Vom Operationsverstärker bis zum Schmitt-Trigger,
kontinuierlich einstellbar. Eine Demoschaltung!
Das Inhaltsverzeichnis meiner
Elektronik-Minikurse
Die Philosophie meiner
Elektronik-Minikurse
(WICHTIG: Unbedingt zur Kenntnis nehmen!)
Hilfe bei Leserfragen.
(WICHTIG: Unbedingt zur Kenntnis nehmen!)
Simulieren und Experimentieren, ein Vorwort
von Jochen Zilg
Autor:
Thomas Schaerer
Buch 1
Buch 2
Einleitung
Wie das Blockschaltbild zeigt, geht es hier um eine Demoschaltung. Ihr
praktischer Nutzen besteht darin, dem Elektronikschüler zu zeigen, wie
mit einer einzigen Schaltung und einem einzigen Potentiometer die
Funktion zwischen Verstärker, Komparator und Schmitt-Trigger stufenlos
demonstriert werden kann. Dieser Kurs vermittelt nicht die Grundlagen
dazu wie ein Verstärker, ein Komparator und ein Schmitt-Trigger
arbeiten. Diese Grundkenntnisse muss der Leser bereits mitbringen. Es
gibt dazu im
Elektronik-Kompendium
geeignete Grundlagen über Operationsverstärker, bzw. Opamps.
Empfehlenswert sind auch meine Elektronik-Minikurs über Opamps, zu
finden auf der Indexseite.
Der vorliegende Elektronik-Minikurs eignet sich vor allem für den
Lehrer, der mit dieser Demoschaltung dem Schüler vorführen möchte wie
Verstärker, Komparatoren und Schmitt-Trigger arbeiten. Der Nachbau ist
einfach. Der Lehrer kann zusätzlich anschaulich zeigen, was passiert,
wenn im Gegenkopplungsbereich eine gewisse Phasenreserve nicht
eingehalten wird. Es geht um die Frequenzgangkompensation. Es hat in
dieser Demoschaltung daher auch einen Trimmkondensator mit dem man den
Grad der Frequenzgangkompensation abgleichen kann. Die Kapazität ist
jeweils der Verstärkung anzupassen. Doch erst mal alles schön der Reihe
nach...
Die drei Grundschaltungen
Teilbild 2.1 illustriert den nichtinvertierenden Verstärker mit seiner
Gegenkopplung, die durch das Verhältnis der beiden Widerstände von R2
und R1 bestimmt wird. R2/R1 teilt die Ausgangsspannung Ua und führt sie
zum invertierend Eingang. Der Opamp regelt so, dass die Spannung am
invertierenden (virtuelle Spannung) und nichtinvertierenden Eingang
gleich gross, bzw. die Differenzspannung Ud Null ist. Die virtuelle
Spannung Uv entspricht also der Eingangsspannung Ue. Dies ist aber nur
möglich wenn Ua um das Teilerverhältnis von R2/R1 höher als Ue ist.
Siehe dazu das Spannungs- und Widerstandsbeispiel in kleinen Zahlen.
Reduziert man R1 erhöht sich die Verstärkung und bei 0 Ohm ist sie
theoretisch unendlich gross. Theoretisch, weil der Opamp, wenn auch eine
sehr grosse, aber trotzdem endliche offene Schlaufenverstärkung
(Open-Loop-Gain) hat. Man nennt dies auch die Leerlaufverstärkung. Dazu
kommt, dass diese Verstärkung schnell abnimmt, wenn die Frequenz des
Eingangssignales zunimmt. Dazu später mehr.
Teilbild 2.2 illustriert den Zustand wenn in Teilbild 2.1 R1 einen Wert
von 0 Ohm hat. Der einzige Unterschied ist der, dass in Teilbild 2.1
über R2 ein Strom vom Ausgang des Opamp nach GND fliesst. Ein Opamp, der
mit theoretisch unendlicher Verstärkung arbeitet, ist nichts anderes als
ein Komparator (deutsch: Vergleicher), weil theoretisch eine noch so
geringe Spannung an Ue, welche den GND-Pegel über- oder unterschreitet,
sich auf Ua mit beinahe voller Betriebsspannung auswirkt. Bei einem
Opamp mit Rail-to-Rail-Ausgang entspricht die volle Ausgangsspannung,
wenn der Ausgang nicht oder nur wenig belastet ist, der
Betriebsspannung. Da wie jedoch bereits erwähnt, der Open-Loop-Gain
endlich und erst noch frequenzabhängig ist, eignen sich (intern)
frequenzgangkompensierte Opamps nur bei niedrigen Frequenzen - z.B. für
Steuerzwecke - als Komparatoren. Ansonsten muss man echte Komparatoren
einsetzen, die überhaupt keine Frequenzgangkompensation haben und je
nach interner Schaltung sogar extrem schnell schalten können.
