gip paasvakantie

275
1 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer Elektriciteit - Electronica 2009-2010 Door : Risack Lorenzo , Muylaert Thierry en Yakici Huseyin Mentoren : Dhr. Deroissart Geert Dhr. Verplancke Roland Geïntegreerde proef 2 de jaar , derde graad , Elektriciteit - Electronica Gip : De universele opamp- trainer

Transcript of gip paasvakantie

Page 1: gip paasvakantie

1 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

2009-20102009-2010

Door : Risack Lorenzo , Muylaert Thierry en

Yakici Huseyin

Mentoren : Dhr. Deroissart Geert

Dhr. Verplancke Roland

Geïntegreerde proef 2de jaar , derde graad ,

Elektriciteit - Electronica

Gip : De universele opamp-trainer

Page 2: gip paasvakantie

2 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 3: gip paasvakantie

3 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

1 Inhoudspagina

1 Inhoudspagina........................................................................................................3

2 Voorwoord..............................................................................................................7

3 Opdrachtomschrijving...........................................................................................8

4 Jaarplanning...........................................................................................................9

5 Mogelijkheden van de universele opamp-trainer..............................................13

6 Historische context..............................................................................................266.1 Benaming...............................................................................................................266.2 Geschiedenis en ontwikkeling van de opamp........................................................266.2.1 Buistechnologie......................................................................................................266.2.2 De uA702...............................................................................................................276.2.3 De opamp 741........................................................................................................28

7 De opamp: algemeen...........................................................................................297.1 Wat is een opamp..................................................................................................297.2 De ideale opamp....................................................................................................297.3 De werkelijke opamp..............................................................................................297.4 Schemasymbool.....................................................................................................29

8 Blokschema van de universele opamp-trainer.................................................30

9 In–en uitgangen van de universele opamp-trainer...........................................35

10 Schema’s van de universele opamp-trainer.....................................................3610.1 Functiegenerator....................................................................................................3610.2 Gelijkspanningsgenerator......................................................................................4010.3 Spanningsmeters...................................................................................................4310.4 Symmetrische voeding...........................................................................................4510.5 Experimenteerprintje..............................................................................................47

11 Simulatie...............................................................................................................4911.1 Simulatie op gelijkspanningen................................................................................4911.2 Spanningssprong...................................................................................................5811.3 De opamp...............................................................................................................62

12 Experimenten met het experimenteerprintje.....................................................64

13 De offset van de opamp.......................................................................................65

14 De Opamp als buffer versterker..........................................................................6614.1 De Bufferversterker................................................................................................6614.2 De opamp als bufferversterker...............................................................................66

15 De opamp als omkeerversterker.........................................................................6815.1 De omkeerversterker..............................................................................................6815.2 De opamp als omkeerversterker............................................................................68

16 De opamp als niet-inverterende versterker.......................................................7016.1 De niet-inverterende versterker..............................................................................70

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 4: gip paasvakantie

4 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

16.2 De opamp als niet-inverterende versterker............................................................70

17 De opamp als inverterende versterker...............................................................7217.1 Inverterende versterker..........................................................................................7217.2 De opamp als inverterende versterker...................................................................72

18 De opamp als mengversterker............................................................................7418.1 Mengversterker......................................................................................................7418.2 De opamp als mengversterker...............................................................................74

19 De opamp als rekenschakeling...........................................................................7619.1 Rekenschakeling....................................................................................................7619.2 De opamp als rekenschakeling ( Verschilversterker).............................................76

20 De opamp als differentiator.................................................................................7820.1 Differentiator...........................................................................................................7820.2 De opamp als differentiator....................................................................................78

21 De opamp als Integrator......................................................................................8121.1 Integrator................................................................................................................8121.2 De opamp als integrator.........................................................................................81

22 De opamp als trapspanningsgenerator.............................................................8322.1 Trapspanningsgenerator........................................................................................8322.2 De opamp als trapspanningsgenerator..................................................................84

23 De opamp als comparator...................................................................................8623.1 Comparator............................................................................................................8623.2 De opamp als comparator......................................................................................86

24 De opamp als comparator met hysteresis.........................................................8824.1 Comparator met hysteresis....................................................................................8824.2 De opamp als comparator met hysteresis..............................................................88

25 De opamp als functiegenerator..........................................................................9125.1 Functiegenerator....................................................................................................9125.2 De opamp als functiegenerator..............................................................................91

26 De opamp met niet-lineaire terugkoppeling......................................................9326.1 Het begrip niet-lineariteit........................................................................................9326.1.1 LDR-weerstanden..................................................................................................9426.1.2 MDR-weerstand.....................................................................................................9526.1.3 NTC-weerstanden..................................................................................................9626.1.4 PTC-weerstanden..................................................................................................9626.2 De opamp met niet-lineaire terugkoppeling...........................................................97

27 De opamp als vensterdiscriminator.................................................................102

28 De opamp als slope detector............................................................................106

29 De opamp als ideale diode................................................................................109

30 De opamp als dubbelzijdige gelijkrichter........................................................112

31 De opamp als nauwkeurige gelijkrichter.........................................................117

32 De opamp als topdetector.................................................................................123

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 5: gip paasvakantie

5 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

33 De opamp als ideale topdetector......................................................................127

34 De opamp als clampschakeling........................................................................130

35 De opamp als sinusgenerator...........................................................................13235.1 Het begrip ruis......................................................................................................13235.2 De opamp als sinusgenerator..............................................................................133

36 De opamp als anti-rimpel-filter.........................................................................13436.1 Een rimpelspanning genereren............................................................................135

37 De opamp als vierkantgolfgenerator................................................................137

38 De opamp als flipflop.........................................................................................14138.1 Voordeel...............................................................................................................14138.2 De opamp als flipflop............................................................................................14138.3 Conclusie.............................................................................................................14338.4 Toepassing...........................................................................................................143

39 Opamp als vertrager..........................................................................................144

40 De opamp als monostabiele multivibrator.......................................................14740.1 Basiswerking van een MMV.................................................................................14840.2 Werking van de schakeling..................................................................................14840.3 Toepassing...........................................................................................................150

41 Opamp als poort.................................................................................................15241.1 AND......................................................................................................................15341.2 NAND...................................................................................................................15441.3 OR........................................................................................................................15541.4 NOR :...................................................................................................................157

42 Opamp als tiptoets.............................................................................................158

43 Bronvermelding..................................................................................................159

43.1 Internet ..........................................................................................................159

43.2 Literatuur en naslagwerken .......................................................................159

44 Slotwoord............................................................................................................160

45 Bijlagen...............................................................................................................16145.1 Bijlage 1 : Prijslijst................................................................................................16245.2 Bijlage 2 : Gebruikte software..............................................................................16445.2.1 16445.2.2 16545.3 Bijlage 3 : Etsprocedure.......................................................................................16645.3.1 Voorbereiding.......................................................................................................16645.3.2 Belichting en fotolaag...........................................................................................16745.3.3 Koperplaat etsen..................................................................................................16745.3.4 Boren van de gaatjes...........................................................................................16845.4 Bijlage 4 : De draaispoelmeters...........................................................................17045.4.1 Bestellen bij ESR Electronic Components Ltd.....................................................17045.4.2 Levering...............................................................................................................17145.4.3 Betaling................................................................................................................17145.4.4 Prijzen..................................................................................................................171

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 6: gip paasvakantie

6 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.4.5 Garantie...............................................................................................................17145.4.6 Contact.................................................................................................................17245.5 Bijlage 5 : Handleiding bij de universele opamp-trainer.......................................17345.5.1 Inleiding :..............................................................................................................17345.5.2 De Universele opamp-trainer :.............................................................................17345.5.3 Het experimenteerbord........................................................................................17745.6 Bijlage 6 : Experimenten met het experimenteerprintje :.....................................17945.6.1 De opamp als bufferversterker :...........................................................................17945.6.2 De opamp als omkeerversterker :........................................................................18145.6.3 De opamp als niet-inverterende versterker :........................................................18445.6.4 De opamp als inverterende versterker.................................................................18645.6.5 De opamp als mengversterker :...........................................................................18945.6.6 De opamp als rekenschakeling :..........................................................................19245.6.7 De opamp als differentiator :................................................................................19645.6.8 De opamp als integrator :.....................................................................................19945.6.9 De opamp als trapspanningsgenerator :..............................................................20245.6.10 De opamp als comparator :..................................................................................20545.6.11 De opamp als comparator met hysteresis :..........................................................207

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 7: gip paasvakantie

7 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

2 Voorwoord

Als leerlingen van het Kso Glorieux te Ronse werd verwacht dat wij , dit schooljaar , een Geïntegreerde proef of kortweg Gip zouden verwezenlijken . Bij het bepalen , overleggen en vastleggen van ons onderwerp , waar wij dit schooljaar aan zouden werken en met veel vreugde ons eindwerk zouden noemen , hadden wij ons eigen beeld van hoe ons eindwerk eruit zo komen te zien .

Na overleg en bespreking met onze leerkrachten ; Meneer De Roissart en Meneer Verplancke , besloten wij uiteindelijk ons eindwerk volledig te baseren op een van de bekendste elektronische componenten , namelijk de opamp .

Dit onderwerp bood ons vele mogelijkheden , echter besloten wij ons te richten op het project die wij nu ‘ de universele opamp-trainer’ noemen . Per definitie is een eindwerk niet meteen vakgebonden , maar eerder vakoverschrijdend ; het is dan ook om die reden dat wij dit onderwerp kozen . Het ontwikkelen en bestuderen van de talrijke schema’s , maar natuurlijk ook de tientallen te verwezenlijken schakelingen boden ons zekerheid dat we een gevarieerd maar tevens ook interessant eindwerk zouden kunnen verwezenlijken , die ieder van ons aan zou spreken .

Van begins af aan wisten we echter dat het een groot en veelomvattend eindwerk zou worden, maar het was onze vastberadenheid en enthousiasme in dit onderwerp die de doorslag heeft gegeven . Wij wouden en zouden dit onderwerp kiezen en het tot een succes brengen . Door de grote hoeveelheid aan informatie die niet enkel op het net , maar tevens ook in elke bibliotheek aanwezig is , wisten we dat we elk probleem de baas zouden kunnen !

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 8: gip paasvakantie

8 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3 Opdrachtomschrijving

Onze opdracht bestaat eruit dat we groepsgebonden de ‘Universele Opamp Trainer’ , zoals beschreven in ‘Het Opamp Experimenteer Boek’ zouden verwezenlijken . Praktisch hield dit in dat wij alle schakelingen dienden te tekenen in het teken - en simulatiepakket Multisim, aangezien Multisim dan ook simulaties toelaat , werd ons dan ook gevraagd dit alles ook te testen en te simuleren met deze genoemde software . Na het tekenen , simuleren en bespreken van de schema’s dienden we natuurlijk over te stappen naar het volgend pakket, genaamd Ultiboard . Ultiboard zou ons in samenhang met Multisim toelaten de printplaten te ontwerpen .

Na ontwerpen van de printplaten dienen deze gerealiseerd te worden : dit betekent etsen , boren , solderen en uittesten . Verder volgt montage en het samenstellen van de behuizing met achteraf het uitvoeren van tientallen schakelingen op het experimenteerbordje .

Zoals merkbaar gaat het om een groot project , hierin is een goede samenwerking tussen de leden zeer belangrijk . Zo werd het werk steeds groepsgewijs verspreid : terwijl de ene persoon een printplaat aan het etsen was , zorgden de andere ervoor dat zij op dat moment ander werk hadden. Op die manier zorgden we ervoor dat er steeds doorgewerkt werd en er nooit moest gewacht worden .

Het is zo dat elke leerling individueel eigen printplaten diende te ontwerpen en samen te stellen , ook de theoretische kant had de nodige zelfstandigheid van de leerling in het visier , via een goed voorbereide planning had elke leerling zijn eigen theoretisch deel die hij tegen een bepaalde datum diende te verwezenlijken ; aan de hand van afgesproken bijeenkomsten konden we echter het werk een beetje bijsturen indien nodig .

Zoals merkbaar omvat onze opdrachtomschrijving een uitgebreid en universeel concept waar één ieder onder ons de nodige inzet en doorzettingsvermogen diende te vertonen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 9: gip paasvakantie

9 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

4 Jaarplanning

4.1 Maand september + oktober :

4.1.1 Bespreking van de Gip-opdrachten voor het schooljaar 2009-2010

4.1.2 Algemene informatie opzoeken van de universele opamp-trainer

4.1.2.1 Wat zijn de mogelijkheden van de universele opamp-trainer ?

4.1.2.2 Teken een blokschema van de universele opamp-trainer . Geef iedere blok een naam en bespreek kort het doel .

4.1.2.3 Maak een bestellijst van het volledige project , maar deel deze wel in naar de functie (spanningsmeter , gelijkspanningsgenerator en functiegenerator )

4.1.2.4 Maak een kostprijsberekening

4.1.3 Bestellen van de componenten

4.1.4 Ontwerp van de schema’s in multisim :

4.1.4.1 Spanningsmeters

4.1.4.2 Gelijkspanningsgenerator

4.1.4.3 Functiegenerator

4.1.4.4 Voeding

4.1.5 Bespreking van de schema’s :

4.1.5.1 Spanningsmeters

4.1.5.2 Gelijkspanningsgenerator

4.1.5.3 Functiegenerator

4.1.5.4 Voeding

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 10: gip paasvakantie

10 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

4.2 Maand november + december : EVALUATIE DW2

4.2.1 Ontwerp van de schema’s in Multisim :

4.2.1.1 Spanningsmeters

4.2.1.2 Gelijkspanningsgenerator

4.2.1.3 Functiegenerator

4.2.1.4 Voeding

4.2.2 Bespreking van de schema’s . Simuleer met Multisim.

4.2.2.1 Spanningsmeters

4.2.2.2 Gelijkspanningsgenerator

4.2.2.3 Functiegenerator

4.2.2.4 Voeding

4.2.3 Omzetten van de schema’s naar Ultiboard :

4.2.3.1 Spanningsmeters

4.2.3.2 Gelijkspanningsgenerator

4.2.3.3 Functiegenerator

4.2.3.4 Voeding

Inleveren dossier voor DW2 .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 11: gip paasvakantie

11 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

4.3 Maand januari + februari : EVALUATIE DW3

4.3.1 Omzetten van de schema’s naar Ultiboard:

4.3.1.1 Spanningsmeters

4.3.1.2 Gelijkspanningsgenerator

4.3.1.3 Functiegenerator

4.3.1.4 Voeding

4.3.2 Bespreking van de schema’s . Simuleer met multisim.

4.3.2.1 Spanningsmeters

4.3.2.2 Gelijkspanningsgenerator

4.3.2.3 Functiegenerator

4.3.2.4 Voeding

4.3.3 Praktisch ontwerpen van de printen

4.3.3.1 Lay-out ontwerpen van de printen met Laser-printer

4.3.3.2 Etsen van de printen en etsprocedure uitleggen .

4.3.3.3 Boren van de printen

Inleveren dossier voor DW3 .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 12: gip paasvakantie

12 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

4.4 Maand maart: EVALUATIE DW4

4.4.1 Praktisch ontwerp van de printen :

4.4.1.1 Lay-out ontwerpen van de printen met Laser-printer

4.4.1.2 Etsen van de printen en etsprocedure uitleggen .

4.4.1.3 Boren van de printen

4.4.1.4 Assemblage van de printen

Inleveren dossier voor DW4 .

