 - Operationsverstärker

Material

Aufgabe 1 - Invertierender Verstärker

Aufgabe 2 - Invertierender Verstärker mit Kondensator

Aufgabe 3 - Nichtinvertierender Verstärker

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