Wenn wir die Vorzeichen der Opampeingänge in Teilbild 2.2 umkehren,
haben wir noch genauso eine Komparatorschaltung, allerdings mit dem
Unterschied, dass das Eingangssignal invertiert wird. Wir bewegen uns
jetzt langsam in Richtung zu Teilbild 2.3. Wir denken uns zunächst, dass
nur R1 angeschlossen ist. Damit unterscheidet sich Teilbild 2.3 von
Teilbild 2.2 in seiner Funktion noch nicht. Auch diese Schaltung
arbeitet als Komparator. Dies ändert sich wenn R2 hinzu kommt. Ist der
Widerstand von R2 im Verhältnis zu R1 sehr hoch, entsteht erst eine ganz
geringe Hysterese. Die Umschaltschwelle für Ue liegt nicht mehr exakt
auf dem GND-Pegel. Es gibt zwei Umschaltschwellen, die eine geringfügig
oberhalb und die andere gerinfügig unterhalb des GND-Pegels. Diese
Hysterese kommt davon, dass ein Teil der Ausgangsspannung an den
nichtinvertierenden Eingang positiv rückgekoppelt wird. Dadurch
entstehen nach jedem Umschalten des Ausgang Ua unterschiedliche Werte
der Referenzspannung wonach sich das Eingangssignal Ue orientieren
muss. Diese Hysterese vergrössert sich, je geringer das Verhältnis
zwischen R2 zu R1 gemacht wird. Wir haben es mit der sogenannten
Schmitt-Trigger-Funktion zu tun.
Der erste Schritt zur Demoschaltung
Teilbild 3.1 wiederholt Teilbild 2.1 mit dem Unterschied, dass R1 und R2
durch das Potentiometer P ersetzt ist. Mit dessen Schleifer kann man das
usprüngliche Verhältnis von R2 zu R1 einstellen und kontinuierlich
verändern. Ist der Scheifer am "oberen" Anschlag, ist die Gegenkopplung
total und die Verstärkung ist 1, weil die Ausgangsspannung Ua
gegengekoppelt wird und die invertierende und nichtinvertierende
Eingangsspannung identisch sein muss. Der Ausgang des Opamp ist mit dem
invertierenden Eingang direkt verbunden. In Mittelstellung sind die
beiden Widerstandsverhältnisse gleich gross, was einer Verstärkung von 2
entspricht. Je weiter der Schleifer nach "unten" bewegt wird, um so
grösser ist die Verstärkung und um so geringer die Gegenkopplung. Ist
der Schleifer am "unteren" Anschlag, befindet sich der invertierende
Eingang auf GND-Potential. Die Verstärkung ist theoretisch unendlich.
Die Schaltung arbeitet als Komparator, weil die geringste positive oder
negative Spannung Ue eine maximale positive oder negative
Ausgangsspannung Ua verursacht.
Teilbild 3.2 ist der erste Schritt zur Demoschaltung. Die Schaltung in
Teilbild 3.2 erfüllt exakt die selbe Funktion wie diejenige in Teilbild
3.1. Der Unterschied besteht darin, dass Ue am invertierenden Eingang
liegt. Damit trotzdem Gegenkopplung und nicht Mitkopplung zustande
kommt, wird das Ausgangssignal des Opamp A durch Opamp B mit einer
Verstärkung von -1 invertiert. So einfach wie hier gezeigt, funktioniert
diese Schaltung allerdings nicht. Würde man dazu zwei herkömmliche
Opamps (z.B. LF356 oder TL081) mit interner Frequenzgangkompensation
verwenden, würde die Schaltung, ausser bei sehr hoher Verstärkung,
eingestellt mit P, oszillieren. Darüber lesen wir später mehr.
Der zweite Schritt zur Demoschaltung
Teilbild 4.1 wiederholt Teilbild 2.3 mit dem Unterschied, dass R1 und R2
durch das Potentiometer P ersetzt ist. Mit dessen Schleifer kann man das
usprüngliche Verhältnis von R2 zu R1 einstellen und kontinuierlich
verändern. Mit P kann man zwischen der Funktion des Komparators (KOMP.)
bis zum Schmitt-Trigger (S.T.) mit kleiner bis grosser Hysterese
kontinuierlich variieren. Diese Schaltung in Teilbild 4.1 (Mitkopplung)
und die in Teilbild 3.2 (Gegenkopplung) bilden die prinzipielle
Demoschaltung, dargestellt in Teilbild 4.2.