4.5 Maand april :

4.5.1 Uittesten van de printen :

4.5.1.1 Praktische metingen vergelijken met simulatieresultaten

4.5.1.2 Het volledige systeem assembleren en uittesten

4.5.2 Ontwerp van de behuizing :

4.5.2.1 Opzoekingswerk of de behuizing te verkrijgen is of zelf moet gemaakt worden

4.5.2.2 Realisatie van de behuizing

4.6 Maand mei: EVALUATIE DW5

4.6.1 Volledige assemblage van het geheel +uittesten

4.6.2 Algemene controle op kwaliteit en werking

4.6.3 Afleveren van een dossier

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 13: gip paasvakantie

13 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

5 Mogelijkheden van de universele opamp-trainer

De opamp-trainer kent zijn doel vooral in het experimenteren en uittesten van verschillende schakelingen . Zo kan de opamp-trainer voor verschillende toepassingen gebruikt worden , vandaar dan ook de benaming ‘ universeel’ . De opamp-trainer en diens testpanelen zijn zo opgebouwd dat er naast enkele kleine componentjes zoals weerstanden , dioden en condensatoren zo goed als geen extra toestellen dienen aangesloten te worden .

De opamp-trainer is voorzien van een eigen frequentiegenerator ,gelijkspanningsgenerator, de benodigde symmetrische voeding en drie spanningsmeters . Op die mannier heeft men naast de eerder genoemde componenten meteen alles bij de hand voor het uitvoeren van talloze experimenten . De opamp-trainer is met andere woorden niet alleen universeel of veelzijdig , maar tevens ook praktisch en handig te gebruiken . Het is met andere woorden zo dat de universele opamp-trainer zijn doel eigenlijk vindt in het uitvoeren van tal van experimenten met één of meerdere opamps en als zo de steeds bijgeleverde theorie ook effectief in de praktijk uit te testen . Het is algemeen bekend dat theorie veel sneller aangeleerd wordt in een praktische omgeving , waardoor deze experimentjes dan ook zeer handig zijn voor elk soort elektronicus

Echter heerst natuurlijk nog steeds de vraag welke experimenten er specifiek uitgevoerd kunnen worden met deze universele opamp-trainer en diens testpanelen . Wat u waarschijnlijk wel al wist , is dat de opamp eigenlijk zeer frequent gebruik wordt als versterkingscomponent. Door verder te gaan met deze gedachte kunnen er tal van mooie en tevens ook leerrijke experimentjes uitgevoerd worden waarbij verschillende soorten versterkers worden gerealiseerd en uitgetest , maar er wordt zeker en vast ook nog verder gegaan dan enkel en alleen de versterkers , zo zijn er ook experimentjes aanwezig waarbij de opamp als flipflop of zelf als vertrager word getest . Zoals merkbaar kunnen er zeer veel mooie en tevens leerrijke experimenten uitgevoerd worden met deze opamp-trainer , hij heeft dan ook zijn benaming ‘universeel’ niet voor niets gekregen .

Aangezien wij verder in dit boek alle schema’s en proeven verder zullen bespreken , zullen wij hier een kort overzichtje geven van de verschillende experimenten die met de universele opamp-trainer uitgevoerd kunnen worden . U vindt deze dan ook op de hierop volgende pagina’s weer , inclusief een weergave van het theoretisch schema .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 14: gip paasvakantie

14 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

1. De opamp als buffer versterker

2. De opamp als omkeerversterker

3. De opamp als niet-inverterende versterker

4. De opamp als inverterende versterker

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 15: gip paasvakantie

15 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

5. De opamp als mengversterker

6. De opamp als rekenschakeling

7. De opamp als differentiator

8. De opamp als integrator

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 16: gip paasvakantie

16 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

9. De opamp als trapspanningsgenerator

10.De opamp als comparator

11. De opamp als comparator met hysteresis

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 17: gip paasvakantie

17 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

12.De opamp als functiegenerator

13.De opamp met niet-lineaire terugkoppeling

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 18: gip paasvakantie

18 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

14.De opamp als vensterdiscriminator

15.De opamp als slope detector

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 19: gip paasvakantie

19 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

16.De opamp als ideale diode

17.De opamp als dubbelzijdige gelijkrichter

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 20: gip paasvakantie

20 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

18.De opamp als nauwkeurige gelijkrichter

19.De opamp als topdetector

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 21: gip paasvakantie

21 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

20.De opamp als ideale topdetector

21.De opamp als clampschakeling

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 22: gip paasvakantie

22 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

22.De opamp als sinusgenerator

23.De opamp als anti-rimpel filter

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 23: gip paasvakantie

23 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

24.De opamp als vierkantgolfgenerator

25.De opamp als flipflop

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 24: gip paasvakantie

24 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

26.De opamp als vertrager

27.De opamp als monostabiele multi-vibrator

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 25: gip paasvakantie

25 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

29.De opamp als poort

30.De opamp als tiptoets

Wij zullen verder in dit boek proberen deze volgorde van werking en experimentjes te behouden . Verder zullen wij effectief elk experimentje uitbundig voorzien van de benodigde theorie , theoretische en praktische schema’s . Ook is er in bijlage een experimentenbundel te vinden waarbij de gebruiker naast het aansluitschema ook verschillende vragen dient te beantwoorden die het aan de gebruiker duidelijk zal maken of deze al dan niet over de nodige voorkennis beschikt en de correcte besluiten kan trekken .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 26: gip paasvakantie

26 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

6 Historische context

6.1 Benaming

Het woord "OpAmp" is een afkorting van het Engels"Operational Amplifier" oftewel een versterker "klaar voor gebruik". De term dateert uit de jaren dertig toen er behoefte kwam aan universeel inzetbare modulaire versterkers voor analoge besturingen en reken processen.

6.2 Geschiedenis en ontwikkeling van de opamp

6.2.1 Buistechnologie

Hiervoor werd er voor elke toepassing steeds opnieuw een gespecialiseerde versterker schakeling ontworpen.

De eerste opamps werden uiteraard met buizen gemaakt als een metalen doosje dat als een unit ingeplugd kon worden in de toepassing. De transistor is pas in 1947 uitgevonden, en geïntegreerde circuits komen pas vanaf ca. 1965. De enige oplossing uit deze tijd was dan ook de buistechnologie .

De eerste fatsoenlijke versie op basis van buizen is de KW-2 van Philbrick Researches uit 1952.

Hierboven is een voorbeeld weergegeven van dit type toestel . Het schema waarop deze gebaseerd werd is ter illustratie bovenaan de hierop volgende pagina weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 27: gip paasvakantie

27 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

V1 en V2 vormen een z.g. long-tailed pair (R2 stelt het lange staartje voor dat er voor zorgt dat de gemeenschappelijke ingangsspanning weinig versterkt wordt). Een long-tailed pair is een schakeling wordt tegenover de GND of voedingsspanning .

Het anode signaal van V2 wordt doorgegeven via een neonlampje. Neonlampjes hebben de eigenschap dat er een tamelijk constante spanning over valt, net zoals bij een zenerdiode.

V3 vormt een tweede trap met spanningsversterking en de kathodevolger V4 voorziet in een redelijk lage uitgangsimpedantie.

De koppeling met neon lampjes is nodig omdat een opamp ook met DC of zeer laagfrequente signalen moet kunnen werken, je kunt dus geen condensator koppeling toepassen, maar je wilt wel dat het uitgangssignaal ongeveer rond GND potentiaal ligt. De instelpotmeter R1 is nodig om de input offset spanning weg te regelen. Bij een buizen schakeling is het zo goed als uitgesloten dat dat zonder individuele afregeling goed komt.

6.2.2 De uA702

Zo'n tien jaar later zou door Fairchild Semiconductors de uA702 op de markt worden gebracht. Hij had negen transistoren, gebruikte rare voedingspanningen en had de neiging snel door te branden, maar hij stond er! Over het toneel van die tijd zien we Bob Widlar en Charles Sporck rollen; bekende figuren uit de begindagen van Fairchild Semiconductor en National Semiconductors.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 28: gip paasvakantie

28 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Een nog succesvollere uitvoering uA709 opamp . Het was deze uitvoering die de weg vrijmaakte voor de hedendaagse opamp 741 .

6.2.3 De opamp 741

Vele jaren later (1968) zou een zekere Dave Fullager - werkzaam bij National Semiconductors - een projectnummer aanvragen voor het ontwerp van een nieuwe opamp-chip. Hij kreeg het eerstvolgende vrije nummer toegewezen; 741. Of het verhaal klopt? Doet er niet toe, feit is dat opamp type 741 de 'stayer' van de opamps is geworden. Het ontwerp is later door vele fabrikanten overgenomen en verbeterd, maar de 741 houdt stand.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 29: gip paasvakantie

29 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 30: gip paasvakantie

30 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

7 De opamp: algemeen

7.1 Wat is een opamp

Een operationele versterker is een actief elektronische component, meestal in de vorm van een IC met een zeer hoge versterkingsfactor. De opamp beoogt een universeel toepasbaar versterker-circuit te zijn, zodanig dat degene die er toepassingen mee ontwerpt zich geen zorgen hoeft te maken over de interne details van zo'n versterker, en dat de eigenschappen van de toepassing uitsluitend bepaald worden door de componenten "rondom" de opamp.

7.2 De ideale opamp

De spanningsversterking is oneindig groot voor alle frequenties. De ingangs-stroom is nul voor alle frequenties. Een ingangs-verschilspanning van nul produceert een uitgangssignaal gelijk nul. De opamp is ongevoelig voor een gemeenschappelijk ingangssignaal. Er is geen intermodulatie vervorming. Er is geen ruisbijdrage. Er is geen invloed van de temperatuur of van variaties op de voedingsspanning

7.3 De werkelijke opamp

De versterkingsfactor is circa 105 en hoger De ingangsimpedantie ter grootte van Mega-ohms Ingangsstroom mag verwaarloosd worden Uitgangsimpedantie rond de 100 Ohm Bandbreedte: zeer groot CMRR: zeer groot

7.4 Schemasymbool

Een opamp kan beschouwd worden als een universele versterker. Het is een versterker die vooral kleine spanningen versterkt. De opamp zit meestal in een 8- of 14-pen IC-behuizing (soms 16-pen). Soms bevat een IC meer dan 1 opamp.

IC1

741

3

2

4

7

6

51

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 31: gip paasvakantie

31 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

8 Blokschema van de universele opamp-trainer

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 32: gip paasvakantie

32 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 33: gip paasvakantie

33 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Op voorgaande pagina wordt het blokschema van de universele opamp-trainer weergegeven . Zoals merkbaar is de voeding het meest centraal gelegen deel , dit is echter niet zomaar geplaatst , het is ook effectief zo dat de voeding een zeer belangrijk deel is van de universele opamp-trainer . De voeding zal namelijk niet enkel de benodigde spanning voor het experimenteerbord leveren , maar zal ook gebruikt worden als voeding voor de individuele componenten zoals buffers , IC’s , opamps en inwendige schakelingen .

Over het algemeen bestaat de universele opamp-trainer uit 3 grote delen , exclusief de voeding en het experimenteerbordje : namelijk de frequentiegenerator , de spanningsmeters

en de DC-generator . Hierbij zullen wij elk deel afzonderlijk behandelen en voorzien van de benodigde informatie .

Als eerste starten we met de DC-generator , dit gedeelte wordt hieronder weergegeven alsook de benodigde informatie bij de inwendige blokken .

Het is natuurlijk logisch dat de DC-generator zijn doel kent in het opwekken van een DC-gelijkspanning . De DC-generator bevat 3 uitgangen , namelijk Uit2 , Uit3 en Sprong Uit . De twee eersten kennen enkel en alleen als doel een constante gelijkspanning op te wekken . Deze gelijkspanning kan beschouwt worden als een symmetrische voeding . Men krijgt met andere woorden deze gelijkspanning zowel positief als negatief aan deze uitgangen aangeboden , de keuze voor deze waarden ligt tussen +1 en -1V en +10 en -10V . Het zijn dan ook de 2 voorgaande blokken die het mogelijk maken een keuze te maken tussen beide spanningen , verder in boek zullen we elk blok ook duidelijk inwendig bespreken en de vergelijking trekken met de schema’s en de gebruikte componenten .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 34: gip paasvakantie

34 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals reeds eerder opgemerkt is er ook nog een derde uitgang aanwezig , namelijk de Sprong Uit . Zoals de naam het zelf zegt zal deze uitgang zorgen voor een spanningssprong , met andere woorden een korte spanningsimpuls . Deze impuls wordt rechtstreeks afgeleid van de spanning die aan de uitgangen Uit 2 en Uit 3 worden aangeboden. Zoals merkbaar wordt er om die reden gebruik gemaakt van 2 drukknoppen waarmee men kan kiezen tussen de positieve en de negatieve spanning . Aangezien deze drukknoppen van het monostabiele type zijn , zal deze slechts gedurende en zeer korte tijd de spanning aan de uitgang Sprong Uit aanbieden waardoor we dan ook kunnen spreken van een spanningspuls .

Op het schema hiernaast wordt het blokschema van de functiegenerator weergegeven . Zoals merkbaar is het bovenste blok , namelijk de VCO , het meest belangrijke en cruciale gedeelte van de functiegenerator . Het is namelijk deze die de mogelijkheid tussen een driehoek – en een vierkantspanning zal geven . Deze beide spanningen worden aan de uitgang van het Ic ter beschikking gesteld waarbij één van beide door middel van een wisselschakelaar naar de rest van de schakeling doorgestuurd zal kunnen worden .

