Grundlagenpraktikum - Versuche

In diesem Versuch führen die Studierenden verschiedene Messungen an einem Operationsverstärker (OP) durch. Sie untersuchen die Funktion der einzelnen Teilschaltungen (Differenzverstärker – Emitterverstärker – Kollektorverstärker) wie sie im Innern eines Operationsverstärkers aufgebaut sind. Außerdem ermitteln die Studierenden die wichtigsten OP-Kenndaten und vergleichen sie mit denen von OPs in IC-Form (integrierte Schaltkreise).

Ein OP stellt ein aktives Netzwerk mit Tiefpass-Charakter dar. Er hat einen hohen Eingangs- und einen niedrigen Ausgangswiderstand sowie eine hohe Spannungsverstärkung. Mit diesen Eigenschaften kommt er idealen Verstärkern sehr nahe. Heute sind Operationsverstärker in großer Vielfalt als monolithische integrierte Schaltungen erhältlich und unterscheiden sich in Größe und Preis kaum von einem Einzeltransistor. Ein OP kann überall dort eingesetzt werden, wo elektrische Signale verstärkt werden sollen und keine große Ausgangsleistung benötigt wird. Um abschätzen zu können, welcher Operationsverstärker-Typ für die jeweilige Anwendung geeignet ist, reicht in der Regel die Kenntnis der wichtigsten charakteristischen Daten aus.

In diesem Versuch untersuchen die Studierenden verschiedene, diskret aufgebaute Kippstufen und deren Anwendung. In Kippstufen finden Schaltvorgänge statt, wenn Kippunkte/ Schwellwerte überschritten werden. Anhand von gemessenen Signalverläufen ermitteln die Studierenden die Funktionsweise der Schaltungen sowie der verwendeten Bauteile.

In diesem Versuch wird den Studierenden Grundwissen über den Aufbau, die Funktion und die Anwendung von Netzteilen vermittelt. Dabei untersuchen die Studierenden einen Step-Down-Wandler, der über einen Leistungs-MOS-FET, angesteuert durch einen Operationsverstärker sowie eine Ausgangs-Stufe, bestehend aus einem Kondensator, einer Diode und einer Spule, eine für diesen Schaltungstyp charakteristische Ausgangsspannung erzeugt.

Bei diesem Versuch untersuchen die Studierenden einen diskret aufgebauten Wechselspannungs-Verstärker. Wesentlicher Bestandteil des Wechselspannungs-Verstärkers ist ein Bipolartransistor. Die Studierenden führen messtechnische Untersuchung derArbeitsweise des Bipolartransistors sowie der Einfluss aller weiteren Bauteile und Schaltungsteile auf Parameter wie Arbeitspunkt, Temperaturabhängigkeit, Verstärkung und Aussteuergrenzen durch. Es werden schaltungs- bzw. bauteiltypische Kennlinien ermittelt.

Bei diesem Versuch wird das Signal des Zeitzeichen-Senders DCF 77 mittels einer Ferritstab-Antenne empfangen und über eine J-FET-Verstärkerschaltung mit einem Oszilloskop messtechnisch erfasst und ausgewertet. Die Studierenden erlangen dadurch Kenntnisse über Verstärkertypen für eine fast leistungslose Ansteuerung.

Der Versuch behandelt den Aufbau eines Leistungsverstärkers, wie er als Grundschaltung z. B. im Audiobereich Anwendung findet. Der Verstärker besteht aus einer Operationsverstärker-Vorstufe, einer Arbeitspunktstufe und einer Endstufe. In diesem Versuch beobachten die Studierenden die typischen Signalverläufe durch die komplette Schaltung, um daraus die jeweilige Funktionsweise der einzelnen Stufen und Bauteile ableiten zu können.

Leistungsverstärker werden in der Praxis eingesetzt, um elektronische Schaltungen mit geringer Ausgangsleistung an Bauelemente anzupassen, die größere Leistungen benötigen, wie z.B. Kleinmotoren oder Lautsprecher. Leistungsverstärker werden in diesen Anwendungen mit einer zeitlich veränderlichen Spannung angesteuert, die möglichst unverzerrt verstärkt werden soll. In der Regel übernimmt die Vorstufe eines Leistungverstärkers die Spannungsverstärkung und die Endstufe die Stromverstärkung des Eingangssignals.