In Teilbild 4.2 liegt das Potentiometer P nicht mehr zwischen dem gegen-
oder mitkoppelnden Opamp-Ausgang und GND. Potentiometer P liegt zwischen
diesen beiden Ausgängen. Damit ist es möglich mit P kontinuierlich
zwischen Gegenkopplung (Verstärkerbetrieb), weder Mit- noch
Gegenkopplung (Komparatorbetrieb) und Mitkopplung (Schmitt-Trigger mit
kleiner bis grosser Hysterese) zu variieren.
Verstärker oder Oszillator, das ist hier die Frage
In der Morgendämmerung der integrierten linearen Verstärker, also der
Opamp, mühte man sich bei der Dimensionierung von
Verstärkerschaltung damit ab, mit entsprechenden Massnahmen von
Frequenzgangkompensationen, unerwünschtes Oszillieren zu vermeiden. In
dieser Zeit entstand auch der Witz: "Willst Du einen Verstärker, so
kriegst Du einen Oszillator". Dem ist aber schon seit langem nicht mehr
so, weil in den meisten Opamps die Frequenzgangkompensation integriert
ist. Damit erkauft man sich allerdings auch einen Nachteil: Die
Frequenzbandbreite reduziert sich bei hoher Verstärkung sehr stark, was
nicht nötig wäre, wenn man den Frequenzgang extern kompensiert und so
der Verstärkung anpasst. Genau aus diesem Grund gibt es auch noch heute
Opamps mit Anschlüssen für die externe Frequenzgangkompensation. Bei der
TL08x-Opamp-Familie von
Texas-Instruments ist dies der TL080,
während TL081 (Single-Opamp), TL082 (Dual-Opamp) und TL084 (Quad-Opamp)
intern frequenzgangkompensiert sind.
Wie die Frequenzgangkompensation funktioniert, ist im Buch
"Halbleiter-Schaltungstechnik" von Tietze/Schenk im Kapitel
"Frequenzgang-Korrektur" hervorragend beschrieben. Ich streife daher in
diesem Abschnitt dieses Thema bloss. Dazu nachfolgend Bild 5:
Bei der Frequenzgangkompensation definiert man eine kritische Frequenz,
als diejenige, bei der die Verstärkung 1 wird (Closed-Loop). Dabei
betrachtet man die Phasenverschiebung zwischen Ue und Ua. Beträgt sie
dabei gerade 180 Grad, stellt sich anstelle den Gegenkopplung
Mitkopplung ein, und man hat eine ungedämpfte Schwingung. Der Verstärker
oszilliert. Ist die Phasenverschiebung knapp geringer als diese 180
Grad, ergibt sich eine gedämpfte Schwingung. Wenn man in diesem Zustand
an Ue eine steile Flanke einer Rechteckspannung einspeist, entsteht an
Ua der selbe Spannungssprung, jedoch mit einsetzender Schwingung, die
aber wieder abklingt. In Bild 8 wird dies in den Diagrammen Ua4 bis Ua6
illustriert, wobei Ua4 eine starke, Ua5 eine mittlere und Ua6 eine
schwache Dämpfung zeigt.
Bild 5 ist bloss ein Beispiel und bezieht sich nicht auf einen bekannten
Opamp. Die Kurven sind auch keineswegs so gerade wie hier gezeichnet.
Das Diagramm dient bloss der Anschauung. Betrachten wir die Kurve UNCOMP
(Opamp nicht frequenzgangkompensiert) im Verstärkungs- und
Phasenbereich, so stellen wir fest, dass bei einer
Closed-Loop-Verstärkung (Verstärkung durch Gegenkopplung) von 10'000
bereits die kritische Phasenverschiebung von 180 Grad erreicht ist. Dies
bedeutet, dass bei dieser Verstärkung oder weniger die Schaltung ohne
Frequenzgangkompensation oszilliert. Die Kurve COMP illustriert den
Frequenz- und Phasengang mit Frequenzgangkompensation. Damit arbeitet
der Verstärker stabil ab Verstärkung 1. Bei dieser Verstärkung besteht
noch immer eine Phasenreserve von 45 Grad, bei der man eine sehr stark
gedämpfte aperiodische Schwingung erreicht. Wenn man an Ue eine steile
Flanke anlegt, schwingt Ua mit sehr geringfügigem Überschwingen ein.