Dit doorgestuurd signaal zal eerst versterkt worden naar een waarde van 20VTT . Hierna zal er alsook nog een spanningsregelaar aanwezig zijn . Via deze spanningsregelaar zal u de spanning in kunnen instellen tussen een waarde van 0 en +10V . Allerlaatst volgt er een buffer , deze zorgt voor een constante en lage uitgangsimpedantie zonder de grootte van de spanning te beïnvloeden . Via de uitgang van de buffer wordt het signaal aan de uitgang Uit1 aangeboden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 35: gip paasvakantie

35 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Allerlaatst zullen we de spanningsmeters bespreken . De spanningsmeters dienen op logistiek niveau dan ook om spanning te meten , maar hoe onlogisch het ook lijkt , de meettoestellen zelf zijn stroommeters . We kozen voor stroommeters opdat het analoog broertje ( die zowel het positief als het negatief signaal zou moeten kunnen weergeven ) spijtig genoeg niet meer in productie is . In principe zouden we door middel van voorschakelweerstanden alsook spanningen kunnen gaan meten . De totale weerstand is dan toch wel wat laag , vandaar dat er gekozen is voor een elektronische meetschakeling .

Het te meten ingangssignaal wordt aan een buffer aangeboden , deze wordt gekenmerkt door een zo goed als oneindige weerstandswaarde en een spanningsversterking van 1. De uitgang van deze buffer zal naar een instel – en compensatieschakelingetje gestuurd worden . In dit schakelingetje kan men kiezen voor het meten van spanningen van -1 tot +1V of -10 tot +10V. We noemen dit alsook het compensatieschakelingetje , aangezien deze de offset van de opamp ( we komen hier later nog op terug ) zal compenseren . Praktisch doen we dit door aan de positieve ingang van de opamp een kleine instelspanning aan te leggen . Men krijgt met andere woorden een laatste schakelingetje die ervoor zal zorgen dat we een keuze krijgen in spanning en alsook de offset van de opamp zal compenseren .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 36: gip paasvakantie

36 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

9 In–en uitgangen van de universele opamp-trainer

(1) De functiegenerator zorgt voor het wisselspanningsgedeelte van de universele opamp-trainer . Men heeft de keuze tussen een driehoek – of vierkantspanning met een periodeduur van 1 seconde tot 120 seconden .

(2) Vaak heb je bij het experimenteren met analoge signalen toch nog steeds digitale signalen nodig als hulp – of instelspanningen . Met deze schakelingen kan je dan ook 2 gelijkspanningen opwekken die je kan instellen tussen -10 en + 10 V of -1 en +1 V . Ook is er nog een derde uitgang , de ‘sprong uit “ . Hieruit kan je een spanningssprong halen . Daarvoor zijn er twee drukknopjes opgenomen die de uitgangen van de gelijkspanningsbron doorverbinden met de ‘sprong’ uitgang . Als de drukknoppen in rust zijn staat er op de uitgang 0V . Bij het bedienen van 1 van de drukknoppen springt de spanningswaarde opeens naar de waarde van 1 van de gelijkspanningsbronnen ( afhankelijk van welke drukknop ingedrukt werd ) . Op deze wijze creëert men een spanningssprong die noodzakelijk is voor sommige experimentjes .

(3) Een opamp heeft 2 ingangen en een uitgang . Het is met andere woorden handig als je steeds drie verschillende spanningen tegelijkertijd kunt observeren . Met behulp van de ampèremeter als voltmeter kunnen ze zowel positieve als negatieve spanningen meten en met behulp van de andere omschakelaars kun je voor iedere meter één van beide meetgebieden inschakelen ( 10 V en 1V )

(4) Tot slot herken je de voedingsblok . Deze is aangebracht voor het voeden van de testschakelingen . Een opamp heeft namelijk nood aan een symmetrische voeding .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 37: gip paasvakantie

37 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

10 Schema’s van de universele opamp-trainer

10.1 Functiegenerator

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 38: gip paasvakantie

38 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

In principe zou men driehoeken en blokken erg eenvoudig kunnen opwekken met behulp van operationele versterkers. Echter zijn hiervoor speciale IC’s op de markt, tegen betaalbare prijzen, het zou dan ook zeer onlogisch zijn om van deze IC’s geen gebruik te maken. Men koos hierbij voor de IC, genaamd XR2207. Dit is echter wel al een oud beestje, maar nog steeds goed verkrijgbaar bij verschillende fabrikanten.

Deze IC heeft 2 uitgangen. Op de ene (pen13) staat een vierkantspanning ter beschikking, op de andere (pen 14) staat een driehoekspanning ter onze beschikking. Beide signalen hebben dezelfde frequentie. Het IC heeft echter nog erg veel mogelijkheden die we niet gebruiken, vandaar dat een aantal ingangen ofwel rechtstreeks aan de massa liggen ( pennen 8 en 9 ) ofwel via een ontkoppelcondensator ( pennen 4, 5 en 7 ).

De frequentie wordt bepaald door de waarde van de condensator tussen de aansluitingen 2 en 3 en door de grote van de weerstand tussen aansluitingen 6 en de negatieve voeding. Voor het genereren van de noodzakelijke lage frequentie heeft u dan ook een zeer grote condensatorwaarde nodig, een praktische oplossing hiervoor zou het gebruik van een elco zijn.

Het probleem bij het gebruik van een elco is echter dat de spanningen op pennen 2 en 3 wisselt. De elco wordt dus gedurende een halve periode verkeerd gepolariseerd. Hier bestaat echter een eenvoudige methode voor waarbij men met behulp van elco’s een niet gepolariseerde condensator kan opbouwen. Men doet dit door twee elco’s van dezelfde waarde in serie te plaatsen, met plus aan plus of min en min. Hierbij overbrugt men ook nog eens beide de condensatoren met dioden.

Als pen 2 positief is ten opzichte van pen 3, dan gaat de diode D2 geleiden en wordt de condensator C1 tussen de genoemde aansluitingen opgenomen worden. Als de polariteit van de spanningen wisselt, dan gaat D2 sperren en D1 geleiden. C1 zal zo dus kortgesloten worden door de geleidende diode, zijn rol zal dankzij de geleidende diode D1 overgenomen worden door C2.

De frequentiebepalende weerstand is opgebouwd uit de serieschakeling van R1 en R2 en heeft een regelbereik van 1 op 100. R1 legt de maximale frequentie vast, R2 de minimale.

De schakeling mag gevoed worden met een spanning van maximaal 13. Om diverse redenen werd er gekozen voor een symmetrische voedingsspanning van 15 V ( vooral omdat deze voedingsspanning ook gebruikt word als symmetrische voeding voor de opamp ). Het is net omdat er gewerkt word met een waarde van 15 V dat men de zenderdioden D3 en D4 plaatste in de voedingsaansluitingen van het IC, we creëren met andere woorden een spanningsval. De voedingsspanning wordt gereduceerd tot een veilige spanning van 10 V. De condensatoren C3 en C4 zorgen voor een extra ontkoppeling van de voeding.

Door middel van de schakelaar S1 kan men ofwel voor driehoek ofwel voor blok kiezen ( door deze naar de rest van de schakeling te leiden ). Het is met andere woorden ook logisch dat deze naar de behuizing word verder geleid.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 39: gip paasvakantie

39 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Aangezien het IC een driehoeksignaal levert met een amplitude gelijk aan ongeveerde helft van de amplitude van het blokgolfsignaal, maken we gebruik van R5. We wensen namelijk dat beide signalen even groot zijn en gebruiken daarom een spanningsdeler ( door middel van het instelpotentiometertje R5 )

De volgende trap rond IC2 is een simpel versterkertje waarmee de signalen versterkt worden naar een waarde van 20 V top-tot-top, de versterking zelf wordt regelbaar gemaakt door middel van de potentiometer R8.

Is schakelaar S2 gesloten, dan verschijnt de volle 20V over de potentiometer R11, op die mannier kan men de uitgangsspanning instellen tussen 0 en 10 V. Na R11 volgt een buffer, opgebouwd rond IC3. De buffer zorgt voor een lage uitgangsimpedantie, zonder de grootte van de spanning te beïnvloeden.

Het IC genaamd XR2207 krijgt van ons, wegens diens belangrijke functie, een woordje uitleg extra.

Het IC genaamd XR2207 is een spanningsgestuurde oscillator, ook wel een voltage controlled oscillator genoemd (VCO). Een VCO is in principe niets meer dan een door een spanning aangestuurde oscillator.

De spanning die op de input van de VCO wordt aangelegd, bepaald de frequentie van de oscillator.

Ter verduidelijking enige informatie over de oscillator zelf, een oscillator is een schakeling die een periodiek signaal opwekt.

De XR2207 is zoals eerder gezegd een spanningsgestuurde oscillator, dit wil zeggen dat deze de mogelijkheid heeft om een periodiek signaal op te wekken waarvan de frequentie regelbaar is door de spanning die op de input aangesloten word. De XR2207 kent 2 uitgangssignalen, een vierkantspanning en een zaagtandspanning.

De frequentiebepalende weerstand is opgebouwd uit de serieschakeling van R1 en R2 ( zie schema) en heeft een regelbereik van 1 op 100. R1 legt de maximale frequentie vast, R2 de minimale. Er wordt met andere woorden gebruik gemaakt van de offset ingang van de VCO.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 40: gip paasvakantie

40 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Hieronder wordt het IC XR2207 met diens in – en uigangen weergegeven:

Zoals merkbaar zijn er verschillende frequentieafhankelijke componenten die aangesloten kunnen worden. De eerder genoemde weerstanden R1 en R2 worden samen met een zenerdiode ( die de aangelegde spanning van 15V zal verlagen tot een veilige waarde van om en bij de 10 V ) en een condensator C4 (die zorgt voor een extra ontkoppeling van de voeding) aangesloten op pen 6.

Pennen 4, 5 en 7 worden niet gebruikt en worden door middel van een ontkoppelcondensator aan massa gelegd. Pennen 8, 9 en 10 zullen ook niet gebruikt worden en zullen rechtstreeks aan de massa komen te staan.

Klemmen 13 en 14 zijn de uitgangen voor de periodieke signalen. Op klem 13 komt een vierkantspanning ter beschikking, op klem 14 een driehoekspanning. Beide signalen hebben eenzelfde frequentie die zoals eerder gezegd door de weerstanden R1 en R2 worden bepaald. Let hierbij wel op, dat indien de vierkantspanning aan de uitgang moet verschijnen , er een extra weerstandje aangebracht moet worden tussen de positieve voeding en de pen nummer 13.

Tussen klem 2 en klem 3 zou er alsook een condensator aangebracht moeten worden , deze zorgt alsook voor de bekomen frequentie waarde.

Klemmen 1 en 12 zorgen voor de voeding van de VCO.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 41: gip paasvakantie

41 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

10.2 Gelijkspanningsgenerator

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 42: gip paasvakantie

42 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Indien schakelaar S3 in de eerste stand staat ( verbonden met R13 en R16 ) , zal er een spanningsdeler gevormd worden tussen de +15 V en de – 15 V , opgebouwd tussen de weerstanden R13 , R14 en R16 . De waarde van deze componenten is zo gekozen dat over potentiometer R14 een spanning van ongeveer 2V valt , keurig verdeeld tussen -1 V en + 1V.

Door het verdraaien van de loper van deze potentiometer kan men dus iedere gewenste spanning tussen de genoemde grenzen aftakken. Deze spanning zal uiteindelijk via een buffer of spanningsvolger aan de uitgang (2) aangeboden worden .

Het is hiernaast ook mogelijk een grotere spanning op te wekken , dit doet men door de eerder genoemde schakelaar S3 om te schakelen . Hierdoor krijgt men opnieuw een spanningsdeling , maar dan tussen R12 , R14 en R15 . Door weerstandswijziging zal de spanningsdeling anders verlopen en zal er over de potentiometer een spanning van 20V komen te staan , die opnieuw gelijk verdeeld is in positief en negatief potentiaal ( - 10V en +10V ) .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 43: gip paasvakantie

43 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

C12 en C13 zullen dienst doen als ontkoppelcondensatoren , deze zullen de voedingsaansluitingen van de opamp ontkoppelen .

Het tweede deel van de versterker ( IC5) is identiek aan het eerste deel (IC4) . De schakelaars S3 en S4 hebben met andere woorden hetzelfde doel , alsook de ontkoppelcondensatoren bij beide delen van de schakeling .

Er zijn echter nog steeds 2 schakelaars die onbesproken gebleven zijn , namelijk de drukschakelaars S4 en S5 . Deze schakelaars hebben een omschakelcontact . Als u de schakelaar niet indrukt dan zullen de moedercontacten via de normaal gesloten contacten worden doorverbonden met behulp van weerstand R18. De uitgang ‘sprong uit’ ligt aan de massa . Drukt u bijvoorbeeld S4 in , dan zal de spanning die u met S3 ( voorheen uitgelegde spanningsdeling ) via de kleine weerstand R17 verbonden worden met de ‘sprong uitgang’ . Men krijgt op die uitgang dan ook een spanningssprong zoals reeds uitgelegd bij het blokschema .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 44: gip paasvakantie

44 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

10.3 Spanningsmeters

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 45: gip paasvakantie

45 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Een eerste belangrijke opmerking is dat we gebruik maken van -50µA – 0 - + 50µA draaispoelmeters . We weten zelf goed genoeg dat het gaat om spanningsmeting, echter is het zo dat we zowel positieve als negatieve spanningen willen meten en dit type analoge spanningsmeters niet meer in productie zijn . Daarom kiezen we voor analoge stroommeters die we zullen ombouwen naar de genoemde spanningsmeters .

Zie alsook de bijlagen voor informatie betreffende het bestellen van deze draaispoelmeters.

Om de net genoemde reden is er een elektronische meetschakeling opgesteld. Het te meten ingangssignaal wordt door een weerstand R26 aangeboden aan een als buffer geschakelde operationele versterker IC6 . Deze schakeling wordt gekenmerkt door een zo goed als oneindige ingangsweerstand en natuurlijk ook een spanningsversterking van 1 ( men schakelt de operationele versterker dan ook als een spanningsvolger ) .

De uitgang van de buffer of spanningsvolger stuurt de schakelaar S7 . In de stand 1V wordt de meter gestuurd uit de uitgang van de buffer via twee weerstandjes R31 en R32 , deze laatste ijkt het meetbereik . In de stand 10V moet schakelaar S7 geschakeld worden en worden tien maal zo grote weerstanden in serie met de meter opgenomen , waarbij ook weerstand R34 dient voor het ijken van het meetbereik .

De offset zorgt ervoor dat er op de uitgang van de buffer toch een al dan niet zeer kleine spanning verschijnt, zelf als de ingang aan de massa ligt . Deze offset moet gecompenseerd worden en dat wordt gedaan door aan de positieve ingang van de opamp een kleine instelspanning aan te leggen . Twee zenerdioden D5 en D6 worden gebruikt voor het genereren van een kleine positieve en kleine negatieve spanning . Tussen beide spanningen staat een instelpotentiometer R29 , de loper van deze potentiometer gaat naar de positieve ingang van de opamp door middel van twee zeer grote weerstanden R27 en R28 . Bij het instellen of afregelen van de opamp trainer kan men deze instelpotentiometer gebruiken om bij open ingang de uitslag van de meter exact op nul af te regelen .

De ingangsweerstand van de meterschakeling wordt bepaald door de waarde van R27 en R28 en is dus 20MΩ ( twee maal 10MΩ ) , dit is meer dan voldoende om zonder beïnvloeding in wat voor soort schakeling dan ook te kunnen meten .

Deze volledige werkwijze wordt ook toegepast voor de 2 andere draaispoelmeters .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 46: gip paasvakantie

46 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

10.4 Symmetrische voeding

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 47: gip paasvakantie

47 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De twee 15V uitgangen van de transfo worden door middel van een bruggelijkrichter (4 in brug geschakelde dioden ) gelijkgericht en leveren gelijkspanningen van ongeveer 20V . Deze spanningen zullen hierop volgend aan de ingangen van de geïntegreerde stabilisatoren van het type 7815 (IC9) en 7915 (IC10) . De gestabiliseerde uitgangsspanningen van ongeveer 15V worden nog eens extra ontkoppeld en voeden de geïntegreerde schakelingen van de trainer . Beide spanningen en de massa worden ook nog eens door middel van twee driepolige connectoren naar buiten gevoerd voor het voeden van de testbordjes . Het is namelijk zo dat de testbordjes moeten gevoed worden met een symmetrische voeding

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 48: gip paasvakantie

48 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

10.5 Experimenteerprintje

Het printje bevat een 741 opamp , enkele onderdelen voor de voeding van de opamp en verder een groot aantal soldeerlipjes van waarop men telkens de experimenteerschakeling bouwt .

De voedingsaansluiting van de opamp worden niet rechtstreeks gevoed uit de beschikbare 15V ( zie voeding , maar worden door twee zenerdioden gereduceerd tot een 10V . Bij een aantal experimenten is het zo dat de opamp volledig uitgestuurd zal worden , wat zal betekenen dat de uitgangsspanning zo goed als gelijk aan de ingangsspanning zal zijn .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 49: gip paasvakantie

49 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Indien men met een ingangsspanning van 15V zou werken , zou dit betekenen dat men een spanning van om en rond de 13V zou bekomen , de draaispoelmeters zouden dit echter niet aankunnen en de naald zou volledig naar de hoek slaan ( wat nadelige gevolgen kan hebben voor het meettoestel ) .

Om die reden kiest men voor een verlaagde voedingsspanning , zo kan de uitgang van de opamp nooit groter dan 10V worden . Twee elektrolytische condensatoren zullen voor de ontkoppeling van de voedingsspanning zorgen , terwijl twee weerstanden met de waarde van 1 kilo ohm een permanente stroom door de zenerdioden zullen sturen , wat de stabiliteit van de spanningen bevordert . Verder is er ook nog een instelpotentiometertje aanwezig waarmee opnieuw de offset van de opamp geregeld kan worden . Verder is er ook nog plaats voor extra componenten die bij het experimenteren aangevuld worden ( markering van A tot en met I ) .

Experimenteerprint 1 :

Experimenteerprint 2 :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 50: gip paasvakantie

50 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

11 Simulatie

11.1 Simulatie op gelijkspanningen

Dit deel van de schakeling heeft als doel een regelbare spanning aan te kunnen bieden aan de uitgang . Dit wordt gedaan door middel van spanningsdeling . De spanning moet regelbaar zijn tussen +1 en -1V in stand 2 van de schakelaar : er treedt een spanningsdeling op tussen R13,R14,R16 waarbij de waarden zo gekozen zijn dat over R14 2 V komt te staan , keurig verdeeld tussen +1 en -1V . In stand 1 , moet de spanning regelbaar zijn tussen +10 en -10V , ook hierbij zijn de componenten zo gekozen dat er 20V over R14 komt te staan , alsook zeer symmetrisch verdeeld .

De afgetakte spanning wordt door middel van een bufferschakeling aan de uitgang aangeboden . Door het wijzigen van de waarde van R14 zou men de spanning aan de uitgang alsook moeten kunnen wijzigen tussen de beschikbare waarden , met andere woorden tussen + 1V en -1V in stand 2 en tussen +10V en -10V in stand 1.

Hieronder vindt u het schema waarbij de spanning regelbaar is tussen +10V en -10V . U merkt dat er een scoop, aangesloten is om het uitgangssignaal ( gelijkspanning ) zichtbaar te maken . Zoals merkbaar staat R14 in deze schakeling ingesteld op 50% , ten gevolge hiervan zou de uitgangsspanning 0V moeten bedragen , zoals zichtbaar in het scoopraster op volgende pagina .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 51: gip paasvakantie

51 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Gaan we nu de potentiometer instellen op 100% , zou de waarde moeten stijgen tot -10V . Ook dit wordt hieronder weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 52: gip paasvakantie

52 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 53: gip paasvakantie

53 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Gaan we nu echter de potentiometer op 0% instellen , zou de spanning moeten stijgen tot diens maximum : +10V . Opnieuw een schema en het scoopraster .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 54: gip paasvakantie

54 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Als allerlaatste stap tonen we het scoopbeeld waarbij de potentiometer varieert tussen 0% en 100% . Op die mannier wordt meteen ook getoond dat de verschillende tussenwaarden ook mogelijk zijn . U zal met andere woorden de spanning zien stijgen van -10V tot en met +10V en opnieuw tot -10V. Wel eventjes opmerken dat de potentiometer zo ingesteld staat dat deze wijzigt in stappen van 5% .

Zoals merkbaar treed er een spanningswijziging op aan de uitgang . Het gaat hier nu met andere woorden om een regelbare gelijkspanning .

Gaan we nu echter ook nog eens Tijdsschaal vergroten , wordt het resultaat nog beter zichtbaar.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 55: gip paasvakantie

55 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Nu kunnen we dit proces ook nog eens herhalen met andere weerstandswaarden , men doet dit door middel van de schakelaar van stand te wisselen . Zoals eerder gezegd zou er door middel van de spanningsdeling 2V over R14 moeten komen te staan . Hieronder vindt u het schema waarbij men de spanning kan regelen tussen +1 en -1 V .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 56: gip paasvakantie

56 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals merkbaar is er naast het omschakelen van de schakelaars niets aan de schakeling verandert . De spanningsdeling zal nu de rest van het werk uitvoeren , want ook hier zijn de weerstanden zo gekozen dat deze ervoor zullen zorgen dat er 2V , keurig verdeeld over +1 V en -1V beschikbaar zullen gesteld worden aan de uitgang.

Indien we R14 opnieuw instellen met als waarde 50% zou er opnieuw geen spanning aan de uitgang mogen verschijnen , we controleren dit eventjes .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 57: gip paasvakantie

57 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals eerder gezegd moet , indien de potentiometer op 100% ingesteld is , de uitgangsspanning zakken tot diens minimum , in dit geval zou dit -1V moeten zijn . Ook dit testen we eens uit .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 58: gip paasvakantie

58 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Het verkregen resultaat lijkt te kloppen . Nu is het op zich logisch dat indien we de waarde van de potentiometer naar 0% laten gaan , de maximale spanning aan de uitgang moet beschikbaar gesteld worden .

Allerlaatst testen we uit of de tussenresultaten aan de uitgang verkregen worden . Hierbij zullen we de tijdsbasis zo kiezen dat de verschillende tussenresultaten zichtbaar worden op de scoop . Eventjes de opmerking maken dat de potentiometer wijzigt in stappen van 5% .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 59: gip paasvakantie

59 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

11.2 Spanningssprong

Zoals ook merkbaar in het praktisch schema wensen we een spanningssprong te verkrijgen . Men kan een dergelijke spanningssprong verkrijgen tussen +1 en -1V of +10 en -10V . Door middel van het aanpassen van de potentiometer kan men ook een spanningssprong tussen de tussenwaarden bereiken . Zoals bij de vorige simulatie uitgelegd zijn de spanningswaarden afhankelijk van de stand van de schakelaar en de potentiometer . Aangezien de werking door middel van de potentiometer reeds aangetoond is gaan we hierbij enkel nog de spanningssprong uittesten voor volgende waarden : +1V , -1V ( stand 2) en +10V , -10V (stand 1 ) . Men kan wisselen tussen de maximale en minimale waarden door middel van het aanpassen van de waarde van de potentiometer ( 100% , 0% ) .

Hieronder is het schema getekend met schakelaar in stand 1 en de potentiometer ingesteld op 0%. Indien we schakelaar J3 bedienen moet het signaal aan de scoop aangeboden worden . Praktisch gebruiken we een drukknop waardoor we steeds een spanningssprong of spanningsstoot verkrijgen aan de uitgang . Tijdens deze simulatie wordt dit nagebootst door de schakelaar snel aan en uit te schakelen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 60: gip paasvakantie

60 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 61: gip paasvakantie

61 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals merkbaar krijgen we een spanningssprong aan de uitgang aangeboden . Nu veranderen we de waarde van de potentiometer naar 100% , men zou een negatieve sprong moeten verkrijgen aan de uitgang , we testen dit eventjes uit .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 62: gip paasvakantie

62 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Schakelaars J1 en J2 worden van stand gewijzigd , men zou nu een spanningssprong moeten verkrijgen van -1V , ook dit testen we even uit .

Nu stellen we de potentiometer opnieuw in op 0% , we verkrijgen een spanningssprong naar +1V .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 63: gip paasvakantie

63 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

11.3 De opamp

Vb. Als we op de inverterende ingang een spanning aansluiten, zal de versterkte uitgangsspanning geïnverteerd zijn (in tegenfase).

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 64: gip paasvakantie

64 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Vb. Sluiten we daarentegen op de niet-inverterende ingang een spanning aan, dan is de versterkte uitgangsspanning niet geïnverteerd (in fase)

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 65: gip paasvakantie

65 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

12 Experimenten met het experimenteerprintje

Het hoofddoel van de Universele opamp-trainer is nog steeds het uitvoeren van experimentjes op de experimenteerprintjes . Echter is het totaal onverantwoord geen uitleg te bieden bij deze experimenten . Het is om die reden dat we bij elk experimentje zowel de theoretische als de praktische kant uitbundig bespreken .

De theoretische hulp heeft vooral tot doel het helpen begrijpen van de uit te voeren proeven , wat is een praktische proef immers waard zonder de nodige voorafgaande theoretische kennis. Of makkelijker gezegd “ Wat ben je met een experiment , als je niet eens weet wat je eigenlijk aan het doen bent” .

Door te kijken in de inhoudstabel vindt u alle mogelijke schakelingen die bekomen kunnen worden met behulp van de universele opamp-trainer en het experimenteerprintje .

Bij de proefjes geven we steeds een aansluitschema , het is belangrijk de schakeling steeds goed te controleren vooraleer aan te sluiten en de voorafgaande tekst goed door te lezen . Verder wensen wij de uitvoerder veel succes tijdens het proefverloop, in bijlage is alsook een labobundel aanwezig die het mogelijk maakt voor de gebruiker om diens kennis bij het experimenteren te verruimen en / of op de proef te stellen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 66: gip paasvakantie

66 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

13 De offset van de opamp

Vooraleer we effectief aan het werk gaan , lijk het ons logisch toch een klein woordje uitleg te bieden over de offset van de opamp . Dit aangezien we het bij de komende experimentjes verschillende malen zullen hebben over dit verschijnsel en dat een woordje vooraf hierbij toch ook wel weer een noodzaak is .

Nevenstaand figuur geeft een eenvoudige voorstelling van een ingangstrap van een opamp weer . Twee transistoren T1 en T2 zijn geschakeld als verschilversterker ( gemeenschappelijke emitter ) . De basis van de ene transistor vormt de positieve ingang van de opamp ( + in) , de basis van de overstaande transistor vormt de negatieve ingang van de opamp ( - in ) .

Beide de transistoren geleiden , er staat met andere woorden een basis-emitterspanning van ongeveer 0,7 V .

In theorie zou Ube1 gelijk moeten zijn aan Ube2 , maar in de praktijk is dat nooit het geval , het is namelijk zo dat die parameter afhankelijk is van de constructie van het IC , temperatuur van de omgeving en nog een heleboel andere beïnvloedende factoren .

Het is dat verschil , tussen die twee basis-emitterspanningen die men de offsetspanning noemt .

De twee spanningen worden door de opamp als een deel van het ingangssignaal aanzien Het kleinste verschil tussen beide de ingangen zal uiteindelijk 200 000 maal versterkt worden en leiden tot een ongewenste spanningsversterking .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 67: gip paasvakantie

67 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

14 De Opamp als buffer versterker

14.1 De Bufferversterker

De bufferversterker ( soms ook wel gewoonweg de buffer genoemd ) is een schakeling die het aan de ingang aangeboden signaal zo min mogelijk zal beïnvloeden , maar wel als een soort van impedantietransformator zal werken . De ingangsimpedantie van een buffer is zeer groot , de uitgangsimpedantie zeer laag . De spanningsversterking is gelijk aan 1 .

Men gebruikt de bufferversterker indien rechtstreekse koppeling van de ene schakeling aan de andere problemen kan veroorzaken .

14.2 De opamp als bufferversterker

In principe is het mogelijk om met behulp van een transistor , enkele condensatoren en weerstanden een zeer eenvoudig voorbeeld van een bufferversterker te verkrijgen , namelijk de emittervolger . Echter zal deze schakeling nog steeds enkele kostbare onderdelen bevatten , een simpele maar doeltreffende optie zou in dat geval het gebruik zijn van de opamp als bufferversterker .