Mehr dazu im erwähnten Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik".
Im vorliegenden Beispiel ist der Frequenzgang derart kompensiert, dass
bei einer Verstärkung von 1 eine Frequenzbandbreite von 2 MHz möglich
ist. Man sagt dem Einheitsverstärkung oder in Englisch Unity-Gain.
Dividiert man die Unity-Gain-Frequenz durch die Verstärkung, die man mit
der Gegenkopplung realisiert, so ergibt dies die Frequenzbandbreite bei
eben dieser Verstärkung. Bei einer Verstärkung (Closed-Loop-Gain) von
100 hat man eine Frequenzbandbreite von 20 kHz. Genau die richtige
Frequenzbandbreite für einen Audioverstärker. Es stellt sich bei jeder
verstärkungsabhängigen Grenzfrequenz jeweils eine Dämpfung von 3 dB
ein und dies stets bei einer Phasenverschiebung zwischen Ue und Ua von
90 Grad.
Nehmen wir an, die Verstärkung von 100 bei einer Grenzfrequenz von 20
kHz genügt uns nicht. Was tun wir? Wir nehmen einen "schnelleren"
Opamp. Problem gelöst. In der Regel ist das auch so. Da gibt es z.B.
den LF356 mit einer sogenannten Unity-Gain-Stability (er arbeitet stabil
ab einer Verstärkung von 1) bei einer Grenzfrequenz von 5 MHz. Dieser
Opamp würde im vorliegenden Beispiel die Audiobandbreite bis zu einer
Verstärkung von 250 erfüllen. Was aber tun wir wenn wir eine Verstärkung
von 1000 mit nur einem Opamp realisieren wollen? Dann nehmen wir den
schwächer kompensierten Bruder des LF356 mit einer
Unity-Gain-Frequenzbandbreite von 20 MHz. Es ist der LF357. Damit haben
wir eine Grenzfrequenz von 20 kHz bei einer Verstärkung von 1000. Man
kann sich nun fragen, warum der
IC-Hersteller zwei Opamps
herausbrachte, wenn der schwächer kompensierte das kann was man will.
Ganz einfach: Der schwächer kompensierte LF357 lässt nur eine minimale
Verstärkung von 5 zu. Bei weniger Verstärkung oszilliert er aus dem
weiter oben beschriebenen Grund. Mit einem einfachen Schaltungstrick,
kann man den LF357 allerdings auch unity-gain-stabil machen, wobei er
dann die selbe Unity-Gain-Bandbreite hat wie der LF356. Siehe Datenblatt
des IC-Hersteller.
Kommen wir zurück zu Bild 5. Beachte den Ausschnitt mit der Bezeichnung
LESSCOMP. Dies bedeutet "weniger frequenzgangkompensiert".
Benötigt man eine Verstärkung von 2000 und eine bestimmte
Frequenzgangkompensation erlaubt eine Frequenzbandbreite von etwas mehr
als 1 kHz, so erhöht sich dieser Wert, wenn diese Kompensation etwas
reduziert wird. LESSCOMP deutet dies an. Dazu eignen sich Opamps welche
keine interne Frequenzgangkompensation haben und diese dafür selbst an
zwei Pins, mittels externem Kondensator und manchmal einenWiderstand in
Serie, vorgenommen werden kann. Ein solcher Opamp ist z.B. der TL080,
wie wir ihn in unserer Demoschaltung einsetzen. Wir kommen damit zur
eigentlichen Demoschaltung in Bild 6.
Die Demoschaltung
Die Schaltung in Bild 6 entspricht mit dem Unterschied der Schaltung in
Teilbild 4.2, dass sie dimensioniert ist, einen Trimmkondensator C für
die einstellbare Frequenzgangkompensation, eine Abstimmung für die
DC-Offsetspannung mit P1 und R1 und zwei Schalter beim Potentiometer P
enthält. Diese beiden Schalter MK (Mitkopplung) und GK (Gegenkopplung)
erweitern die Experimentiermöglichkeiten etwas. Mit P1 stellt man in der
Betriebsart der Gegenkopplung, bei hoher Verstärkung und mit GND
kurzgeschlossenem Eingang Ue, die Ausgangsspannung Ua auf 0 VDC ein.
Damit ist die DC-Offsetspannung auf Null abgeglichen.
Es ist dabei wichtig, dass man ein mittelschnelles Oszilloskop mit einer
Bandbreite von gut 20 MHz verwendet um hochfrequente Einschwingvorgänge
zu beobachten, von denen noch die Rede sein wird. Auf R3 kann man
verzichten, wenn man eine niederkapazitive 10:1-Oszilloskop-Mess-Sonde
benutzt, ansonsten ist R3 zu empfehlen, damit die Kapazität des
Messkabels Opamp B nicht zum Oszillieren anregt. Man muss dabei auch
beachten, dass R3 mit der Kabelkapazität einer 1:1-Mess-Sonde ein
passives Tiefpassfilter bewirkt und die Amplitude der HF-Schwingung so
sehr dämpfen kann, dass die Wiedergabe auf dem Bildschirm nicht mehr der
Tatsache entspricht. Wenn R3 = 100 Ohm und die Kapelkapazität 100 pF
betragen, hat dieser Tiefpass eine Grenzfrequenz von 15 MHz. Man kann
diese Grenzfrequenz durch Reduktion von R3, bei gebener Kabelkapazität,
erhöhen. Man muss dabei selbst ausprobieren, wie weit man R3 reduzieren
kann, bis Opamp B instabil wird. Besser ist auf jedenfall die Verwendung
obengenannter 10:1-Messonde.
Die kleine Tabelle in Bild 6 illustriert die Möglichkeiten der Schalter
MK und GK wenn sie ein- oder ausgeschaltet sind. Sind beide
eingeschaltet, entspricht dies der Schaltung in Teilbild 4.2. Man kann
mit P den ganzen Bereich zwischen Mit- und Gegenkopplung variieren. Ist
nur MK eingeschaltet, ist der Bereich von P zwischen Schmitt-Trigger und
Komparator (Mitkopplungsbereich) eingeschränkt. Ist nur GK
eingeschaltet, ist der Bereich von P zwischen Verstärkung 1 und
Komparator (Gegenkopplungsbereich) eingeschränkt. Sind MK und GK
ausgeschaltet, bleibt P wirkungslos. Der nichtinvertierende Eingang des
Opamp A ist über P stets mit GND verbunden. Es gibt also weder Gegen-
noch Mitkopplung. Es ist eine Komparatorfunktion.
Experimentieren und Spielen
Man verbindet die Demoschaltung, wie Bild 1 illustriert. MK und GK (Bild
6) sind eingeschaltet und das Potentiometer P ist am "unteren" Anschlag,
das heisst auf maximaler Gegenkopplung. Die Verstärkung ist 1. An Ue
liegt eine Sinus oder Dreieckspannung bei einer Frequenz von etwa 200 Hz
mit zunächst einer Spannung von etwa 1 Vpp. An Ua sollte man mit dem
Oszilloskopen ebenfalls eine Sinus- oder Dreieckspannung mit dem selben
Spannungswert messen. Sieht man jedoch bei der zu dieser Frequenz
adäquaten Zeilenablenkung ein verschmiertes Bild, dann deutet dies auf
Instabilität und Oszillieren hin. Man kann dies mittels einer
schnelleren Zeilenablenkung leicht feststellen und die Frequenz dieser
unerwünschten Schwingung messen, wenn man will. Man dreht nun mit einem
Abstimmschraubenzieher, der nur vorne an der Spitze metallisiert sein
sollte, am Trimmkondensator C die Kapazität so hoch, bis die
überwünschte HF-Schwingung aussetzt. Nun hat man die Gewissheit, dass
die Schaltung auch nicht bei höherer Verstärkung als 1 oszilliert.
Jetzt beginnt das Experiment: Wir drehen langsam an P und erhöhen die
Verstärkung. Wenn an Ua die Spitzenwerte der Sinus- oder Dreieckspannung
durch die maximal mögliche Aussteuerung, begrenzt durch die
Betriebsspannung , geklippt werden, muss an Ue die Spannung reduziert
werden. Wir drehen weiter an P bis die Mittelstellung erreicht ist. Dann
haben wir die Komparatorfunktion, was bei dieser niedrigen Frequenz sich
wie eine unendlich hohe Verstärkung auswirkt. Wir sehen schon bei
geringster Ue-Spannung an Ua eine Rechteckspannung mit
Maximalaussteuerung. Wir drehen jetzt P weiter in Richtung Mitkopplung
und so können wir sehr schön die zunehmende Hysterese beobachten, in dem
wir das Ausgangssignal an Ua mit dem Eingangssignal an Ue vergleichen.