Indien we gebruik maken van een bufferversterker , verwachten we natuurlijk dat de opamp een versterkingsfactor zal hebben van 1 , dat een spanning aan de ingang van de schakeling eenzelfde spanning aan de uitgang zal veroorzaken . Indien we echter de specificaties van de opamp bekijken merken we dat de opamp een versterkingsfactor van maar liefst 200 000 kent , deze terug dringen tot een factor die een even groot aantal kleiner is , is dus makkelijker gezegd dan gedaan .

Nu heerst natuurlijk nog steeds de vraag hoe men een spanningsversterking van 1 weet te bekomen . In principe is dit zeer simpel te bepalen aan de hand van onderstaande formule:

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 68: gip paasvakantie

68 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

In dit geval is Rt de weerstand die zich bevind tussen de minklem van de opamp en de uitgang . De weerstand R1 is de weerstand die men in serie schakelt met de positieve klem van de opamp .

Voor de weerstand R1 wordt de waarde van 4,7 MΩ gekozen , verder wordt er gebruik gemaakt van een weerstandswaarde van 470Ω voor Rt .

Men kan aan de hand van een zeer simpele berekening de spanningsversterking bepalen :

Au=1,0001

Zoals merkbaar is de spanningsversterking zo goed als gelijk aan 1 , hetzij iets hoger .

Hieronder wordt het aansluitschema weergegeven zoals deze op het experimenteerprintje dient geschakeld te worden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 69: gip paasvakantie

69 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

15 De opamp als omkeerversterker

15.1 De omkeerversterker

Een omkeerversterker is het type versterker dat het signaal letterlijk om zal keren . Natuurlijk kan het woord omkeren zeer ruim opgevat worden , met omkeren bedoelt men eigenlijk het veranderen van polariteit . Het signaal zal met andere woorden diens polariteit zien omwisselen , zonder dat de grootte van het signaal verandert. Het omgekeerde of inverse van een signaal ontstaat in principe bij spiegeling rond de horizontale nul-as . Hieronder vindt u dan ook een weergave van een dergelijk ‘omgekeerd’ signaal ten opzichte van het origineel ingangssignaal .

15.2 De opamp als omkeerversterker

Om de opamp te kunnen gebruiken als omkeerversterker , worden er drie weerstandjes van deze geëist . Het is met andere woorden opnieuw een zeer makkelijk realiseerbaar schema. Hieronder zal u het basisschema van de omkeerversterker met behulp van een opamp weervinden .

Aangezien we een omgekeerd signaal wensen te bekomen is het op zich logisch gezien zo dat we een versterkingsfactor van -1 wensen te bekomen . Om dit te bekomen dienen we de opamp te schakelen als een inverterende versterker , hiernaast dient ook de versterkingsfactor ( net zoals bij de bufferversterker ) met behulp van de weerstandswaarden gelijk gemaakt te worden aan 1 .

Indien we de opamp wensen te schakelen als een inverterende versterker dienen we de opamp te schakelen zoals in het eerder weergegeven schema .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 70: gip paasvakantie

70 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Voor een inverterende opampversterker kan men de spanningsversterkingsfactor bepalen aan de hand van volgende formule :

Aut = - ( Rt/R1 )

Indien we een spanningsversterkingsfactor van -1 wensen te bekomen , is het zo dat we voor Rt en R1 gelijke weerstandswaarden moeten kiezen . Een voorbeeldwaarde zou 100K zijn . Het is in dat geval zo dat Rt/R1 zo goed als gelijk zal zijn aan 1 en je met andere woorden een spanningsversterkingsfactor van -1 zal bekomen .

Echter moet hierbij steeds rekening gehouden worden met de tolerantiewaarde , deze zal er immers maar al te vaak voor zorgen dat de spanningsfactor niet exact -1 zal bedragen . We gaan hierbij verder met de gekozen weerstandswaarde van 100K , stel nu dat deze een tolerantie zou kennen van 5% , dan zou dit een degelijke invloed uitoefenen op de bekomen spanningsversterkingsfactor . Het zou immers volgens uitersten mogelijk zijn dat Rt een waarde zou kennen van 105K en R1 een waarde van 95K . In dat geval zou de spanningsversterkingsfactor -1,1 bedragen.

Aangezien we van een omkeerversterker verwachten dat deze het signaal omkeert of spiegelt , zonder een wijziging in de grootte door te voeren , is het dan ook zo dat we een precieze spanningsversterkingsfactor aanraden . Des te kleiner de tolerantiewaarde , des te kleiner de kans op een onprecieze versterkingsfactor .

U kunt de schakeling snel op de experimenteerprint opbouwen en verbinden met de opamp-trainer , waarbij u de drie meters en de gelijkspanningsgenerator op het bereik ’10V ‘ schakelt .

De positieve ingang van de opamp ligt op massapotentiaal .Het wekt dan ook geen verbazing dat u op meter M2 steeds 0V afleest . Als de positieve ingang op 0V staat , dan zal de schakeling er naar streven ook de negatieve ingang op 0V te zetten . De inverterende werking wordt duidelijk door aan de ingang een spanning van bijvoorbeeld +5V aan te leggen en de spanning op de uitgang (M3) af te lezen , deze dient dan -5V te zijn .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 71: gip paasvakantie

71 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

16 De opamp als niet-inverterende versterker

16.1 De niet-inverterende versterker

Zoals uit de benaming van dit type versterker al valt af te leiden , gaat het hier om een versterker van het niet-inverterende type . Praktisch houdt dit in dat de versterkingsfactor positief zal zijn en hoger zal zijn dan 1 , anders kan men immers niet van een versterking spreken . De uitgangsspanning van een niet-inverterende versterker zal zo continu in fase zijn met de ingangsspanning , dit wil zeggen dat een spanningsverhoging aan de ingang ook een spanningsverhoging aan de uitgang zal teweeg brengen .

16.2 De opamp als niet-inverterende versterker

Allereerst is het een noodzaak een weergave te bieden van het basisschema , vandaar dat u meteen hieronder het basisschema aantreft voor dit doeleinde .

Zoals merkbaar is deze schakeling relatief makkelijk te realiseren met behulp van slechts 3 weerstanden , waarvan 2 dienen geschakeld te worden tussen de uitgang en de negatieve klem . Het zijn deze 2 weestanden die van groot belang zijn voor het bepalen van de spanningsversterkingsfactor . Deze kan namelijk bepaald worden via onderstaande formule:

Aut = 1 + (Rt/R1)

Zoals al snel merkbaar zal de spanningsversterkingsfactor sowieso hoger dan 1 weten te zijn , waardoor we in elk geval effectief van een versterking kunnen spreken . Het is in principe ook zo dat er zeer grote spanningsversterkingen kunnen plaatsvinden door keuze van deze weerstanden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 72: gip paasvakantie

72 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De waarde van weerstand R2 is minder kritisch , meestal kiest men voor deze een waarde die ongeveer gelijk is aan die van Rt // R1 . Men kan de waarde van R2 dan ook bepalen aan de hand van volgende berekening :

R2 = ( Rt x R1 ) / (Rt + R1 )

Hierboven wordt de schakeling zoals die op één van de experimenteerprinten dient gemaakt te worden weergegeven . Aan de ingang sluit men een instelbare gelijkspanning V aan , de punten M1 , M2 en M3 verwijzen zoals gewoonlijk naar de drie draaispoelmeters op de trainer en dienen aldus daar aangesloten te worden . Als u de trainer inschakelt , zult u steeds vaststellen dat de uitgangsspanning steeds tien maal groter zijn dan de ingangsspanning . Het is dus duidelijk dat u de ingangsspanning moet beperken tot het gebied van +1V . Indien u grotere spanningen zou kiezen dan deze aangegeven waarden , dan zal de uitgang van de opamp vastlopen tegen de voedingsspanningen .

Je kunt je de schakeling ook voorstellen als een wip. Het scharnierpunt stelt de -ingang voor, en de planklengtes ter weerszijden stellen de weerstanden R1 en R2 voor. Bij de wip uit de speeltuin zit het scharnier in het midden en zijn R1 en R2 gelijk. Je weet uit je jeugdervaringen wel dat de ene kant net zoveel omhoog gaat als de andere kant naar beneden gaat. Je kunt een wip natuurlijk ook met verschillende planklengtes maken. (doe voor het gemak even of de plank zelf niets weegt) De uitslagen die de plank-einden maken zijn evenredig met de lengte verhouding.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 73: gip paasvakantie

73 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

17 De opamp als inverterende versterker

17.1 Inverterende versterker

Zoals uit de benaming van dit type versterker al valt af te leiden , gaat het hier om een versterker van het inverterende type . Praktisch houdt dit in dat de versterkingsfactor negatief zal zijn en hoger zal zijn dan 1 , anders kan men immers niet van een versterking spreken . De uitgangsspanning van een inverterende versterker zal zo continu in tegenfase zijn met de ingangsspanning .Een spanningsverhoging aan de ingang zal ook een spanningsverhoging aan de uitgang teweeg brengen, dit weliswaar binnen de versterkingsmogelijkheden van de opamp en zijn schakeling.

17.2 De opamp als inverterende versterker

Zoals we kunnen zien is deze schakeling relatief gemakkelijk op te bouwen .De versterkingsfactor wordt bepaald door de verhouding van R1 en R2.Voor R3 wordt de vervangingsweerstand van de parallelschakeling van R1 en R2.We merken ook dat de ingangsimpedantie Zi volledig wordt bepaald door de weerstand R1.Vanwege deze eigenschap is deze schakeling zeer geschikt in toepassingen waar men een bepaalde waarde nodig heeft als afsluitimpedantie , zie microfoons.

A=

R3 =

Zi = R1

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 74: gip paasvakantie

74 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De schakeling zoals deze dient opgebouwd te worden , wordt hierboven weergegeven . Sluit de ingang 4 aan op één van de gelijkspanningsbronnen van de trainer ( ingesteld op + 0,5 V ) en de getekende punten op de drie metertjes . Als het apparaat ingeschakeld wordt zal M3 inderdaad -5V gaan aanwijzen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 75: gip paasvakantie

75 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

18 De opamp als mengversterker

18.1 Mengversterker

Mengschakelingen worden vaak toegepast in schakelingen die men zelf thuis als geluidshobbyist maakt. Eenvoudige mengertjes en allerlei geluidseffectschakelingen ( echo , nagalm , vierkanaals , basisbreedteregeling, ruisonderdrukkers) waar een mengschakeling een fundamenteel onderdeel vormt.

De basis van een (goede) mengversterker is de inverterende versterker die al eerder aan bod is gekomen. Deze noemt men dan een actieve menger aangezien er een actief element in dit geval een opamp bij betrokken is. Dit in tegenstelling tot de passieve mengers die alleen met weerstanden werken.

18.2 De opamp als mengversterker

Zoals we kunnen zien is deze schakeling relatief gemakkelijk op te bouwen .

De versterkingsfactor wordt bepaald door de verhouding van R1 en R4 of R2 en R4.

Voor R3 wordt de vervangingsweerstand van de parallelschakeling van R1, R2 en R4.

We merken ook dat de ingangsimpedantie Zi volledig wordt bepaald door de weerstand R1 en/of R2 aan de hand van welke ingang(en) we “actief” maken.

A1= A2=

R3=

Zi1 = R1 Zi2 = R2

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 76: gip paasvakantie

76 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Een mengversterker is eigenlijk niets meer dan een optelschakeling.

We kunnen deze zeer simpel verduidelijken met een simpele formule.

Uuit = - ((A1 x U1) + (A2 x U2 ))

Het minteken wijst erop dat het een inverterende versterker is .

(A1 x U1 ) zegt ons dat U1 een versterking ondergaat die voorgesteld wordt door A1.

(A2 x U2 ) zegt ons dat U2 een versterking ondergaat die voorgesteld wordt door A2.

Deze twee samen vormen dan het uitgangssignaal aangezien deze beiden parallel aan de ingang en de gemeenschappelijke weerstand R4.

Het schema van de menger op het experimenteerprint

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 77: gip paasvakantie

77 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

19 De opamp als rekenschakeling

19.1 Rekenschakeling

De rekenschakeling is in feite niets meer dan een optelschakeling (mengschakeling)

of een verschilversterker. Waarbij A - B = C present staan voor de verschillende spanningen.

A en B zijn de 2 ingangsspanningen waarbij de ene van de andere afgetrokken wordt en het eindresultaat als C wordt weergegeven aan de uitgang.

19.2 De opamp als rekenschakeling ( Verschilversterker)

Zoals we kunnen zien is deze schakeling relatief gemakkelijk op te bouwen .

R1 en R3 dienen om een vaste spanningswaarde U1 op de opamp aan te brengen die dan kan worden vergeleken met de 2de spanning U2 die we op R2 en R4 aansluiten.

Aangezien R1 = R2 = R3 = R4

is Uuit = U2 – U1

Bij precisie metingen moeten we wel rekening houden dat we weerstanden met een zo klein mogelijke tolerantie nemen (1%). Hiervoor raden we deze keuze van weerstanden dan ook aan , alhoewel dit geen verplichting hoeft te zijn zal het toch een voordeel bieden bij de nauwkeurigheid van de werking van de gebouwde schakeling. Voor alle duidelijkheid delen we nogmaals mee dat dit enkel en alleen een echte noodzaak is wanneer de absolute nauwkeurigheid nodig hebben , tenzij we twee spanningen zeer nauwkeurig van mekaar af moeten trekken is het met andere woorden geen probleem gebruik te maken

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 78: gip paasvakantie

78 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

van de normale gekende en frequent gebruikte weerstanden met een tolerantiewaarde van 5% .

Aan de hand van bovenstaande figuur zal het u niet al te veel moeite kosten de verschilversterker op een van de experimenteerprinten te toveren . We hebben reeds eerder aanbevolen precisieweerstanden te gebruiken . Aangezien we hier echter niet perse nood hebben aan die absolute nauwkeurigheid vormt het zeker en vast geen probleem als er weerstanden met een tolerantiewaarde van 5% uit de kast gehaald worden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 79: gip paasvakantie

79 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

20 De opamp als differentiator

20.1 Differentiator

Een differentiator is een schakeling waarbij de uitgangsspanning recht evenredig is met de snelheid waarmee het ingangssignaal van waarde verandert , zoals bij bijvoorbeeld een sprong van 0V naar 10V of van 10V naar 0V.

Hoe sneller de sprong gebeurt hoe groter de waarde zal zijn van de uitgangsspanning.

Echter bij een constante gelijkspanning zullen we aan de uitgang 0 V meten.

We zien ook in de schakeling dat de condensator dient om het ingangssignaal aan de ingang van de opamp te plaatsen, en met de weerstand die dient om de inverterende ingang terug te koppelen naar de ingang.