Man beachte dazu Bild 7:
Bild 7 zeigt drei Diagramme auf dem Oszilloskopen. Das linke Diagramm
zeigt die Komparatorfunktion. Das Potentiometer P ist in Mittelstellung,
wobei die beiden Schalter (Bild 6) MK und GK eingeschaltet sind. Das
mittlere Diagramm zeigt eine schwache Schmitt-Trigger-Wirkung, wobei
der Schleifer von P nur wenig in Richtung Mitkopplung (S.T.) gesetzt
ist. Die Hystere ist schwach ausgeprägt. Das rechte Diagramm zeigt eine
stärkere Schmitt-Trigger-Wirkung, wobei der Schleifer von P noch mehr
in Richtung Mitkopplung gesetzt ist. Die Hystere h ist entsprechend
stärker ausgeprägt.
Test der Stabilität
Bild 8 demonstriert die Wirkung der Frequenzgangkompensation. Dazu wählt
man beim Funktionsgenerator das Rechtecksignal und die Demoschaltung
arbeitet im Gegenkopplungsbetrieb. Ob dabei der Schalter MK ein- oder
ausgeschaltet ist, ist irrelevant. Ist er ausgeschaltet, hat man
allerdings den Vorteil, dass man mit P den ganzen Gegenkopplungsbereich
fahren kann, - also den Bereich der uns hier interessiert. Angedeutet
ist dies mit der Schaltung, wie sie bereits in Teilbild 4.2 diskutiert
wurde. Bild 8 zeigt die Demoschaltung reduziert auf den Bereich der
Gegenkopplung.
Wir wählen mit P eine mittlere Verstärkung und stellen die
Rechteckspannung an Ue so ein, dass an Ua die Rechteckspannung noch weit
weg von der Aussteuergrenze ist. Der Trimmkondensator C stellen wir auf
Maximalwert. Nun erhöhen wir am Funktionsgenerator die Frequenz soweit,
dass sich etwa das Bild von Ua1 einstellt. Die Trapezierung des
Rechtecksignales zeigt die Wirkung einer starken
Frequenzgangkompensation im Verhältnis zur eingestellten Verstärkung
an P. Nun reduzieren wir die Kapazität von C und wir beobachten wie an
Ua die Flanken steiler werden. Wir reduzieren damit die
Frequenzgangkompensation und sie erreicht den optimalen Wert dann, wenn
sich an Ua etwa das Diagramm von Ua3 einstellt. Reduzieren wir die
Kapazität von C weiter, wird die genannte Phasenreserve von 45 Grad
unterschritten und es zeigt sich Ua4 mit einer stark gedämpften
aperiodischen Schwingung. Reduzieren wir C, bzw. die
Frequenzgangkompensation, noch weiter, reduziert sich die Dämpfung der
aperiodischen Schwingung wie die Diagramme Ua5 und Ua6 zeigen. Die
Amplitude der Schwingung wird grösser und es dauert länger bis sie
abgeklungen ist. Bei weiterer Reduktion von C erreichen wir die
kritische Phasenverschiebung von 180 Grad und es tritt eine periodische
Schwingung auf. Die Schaltung oszilliert dauerhaft, ohne dass sie mit
einem Rechtecksignal angeregt werden muss.
Das ganze Spiel ist auch durch die Variation der Verstärkung mit P
möglich, weil der Grad der Frequenzgangkompensation schliesslich von der
Verstärkung abhängig ist. Es lohnt sich bei der Demo abwechslungsweise
mit C und P zwecks Anschaulichkeit zu spielen. Spielt man mit P, muss
man einfach daran denken, dass bei Verstärkungszunahme die
Aussteuergrenze an Ua erreicht werden kann. Um dies zu verhindern muss
man die Spannung an Ue, also beim Funktionsgenerator, entsprechend
reduzieren.
Mit diesem Experiment kann man dem Schüler einen wichtigen praktischen
Ratschlag mit auf den Weg geben: Hat man eine
Verstärkerschaltung vor sich, vor der man nicht weiss, wie stabil sie
arbeitet, "reizt" man sie mit einem steilflankigen Rechtecksignal am
Eingang und man betrachtet dabei mit einem Oszilloskopen das
Ausgangssignal. So erkennt man leicht wie es mit der Stabilität der
Schaltung bestellt ist.
Thomas Schaerer, 21.08.2002 ; 12.11.2002 ; 15.03.2003(dasELKO)
16.12.2003 ; 06.12.2005
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