20.2 De opamp als differentiator

Zoals we kunnen zien is deze schakeling relatief gemakkelijk op te bouwen .

Zoals we weten bestaat een differentiator uit een RC netwerk waarbij we over de weerstand meten. Hier is dat ook het geval met C1 en R1 als terugkoppeling geschakeld.

De positieve ingang ligt aan de massa door behulp van weerstand R2.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 80: gip paasvakantie

80 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De spanningssprong krijgen we door een bron met een schakelaar te plaatsen of wij gebruiken de ingebouwde sprong van onze universele opamp trainer die sprongen ondersteund.

Als verloop zouden we krijgen:

Hier zien we nog eens duidelijk dat er enkel een uitgangssignaal is wanneer de ingangsspanning een sprong maakt, hier bestaande uit sprongen van 0V naar 5V en van 5V naar 0V.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 81: gip paasvakantie

81 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

U kunt aldus bovenstaande schakeling op uw experimenteerprint schakelen . Verbind de uitgang met een van de meters en de ingang met een van de twee gelijkspanningsuitgangen . Bij het inschakelen van het apparaat gaat de uitgang naar 0 V . Verdraai nu de potentiometer , die de waarde van de ingangsspanning bepaalt en let op de reactie van de meter .

Telkens u aan de potentiometer draait , zult u de meter even zien uitslaan . Als u de potentiometer met rust laat gaat de uitgang weer naar nul . Hoe sneller u de potentiometer verdraait , met andere woorden hoe sneller u de waarde van de ingangsspanning wijzigt , des te groter de uitslag van de meter zal worden en hoe meer uitgangsspanning de differentiator opwekt . Deze werking voldoet met andere woorden dus volledig aan de gestelde eisen en de definitie van de differentiator .

Bij het tweede deel van dit experiment richten we ons vooral op de differentiator binnen de praktijk . Aangezien u zichzelf nu misschien wel afvraagt wat men specifiek met een differentiator kan aanvangen binnen de praktijk , komen wij al meteen met een antwoord op uw vraag . U kunt er bijvoorbeeld plotselinge spanningssprongen mee detecteren .

Verbind hiervoor de ingang van het experiment met de spanningssprong van uw trainer en stel de twee gelijkspanningen van de trainer in op +5V respectievelijk -5V .

Als u niets doet , dan is de uitgangsspanning van de schakeling nul . Logisch , want er treed immers geen spanningsverandering op aan de ingang . Druk nu een van de drukknopjes in , waardoor de ingangsspanning plotseling naar +5V of -5V gaat . De uitgang reageert prompt en wekt een smalle negatieve of positieve puls op . Dat ziet u aan de snelle en forse meteruitslag . Als de ingangsspanning een positieve sprong doorloopt , dan zal de uitgangsspanning een negatieve puls opweken . Er zit dus en inverterende werking in de schakeling , wat u niet hoeft te verbazen , want de ingangsspanning is aangesloten op de inverterende ingang van de opamp .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 82: gip paasvakantie

82 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

21 De opamp als Integrator

21.1 Integrator

Een integrator is een schakeling die identiek is aan de differentiator maar waarbij de condensator en de weerstand zijn verwisseld zodat nu de weerstand de ingang vormt en de condensator de inverterende uitgang terugkoppelt naar de ingang.

21.2 De opamp als integrator

Zoals we kunnen zien is deze schakeling relatief gemakkelijk op te bouwen .

Zoals we weten bestaat een integrator uit een RC netwerk waarbij we over de condensator meten. Hier is dat ook het geval met R1 en C1 als terugkoppeling geschakeld.

De positieve ingang ligt aan de massa door behulp van weerstand R2.

De spanningssprong krijgen we door een bron met een schakelaar te plaatsen of wij gebruiken de ingebouwde sprong van onze universele opamp trainer die sprongen ondersteund.

Als verloop zouden we krijgen:

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 83: gip paasvakantie

83 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Hier zien we dat de condensator oplaadt wanneer er een ingangssignaal is, weliswaar in tegenfase aangezien het hier om een inverterende versterker gaat.

Wanneer er geen ingangssignaal aangeboden word zal de condensator zijn waarde behouden.

De schakeling zoals deze dient geschakeld te worden op uw experimenteerprint is hierboven weergegeven . Zoals merkbaar gaat u de spanningssprong gebruiken als ingang voor de integrator . Door inschakelverschijnselen bij het inschakelen van de voeding kan het voorkomen dat de uitgangsspanning een van nul afwijkende waarde aanneemt . Is dat het geval , dan moet u de condensator even kortsluiten , waardoor de uitgang naar nul gaat en op deze waarde blijft . Druk nu enkele seconden op een van de knopjes voor het opwekken van een spanningssprong .

De uitgangsspanning van de schakeling zal langzaam stijgen of dalen ; Dat kunt u prachtig in de gaten houden op uw analoge uitgangsmeter ? Na het loslaten van de knop blijft de spanning op de uitgang constant op de laatst gemeten waarde . Druk nu het andere knopje in . De uitgangsspanning gaat weer langzaam van waarde veranderen , maar nu in tegengestelde richting .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 84: gip paasvakantie

84 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

22 De opamp als trapspanningsgenerator

22.1 Trapspanningsgenerator

Een trapspanningsgenerator genereert een stijgende of dalende trapspanning die in gelijke periodes eenzelfde spanning verhoogt of verlaagt.

Voorbeeld van een positieve trapspanning;

We zien dat op tijdstip t0 de spanning van 0V stijgt naar 1V en daarna op tijdstip t2 stijgt naar 2V en zo een constante verhoging van de spanning naarmate de tijd ook in constante delen verloopt.

Maar dit kan niet door blijven gaan, want zoals we kunnen zien zal de spanning na n tijd in elkaar zakken en een nieuwe cyclus starten.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 85: gip paasvakantie

85 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

22.2 De opamp als trapspanningsgenerator

We zien de basiseigenschap van een integrator , een condensator tussen de inverterende uitgang en de ingang van de opamp.

Op de ingang sluiten we een functiegenerator aan die bij ons zit ingebouwd in de universele opamp trainer, deze met een blokspanning van 0,5V.

Door het diodenetwerkje zal bij elke negatieve sprong van het ingangssignaal (functiegenerator) de uitgang 1V positiever worden.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 86: gip paasvakantie

86 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

U schakelt het experimenteerbordje zoals onderaan vorige pagina weergegeven . Na het inschakelen van de voedingsspanning zal de uitgang van de opamp op 0 volt komen te staan . Bij iedere negatieve sprong van de ingangsspanning ziet u op de meter dat de uitgang ongeveer 1V positiever wordt en op deze waarde blijft tot de volgende negatieve sprong aan de ingang .

De grootte van de trappen aan de uitgang kunt u instellen door het variëren van de grootte van de blokspanning aan de ingang . Hoe kleiner deze spanning , hoe dichter de diverse trappen van de uitgang bij elkaar liggen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 87: gip paasvakantie

87 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

23 De opamp als comparator

23.1 Comparator

Compareren betekent vergelijken. Dus hier vergelijken we twee spanningen met elkaar.

We gebruiken 1 ingang als referentiespanning en de andere als veranderende waarde.

Wanneer de ene spanning onder de referentiespanning gaat zal de uitgang negatief uitslaan tot het maximum.

Wanneer we het tegengestelde doen zal de uitgangsspanning van maximum negatief naar maximum positief gaan.

Dus we hebben eigenlijk twee grootheden , 1 waarmee u vergelijkt en 1 die u vergelijkt.

23.2 De opamp als comparator

We zien dat beide ingangen gebruikt worden .

De ene als Vref , hier wordt de gewenste referentiespanning op aangesloten.

We hebben dan ook nog Vin , hier sluiten we de spanning aan die we willen vergelijken.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 88: gip paasvakantie

88 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Hier lichten we de werking van de schakeling grafisch toe.

We zien dat wanneer het ingangssignaal boven de referentiespanning stijgt het uitgangssignaal van negatief naar positief omschakelt, en wanneer het ingangssignaal onder de referentiespanning duikt het uitgangssignaal weer omschakelt van positief naar negatief.

Met behulp van de hierboven geplaatste schakeling is het mogelijk het basisschema van de comparator op de universele opamp-trainer te bouwen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 89: gip paasvakantie

89 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

24 De opamp als comparator met hysteresis

24.1 Comparator met hysteresis

Compareren betekent vergelijken. Dus hier vergelijken we twee spanningen met elkaar.

We gebruiken 1 ingang als referentiespanning en de andere als veranderende waarde.

Wanneer de ene spanning onder de referentiespanning gaat zal de uitgang negatief uitslaan tot het maximum. Wanneer we het tegengestelde doen zal de uitgangsspanning van maximum negatief naar maximum positief gaan. Dus we hebben eigenlijk twee grootheden , 1 waarmee u vergelijkt en 1 die u vergelijkt.

Maar bij het vergelijken is er rond de referentiespanning een marge van enkele mV.

deze kan voor storing of een slecht signaal zorgen.

24.2 De opamp als comparator met hysteresis

We zien dat beide ingangen gebruikt worden .

De ene als Vref , hier wordt de gewenste referentiespanning op aangesloten.

We hebben dan ook nog Vin , hier sluiten we de spanning aan die we willen vergelijken.

Er is nu ook nog een extra weerstand geplaatst tussen de uitgang en de positieve ingang.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 90: gip paasvakantie

90 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Hier lichten we de werking van de schakeling grafisch toe.

We zien dat wanneer het ingangssignaal boven de referentiespanning stijgt het uitgangssignaal van negatief naar positief omschakelt, en wanneer het ingangssignaal onder de referentiespanning duikt het uitgangssignaal weer omschakelt van positief naar negatief.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 91: gip paasvakantie

91 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

We zien dat er toch wat dender kan optreden wanneer we overschakelen rond de referentiespanning.

Door R2 en R3 ontstaat er een hysteresisverschijnsel:

We zien nu dat er twee referentiespanningen zijn.

Opnieuw wordt het aansluitschema voor het experimenteerprintje weergegeven , zoals hierboven merkbaar .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 92: gip paasvakantie

92 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

25 De opamp als functiegenerator

25.1 Functiegenerator

Hier schakelen we voor het eerst twee opamps .

Een functiegenerator is een schakeling die diverse signaalvormen kan opwekken.

De meest eenvoudige uitvoeringen kunnen drie en blokgolf spanningen opwekken , net zoal de schakeling die wij opbouwen.

Meer uitgebreide schakelingen kunnen hiernaast ook nog sinussen , zaagtanden en pulsen genereren.

25.2 De opamp als functiegenerator

We zien hier de 2 opamps , de ene is als comparator met hysteresis geschakeld en de andere als integrator. De comparator levert de stuurspanning voor de integrator. en de integrator levert de ingangsspanning voor de comparator.

We hebben hier dus te maken met een rondgekoppelde keten.

Hierdoor ontstaat er een periodieke terugkerende spanning.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 93: gip paasvakantie

93 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Het aansluitschema hierboven weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 94: gip paasvakantie

94 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

26 De opamp met niet-lineaire terugkoppeling

26.1 Het begrip niet-lineariteit

Gewone vaste weerstanden , zoals de frequent gebruikte koollfilmweerstanden en metaalfilmweerstanden , noemen we lineaire elementen . Dit houdt in dat er een lineair verband bestaat tussen de spanning die over de weerstand staat en de stroom die door de weerstand loopt . Ze stijgen telkens volgens een lineair verband met de andere .

Als de spanning over de weerstand verdubbelt , dan zal de stroom dit ook doen . Het verband tussen spanning en stroom wordt immers gegeven door de wet van Ohm : U = I.R

Nu valt het al te raden dat bij niet-lineaire weerstanden het niet om een rechte zal gaan , en het verband tussen spanning en stroom met andere woorden niet-lineair is .Deze niet-lineariteit wordt veroorzaakt door het feit dat de weerstand geen constante waarde heeft , maar afhankelijk is van bepaalde externe factoren .

De drie voornaamste soorten zijn :

VDR : Voltage Dependant Resistor : de weerstandswaarde wordt kleiner naarmate de spanning over het onderdeel stijft . Het gevolg is dat de stroom meer dan lineair toeneemt met stijgende spanning over het onderdeel .

NTC : Negatieve temperatuur coëfficiënt : de weerstandswaarde daalt als de temperatuur van het onderdeel stijgt . Omdat de temperatuur van een weerstand uiteraard afhankelijk is van het gedissipeerde vermogen en aldus zo ook van de stroom door en de spanning over de weerstand , is het rechtstreekse gevolg met andere woorden dus dat het verband tussen spanning en stroom niet-lineair is.

PTC : Positieve temperatuur coëfficiënt : de weerstandswaarde stijft als het onderdeel warmen wordt . Om dezelfde reden als bij de NTC veroorzaakt dit verschijnsel een niet-lineair verband tussen de spanning en stroom .

De vreemdsoortige karakteristieken van NTC en PTC zijn een gevolg van een aantal niet lineariteiten die zich opstapelen . Doordat de stroom en spanning zich niet lineair verhouden , bestaat er ook geen lineair verband tussen deze grootheden en het in de weerstand gedissipeerd vermogen . Bovendien is het verband tussen gedissipeerd vermogen en de temperatuur van het onderdeel ook niet-lineair .

Naast de drie genoemde speciale weerstanden bestaan er ook 2 andere frequent gebruikte soorten , die men ook bij de niet-lineaire weerstanden rekent . Eigenlijk niet correct , want als de weerstand van deze onderdelen constant gehouden wordt , dan gedraagt deze zich als een normale lineaire weerstand , met een lineair verband tussen spanning en stroom . Maar omdat in zogoed als alle naslagwerken de LDR en de MDR als niet-lineaire weerstand gerekent wordt , beshouwen wij deze dus ook noemenswaardig in dit experimentje . Een woordje uitleg betreffende deze 2 ;

LDR : Light Dependant Resistor : kent een weerstandswaarde die daalt als het onderdeel belicht wordt.

MDR : Magneto Dependant Resistor : heeft een weerstand die afhankelijk is van de magnetische flux die op het onderdeel invalt .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 95: gip paasvakantie

95 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De uitleg hieropvolgend noemen we eerder basisuitleg , aangezien we verder in dit boek niet op dit type weerstand ingaan , is het dan ook niet nodig een grondige uitleg te bieden , een klein woordje uitleg is anderzijds geen overbodigheid .

26.1.1 LDR-weerstanden

Lichtgevoelige of ‘Light Dependant Resistors’ kunnen uit diverse materialen gefabriceerd worden . In de meeste gevallen wordt gebruik gemaakt van gesinterd cadmium-selenide of cadmium-sulfide , waarbij de voorkeur wordt gegeven aan laatstgenoemde verbinding omdat deze zijn maximale gevoeligheid heeft voor de kleur waarbij het menselijke oog ook net zijn maximale gevoeligheid kent . Daarnaast worden echter ook bepaalde halfgeleiders gebruikt ; zoals germanium , silicium , gallium-arsenide en indium-antimoon .

De lichtgevoeligheid kan verklaard worden doordat er , in de genoemde materialen , vrij veel beweeglijke landingsdragers , gaten en elektronen , aanwezig zijn . De beweeglijkheid kan stijgen als de ladingsdragers energie absorberen van elektromagnetische straling die op het materiaal invalt . Voor het genereren van een gat-elektron-combinatie , moet er een minimale hoeveelheid aan energie aanwezig zijn . Deze waarde hangt af van het gebruikte materiaal en van soort LDR .

De energie die elektromagnetische straling kan afstaan is onder meer afhankelijk van de frequentie . Deze energie wordt uitgedrukt in elektronvolt , eV. Vandaar dat LDR’s niet voor alle soorten licht even gevoelig zijn .

Als de LDR belicht wordt , dan neemt het aantal vrije ladingsdragers in het materiaal sterk toe . De gaten emigreren naar de negatieve pool van de spanningsbron om een elektron op te nemen . De elektronen gaan naar de positieve pool van de spanningsbron om zich te koppelen aan een positief ion . Als gevolg van deze activiteit gaat er een grote stroom door de keten vloeien , het beste bewijs dat de weerstand van de LDR kleiner is geworden .

Voorbeeld van de belichting van een LDR .

Zoals reeds gezegd hangt de gevoeligheid van de LDR af van onder meer het materiaal waaruit het onderdeel vervaardigd is en van de golflengte van het licht . De spectrale gevoeligheid van een LDR wordt weergegeven in een gevoeligheidskromme .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 96: gip paasvakantie

96 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

26.1.1.1 Toepasselijk voorbeeld

Aangezien we het al een hele poos hebben over deze LDR’s , is het op zijn minst noodzakelijk een toepasselijk voorbeeld te bieden van een LDR .

Doe-het-zelvers zullen in de praktijk vaak met LDR’s uit calium-sulfide te maken krijgen . We bieden een kort overzicht van de specificaties van deze onderdelen :

- Donkerweerstand : ongeveer 100 M.

- Weerstand bij 1000 lux : 300 à 75

- Hersteltijd : 200k/s

- Maximale spanning : 150V

- Paracitaire capaciteit : 6pF

26.1.2 MDR-weerstand

De werking van deze onderdelen berust op het Gauss-effect .

Als men een stroomvoerende geleider loodrecht in een magnetisch veld brengt , dan zal dit veld proberen de ladingsdragers te laten afwijken van hun baan door de geleider .

Daardoor ontstaat een verschuiving van het stroompad door de geleider , waardoor de geleidende doorsnede kleiner wordt en de weerstand toeneemt .

Natuurlijk zal dit fysisch effect niet bij alle materialen even sterk optreden . Zuivere metalen hebben er niet erg veel last van . Men is er echter in geslaagd verbindingen te ontwikkelen die maximaal door het Gauss-effect getroffen worden .

Als praktisch voorbeeld kiezen we dit maal voor MDR’s van Siemens .

Siemens maakt bij de productie van haar MDR’s gebruik van het genoemde materiaal onder de vorm van een meander op een ceramisch substraat wordt aangebracht . Deze basisvorm is getekend in nevenstaande figuur .Philips maakt gebruik van permalloy ( een legering van ijzer en nikkel ) dat op een siliciumsubstraat wordt aangebracht . Verder worden er goudbanen tussen de permalloy-stroken aangebracht.

Omdat goud veel minder last heeft van het Gaus-effect dan permalloy wordt de stroomrichting nog meer afgebogen . De stroom loopt als het ware zigzag door de geleider

Philips brengt MDR’s op de markt waarin vier identieke weerstanden op één substraat zijn opgenomen en geschakeld als burg van Wheatstone . Hierdoor wordt niet alleen een grotere gevoeligheid bereikt , maar wordt de MDR ook minder gevoelig voor invloeden van de omgevingstemperatuur en verloopt de karakteristiek niet meer lineair .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 97: gip paasvakantie

97 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

26.1.3 NTC-weerstanden

Opnieuw richten we ons vooral op de basisleer en de praktische kant . NTC’s , die soms ook thermistoren worden genoemd , hebben een grote negatieve temperatuurscoëfficiënt . De weerstandswaarde daalt flink als het onderdeel verhit wordt . Het verband tussen weerstand en temperatuur is niet lineair .

26.1.3.1 De dissipatiefactor

Met de dissipatiefactor wordt het gedissipeerde vermogen bedoeld dat nodig is om de NTC één graad in temperatuur te laten stijgen . Deze grootheid kan afgelezen worden uit de zogenaamde dissipatiegrafiek . Een voorbeeld van een dergelijke grafiek is hieronder weergegeven .

26.1.3.2 De thermische tijdsconstante

Bij een plotselinge variatie van de buitentemperatuur duurt het een bepaalde tijd alvorens de NTC zich op de nieuwe omstandigheid gestabiliseerd. Om dit verschijnsel te definiëren heeft men het begrip ‘thermische tijdsconstante’ ingevoerd . Deze grootheid geeft de tijdsduur aan waarin een temperatuursverschil tussen omgeving en NTC nog 38% bedraagt .

26.1.4 PTC-weerstanden

De klassieke , in de huis –, tuin- en keuken-electronica toegepaste PTC wordt gemaakt met als basis bariumtitanaat . Het onderdeel heeft een soort ‘weerstandssprong’ . Dat wil zeggen dat bij een bepaalde temperatuur de weerstand zeer snel met een factor van 1000 kan en zal toenemen . Buiten dit gebied verloopt de karakteristiek vrij vlak .

Deze weerstandssprong , ook PTC-effect genoemd , is het gevolg van een tamelijk ingewikkeld fysisch proces . Het komt er op neer dat bij een bepaalde temperatuur zuurstof die tijdens het sinteren werd opgesloten wordt geabsorbeerd aan het oppervlak van de kristalkorrels . Daardoor neemt de weerstand van het materiaal sterk toe .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 98: gip paasvakantie

98 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

26.2 De opamp met niet-lineaire terugkoppeling

Tot nu toe heeft u bijna steeds een terugkoppeling tussen de uit - en ingangen van de opamp aangebracht , opgebouwd uit één weerstand . Zo een terugkoppeling noemt men lineair , omdat hij dezelfde terugkoppelingsfactor oplevert voor gelijk welke spanningsgrootte aan in – of uitgang .

Nu bestaan er echter ook niet-lineaire onderdelen . Dit zijn componenten waarvan de weerstandswaarde afhankelijk is van de grootte van de spanning over het onderdeel , of de grootte van de stroom door het onderdeel . Een voorbeeld hiervan is een gewone siliciumdiode zoals de veel gebruikte 1N4148 . Het verband tussen de spanning over en de stroom door een diode kan men aanduiden in een stroom/spanningskarakteristiek of de doorlaatkarakteristiek genoemd .

In bovenstaande schets van de doorlaatkarakteristiek van een normale siliciumdiode is het duidelijk merkbaar dat het verband tussen spanning en stroom niet lineair is , integendeel . Het is zo dat een kleine wijziging in spanning een zeer grote wijziging in stroom kan betekenen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 99: gip paasvakantie

99 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Wat betekent nu dit niet-lineair verband ? Uit de samenhang tussen spanning en stroom kan men in principe de inwendige weerstand van het onderdeel afleiden , deze wordt immers door de wet van Ohm gegeven als het resultaat van het delen van de spanning door de stroom . Een kleine stroomvariatie ten opzichte van een grote spanningsvariatie resulteert dus in een grote inwendige weerstand , een grote stroomvariatie ten opzichte van een kleine spanningsvariatie resulteert in een lage inwendige weerstandswaarde .

Indien men dan ook de spanning over een diode laat stijgen van 0V tot 0.6V , dan varieert de inwendige weerstand tussen bijna oneindig tot bijna 0 . Van deze eigenschap kan dan ook gebruik gemaakt worden voor het opbouwen van een niet-lineaire terugkoppeling bij een opamp .

Hieronder wordt het schema getekend waarbij de opamp met niet-lineaire terugkoppeling gebouwd wordt .

De ingangsspanning wordt geschakeld aan de inverterende ingang . Tussen deze ingang en de uitgang wordt er een netwerkje opgenomen , opgebouwd uit een vaste weerstand en vier dioden . Het schema voldoet aan de basiseigenschappen van een inverterende versterker.

Indien men hierbij het verband tussen de in – en uitgangsspanning zou opnemen , zou men de transfertkarakteristiek bekomen . Dit kan bijvoorbeeld gedaan worden door de ingangsspanning in stappen van 0.1 V te laten stijgen en telkens de overeenkomstige uitgangsspanning op te meten . Indien men de resultaten van deze metingen in een grafiek uittekent bekomt men een soortgelijk resultaat :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 100: gip paasvakantie

100 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals eerder gezegd zijn de voorwaarden voor een inverterende versterker vervult en zou de uitgangsspanning eigenlijk een inverse polariteit moeten hebben ten opzichte van de ingangsspanning , het is dan ook zo dat we voor het opstellen van deze grafiek gekozen hebben om te werken met absolute eenheden .

Indien u uw verbeelding ook eventjes aan het werk zet , doet bovenstaand grafiekje u ook ergens aan denken . Deze karakteristiek geeft niets anders weer dan het verloop van een kwart van de periode van een sinus . Hierbij heeft men dan ook een zeer eenvoudige omvormer gebouwd die een driehoekspanning om kan vormen naar een sinusspanning . Echter natuurlijk wel rekening houden met de inverterende eigenschappen natuurlijk.

Het grafiekje hieronder geeft dan ook deze mogelijkheid weer :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 101: gip paasvakantie

101 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals zichtbaar in de voorgaande grafiek is het wel degelijk zo dat een zaagtandspanning naar een sinusoïdale spanning kan worden omgevormd , wat dan ook te danken is aan het niet-lineair zijn van de in – en uitgang .

Dit is nu allemaal wel goed en wel , maar hoe werkt deze schakeling nu eigenlijk ? Eigenlijk is dit zeer simpel : voor kleine ingangsspanningen zijn de dioden in de terugkoppeling niet actief . De versterking van de schakeling wordt bepaald door de verhouding van de weerstanden die aan de + klem van de opamp zijn verbonden . Zoals zichtbaar op het eerder getoonde schema zijn deze weerstandswaarden aan mekaar gelijk , in dit schema werd er dan ook gekozen voor weerstandswaarden van 10k : de versterkingsfactor is dan ook gewoonweg gelijk aan 1.

Als de ingangsspanning stijgt wordt de versterking van de schakeling niet meer alleen bepaald door de weerstandsverhouding , maar ook door de dalende weerstand van de dioden . De weerstand in de terugkoppeling daalt , de versterking wordt kleiner wardoor de stijging van de uitgangsspanning alsook kleiner wordt . Als gevolg hiervan wordt de uitgangsspanning ‘afgetopt’ , met als gevolg dat de driehoek wordt omgezet in een sinusvormig signaal.

Dit experiment is volgens bovenstaand schema te bouwen op uw experimenteerprint . Op de ingang zet u een van de spanningsbronnen, geschakeld op het +- 1V bereik . De ingang en de uitgang verbindt u met uw spanningsmeters , alsook op dit bereik geschakeld .

U kunt nu het verband tussen in – en uitgangsspanning ( transfertkarakteristiek ) gaan opmeten. U laat de ingangsspanning in stappen van bijvoorbeeld 0,1 V stijgen en meet telkens de overeenkomstige uitgangsspanning . De resultaten zoals u deze bijvoorbeeld in tabelvorm plaatste kan u aldus ook in een karakteristiek uitzetten , op die mannier creëert u de eerder genoemde transfertkarakteristiek . De horizontale als geeft in dat geval de ingangsspanning , de verticale as de uitgangsspanning . Deze karakteristiek zou er zoals de eerder geplaatste transfertkarakteristiek uit moeten zien .

Het verband tussen de in – en uitgangssppanning is zoals inmiddels wel te verwachten niet-lineair . Voor kleine ingangsspanningen stijgt de uitgangsspanning lineair . Een

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 102: gip paasvakantie

102 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

verdubbeling van de ingangsspanning heeft een verdubbeling van de uitgangsspanning tot gevolg . Voor ingangsspanningen boven 0,6V gaat dat echter niet op . De uitgangsspanning stijgt dan minder snel voor gelijke spanningsstijgingen aan de ingang .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 103: gip paasvakantie

103 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

27 De opamp als vensterdiscriminator

Met de comparatorschakeling uit een eerdere bespreking is het mogelijk een spanning te vergelijken met één referentie en zo dus een alarmsignaal op te wekken wanneer deze spanning een bepaalde drempel overschrijdt. Vaak heeft u echter behoefte aan een schakeling die in staat is te controleren of een signaal binnen twee bepaalde grenzen blijft .

Een voorbeeld hiervan is weergegeven in onderstaande karakteristiek. Hierbij wordt een variërende spanning Uin vergeleken met twee referentiespanningen +Uref en –Uref . Als de spanning groter wordt dan de ene positieve referentie , of kleiner wordt dan de andere referentie , dan zal een uitgangssignaal worden opgewekt.

Een dergelijke schakeling met de hierboven beschreven eigenschappen noemen we eigenlijk een vensterdiscriminator . Er zijn diverse mogelijkheden om zo’n schakeling te realiseren . De meeste maken gebruik van verschillende operationele versterkers . Wij gaan echter gebruik maken vaan een schakelingetje die genoegen neemt met slechts één opamp , u vindt deze schakeling dan ook op de hierop volgende pagina weer .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 104: gip paasvakantie

104 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De te vergelijken ingangsspanning wordt aan beide ingangen van de opamp aangeboden via de weerstanden R1 en R2. De beide ingangen worden door middel van dioden en de met de weerstanden die aan de voedingsspanning liggen verbonden , ingesteld worden op kleine positieve en kleine negatieve spanningen . Over de geleidende dioden vallen spanningen van ongeveer 0,5 a 0.6 V .

Indien de ingangsspanning 0 V bedraagt , zal de uitgang van de comparator negatief zijn . De inverterende ingang van de opamp is immers positiever dan de niet-inverterende ingang en dit spanningsverschil wordt door de opamp versterkt .

Een tweede voorbeeld krijgt men wanneer men de ingangsspanning langzaam laat stijgen . De ingangsspanning is door middel van 2 spanningsdelers aangesloten op de opamp . De stijgende spanning heeft geen invloed op de negatieve ingang . De geleidende diode D1 zorgt er immers voor dat de spanning constant blijft op een waarde van rond de halve volt .

Dit zit echter anders bij de positieve ingang , deze staat namelijk ingesteld op – 0.5 V . Het stijgen van de ingangsspanning heeft tot gevolg dat er een stroom gaat lopen door de serieschakeling van R2 en R4 , waardoor de spanning op het knooppunt langzaam toeneemt .

Bij een bepaalde waarde van Uin wordt de spanning op de positieve ingang gelijk aan + 0.5V . De spanning op deze ingang wordt even later groter dan de diodespanning op de negatieve ingang , de comparator ‘ klapt’ in dat geval om .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 105: gip paasvakantie

105 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De grootte van de ingangsspanning , waarbij dit ‘omklappen’ gebeurt is afhankelijk van de verhouding tussen de weerstanden R2 en R4 , specifieker van de verhouding tussen beiden . Echter speelt natuurlijk de grootte van de voedingsspanning een rol .

Dit verloop wordt geschetst in onderstaande grafiek :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 106: gip paasvakantie

106 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals merkbaar is het hierbij dus effectief mogelijk om met slechts 1 operationele versterker een vensterdiscriminator te bouwen .

U kunt uiteraard één en ander op het experimenteerprintje controleren . Op het schema hierboven is de componentenopstelling op de experimenteerprint getekend . Als u de spanning op de ingang laat dalen zal bij Uin < 5,75 V de comparator weer omschakelen naar zijn starttoestand . Omdat de schakeling symmetrisch is opgebouwd , zal het duidelijk zijn dat hetzelfde verhaal geldt voor negatieve ingangsspanningen . Nu blijft de ingang constant op de – 0.5 V diodespanning en gaat de spanning op de negatieve ingang langzaam dalen . Als deze gelijk wordt aan -0,5 V kapt de schakeling om , de uitgang wordt in dat geval positief .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 107: gip paasvakantie

107 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

28 De opamp als slope detector

Het Engelse woordje ‘slope’ staat voor ‘helling’ . In de elektronica wordt het woordje ‘slope’ gebruikt om aan te geven hoe een signaal van de ene waarde naar een andere waarde gaat . Het signaal kan namelijk stijgen ( positieve helling of slope ) of het signaal kan dalen ( negatieve helling of slope ) . De helling of slope zal positief zijn terwijl het signaal naar een bepaald maximum stijgt . Wanneer de helling echter begint te dalen en naar een minimum verloopt , zal de slope negatief worden . De overgang van een positieve naar een negatieve slope duidt dus steeds aan dat een signaal net een maximum waarde heeft bereikt . De overgang van een negatieve naar een positieve slope duidt aan dat het signaal net uit een minimum komt .

Met een operationele versterker kan men vrij eenvoudig een slope detector opbouwen . Het basisschema hiervoor is dan ook hieronder weergegeven .

Zoals merkbaar gaat het effectief wel om een uiterst eenvoudig schakelingetje . Het bestaat uit niet anders dan een operationele versterker geschakeld als comparator , een weerstandje en een condensator . Het ingangssignaal wordt aangeboden aan de positieve ingang . Tussen de ingang en zijn inverterend soortgenoot staat een weerstandje geschakeld . De negatieve ingang is aan de hand van een condensator aan de massa geschakeld .

De positieve ingang van de opamp is rechtstreeks gekoppeld aan het ingangssignaal en volgt de variatie van dit signaal zonder enige vertraging . De negatieve ingang is via weerstand R1 ook aangesloten aan de ingang , maar de condensator die aan de massa aangesloten is zal ervoor zorgen dat de spanning op de negatieve ingang steeds iets vertraagd is ten opzichte van de spanning op de positieve ingang. Zolang de ingangsspanning blijft stijgen zal er een stroom door R1 vloeien en zal de condensator zich opladen tot de stijgende ingangsspanning . Er is dus steeds een positief spanningsverschil tussen de positieve en de negatieve ingang . De operationele versterker is geschakeld als

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 108: gip paasvakantie

108 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

comparator . De opamp zal op het eerder genoemd klein spanningsverschil reageren door het vastlopen tegen de positieve voedingsspanning .

Als de ingangsspanning gaat dalen , zal er een moment komen waarop de spanningen op beide ingangen aan elkaar gelijk worden . De comparator klapt om . Nadien zal de condensator zich gaan ontladen , maar ook nu zal er een klein spanningsverschil ontstaan tussen beide ingangen , zij het van inverse polariteit . De negatieve ingang is nu iets positiever geworden dan de niet-inverterende ingang , de uitgang van de comparator blijft negatief .

Hieronder wordt de werking van de schakeling samengevat in een overzichtelijke grafiek .

Het is natuurlijk duidelijk dat de vertraging tussen positieve en negatieve ingang volledig bepaald wordt door de grootte van R1 en C1 . Hoe groter beide onderdelen , hoe trager de negatieve ingang de spanningsvariatie aan de positieve ingang volgt . De gekozen waarden van 100k en 100nF zijn ideaal voor het volgen van de langzame spanningsvariaties op de trainer , maar zouden niet geschikt zijn als de schakeling gebruikt wil worden bij zeer snelle ingangsspanningvariaties . De schakeling is met andere woorden frequentieselectief : voor iedere frequentieband moeten R1 en C1 andere waarden hebben.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 109: gip paasvakantie

109 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

U kunt dit experiment op de universele opamptrainer opbouwen volgens hierboven geplaatst figuur . De positieve ingang sluit u aan op een van de gelijkspanningspotentiometers , ingesteld op een willekeurige waarde tussen +5V en -5V . de utgang van de schakeling zal ofwel maximaal positief ofwel maximaal negatief zijn . U verdraait de instelpotentiometer voor de offset-compensatie tot de uitgang net omklapt van plus naar min of van min naar plus . Hiermee heeft u de offset gecompenseerd en kunt u het experiment starten .

Verdraai langzaam de potentiometer van de trainer , zodat de spanning op de positieve ingang stijgt . U ziet de schakeling dadelijk reageren: de uitgang wordt positief . Laat nu de spanning weer dalen . de uitgang reageert prompt en wordt negatief . Kortom , u heeft inderdaad een slope detector gefabriceerd ! Een positieve helling levert een positief uitgangssignaal op , een negatieve helling een negatieve uitgang .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 110: gip paasvakantie

110 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

29 De opamp als ideale diode

In de vorige delen hebben we ons vooral gericht op de versterkende schakelingen met de opamp , vergelijkers en detectoren . In de hierop volgende delen start een nieuw assortiment aan mogelijkheden , met het vizier gericht op gelijkrichting . Algemeen wil gelijkrichten zeggen : het omzetten van een wisselspanning in een gelijkspanning . Wie gelijkrichten zegt , zegt ook meteen diode . Een diode is inderdaad een elektronisch component dat uitermate geschikt is voor het gelijkrichten van wisselspanningen . Een diode is een soort elektronische schakelaar : indien de kathode negatiever is dan de anode , dan geleidt het onderdeel . Als de spanning omkeer , dan spert de diode , wat vergeleken kan worden met een geopende schakelaar .

In onderstaande figuur is de meest eenvoudige versie van een gelijkrichter getekend . Een te gelijkrichten signaal Uin wordt aangeboden aan de anode via een diode . De diode zal samen met de aangesloten belastingsweerstand een seriekring vormen tussen de ingang en de massa . Op het knooppunt tussen beide onderdelen kan de uitgangsspanning afgetakt worden .

Als de ingangsspanning positief is geleidt het onderdeel ( anode is in dat geval positief ten opzichte van de kathode ) , er vloeit een stroom I door de kring . Deze stroom bouwt over R1 een spanning op , de uitgangsspanning van de gelijkrichter . Als de ingangsspanning het negatief potentiaal bereikt spert de diode . In dat geval vloeit er geen stroom en over R staat geen spanning . Alleen de positieve gedeelte van de ingang verschijnt op de uitgang . Het verloop van in – en uitgang wordt hieronder geschetst .

Alhoewel dit een zeer ideaal systeem lijkt te zijn , is er natuurlijk een keerpuntje . We hebben het eerder gehad over het niet-lineair zijn van de diode , dit maakt de diode dan ook alles behalve een ideale schakelaar .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 111: gip paasvakantie

111 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Ook voor kleine positieve spanningen is er in feite van echt geleiden geen sprake . De diode heeft een zeer hoge inwendige weerstand en deze weerstand vormt samen met de aangesloten belastingsweerstand R een spanningsdeler . De inwendige weerstand van de diode is veel groter dan die van de aangesloten weerstand , zodat er nauwelijks iets van de kleine positieve ingangsspanning aan de uitgang verschijnt.

Wanneer de ingangsspanning echter toeneemt , gaat de inwendige weerstand van de diode dalen . Bij een spanning van omstreeks 1V kan men besluiten dat de uitgang recht evenredig wordt met de ingang . Een andere opmerking is natuurlijk dat er over een geleidende diode een spanningsval optreed van om en rond de 0.7 V . Er kan met andere woorden praktisch dus nooit sprake zijn dat u de ingangsspanning ongeschonden aan de uitgang krijgt .

Het is natuurlijk nog steeds zo dat wij het uitgebreid hebben over schakelingen die met behulp van operationele versterkers gerealiseerd kunnen worden . Het zal dan ook logisch klinken indien wij zeggen dat de oplossing hiervoor bij de operationele versterkers is te vinden . Het is nu eenmaal zo dat de opamp geschakeld kan worden als een zo goed als ideale diode . Hieronder is de uiterst eenvoudige schakeling getekend waarbij men de ideale diode effectief kan benaderen .

Indien u de ingangsspanning in stappen van 0,1 V zou laten stijgen , van -1V tot +1V , dan stelt u vast dat er voor de negatieve ingangen geen uitgangsspanning verschijnt en voor de positieve ingangsspanningen dezelfde grootte aan de uitgang wordt gemeten als aan de ingang . De ideale diode is hierbij dan ook een feit ! Geen uigang voor negatieve ingangsspanningen , volledige doorkoppeling voor positieve ingangen !

Een positieve ingangsspanning zorgt voor een positieve spanning op de niet-inverterende ingang van de opamp . De uitgang wordt dus ook positief , de anode van D1 wordt positief ten opzichte van de kathode . De opamp zal het spanningsverschil tussen beide ingangen wegregelen . De uitgang volgt de ingang , de opamp werkt in feite als een buffer .

Stelt men nu echter een negatieve ingangsspanning in , zal de positieve ingang negatief worden , waardoor de uitgang van de opamp volgt . De diode gaat nu echter sperren . De uitgangsspanning van de schakeling blijft nul , maar de niet-geleidende diode verbreekt de terugkoppeling tussen uitgang en de inverterende ingang . De opamp staat dan als

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 112: gip paasvakantie

112 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

comparator geschakeld . De kleine negatieve spanning op de positieve ingang wordt versterkt en de uitgang van de opamp loopt vast tegen de negatieve voeding .

Deze spanningssprongen op de uitgang van de opamp hebben tot gevolg dat het frequentiebereik van deze ideale diode nogal beperkt is . Het is immers zo dat de opamp niet oneindig snel schakelen kan . Als u dus een steeds hogere frequentie aan de ingang van de schakeling aanlegt , dan zal bij een bepaalde frequentie de spanning op de uitgang van de opamp volledig in de knoop raken . De opamp zal dan niet meer in staat zijn de uitgang in de te beperkte tijd van de negatieve waarde terug te schakelen naar de positieve spanningswaarde . De schakeling houdt het dan voor gezien en werkt niet meer .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 113: gip paasvakantie

113 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

30 De opamp als dubbelzijdige gelijkrichter

De ideale diode uit vorig deel laat de positieve helften van de aangeboden wisselspanningen door en spert de negatieve delen . Dat is in theorie een niet erg economische mannier van werken en vandaar dat men gelijkrichters heeft ontworpen die zowel de positieve als het negatieve helft van het ingangssignaal omzetten . Dit soort gelijkrichters noemt men dubbelfasige of dubbelzijdige gelijkrichters .

Onderstaande schakeling geeft u de mogelijkheid om met behulp van dioden een dubbelfasige gelijkrichter te bekomen .

De werking hiervan valt zeer simpel te beschrijven . De dioden zijn immers zo geschakeld dat een wisselspanning aan de ingang steeds een gelijkspanning aan de uitgang zal opleveren . Dit valt zeer simpel weer te geven door het verloop van de stroom door de schakling aan te duiden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 114: gip paasvakantie

114 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals merkbaar zullen er steeds 2 dioden in geleiding staan die het mogelijk maken zowel de positieve helft als de negatieve helft gelijk te richten . Wanneer de polariteit omdraait zullen 2 andere dioden de geleiding overnemen . Dit type schakeling noemt men een bruggelijkrichter of de naar de uitvinder genoemde Graetzschakeling . Het verloop van de uitgang ten opzichte van de ingang word hieronder geschetst .

Alhoewel dit een zeer mooi systeem lijkt , bekomen we dezelfde problemen als bij de enkelzijdige gelijkrichter , immers het niet-lineair zijn van de verschillende dioden .

Daarom zullen we ook hier gebruik maken van de opamp en deze als een dubbelzijdige gelijkrichter schakelen . Een elektronische omschakelaar schakelt de uitgang ofwel rechtstreeks aan de ingangsspanning , ofwel aan de uitgang van een inverterende versterker. Het principe van de werking van de schakeling wordt hieronder weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 115: gip paasvakantie

115 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De schakeling klapt om bij de nuldoorgang van de ingangsspanning . Voor het positieve deel van het ingangssignaal staat de elektronische schakelaar in de getekende stand A . Het ingangssignaal verschijnt rechtstreeks aan de uitgang .

Bij een negatief ingangssignaal klapt de schakelaar om naar stand B en wordt de uitgang van de omkeerversterker verbonden met de uitgang . Deze heeft ervoor gezorgd dat het negatieve ingangssignaal is omgezet in een even groot , maar positief variërend signaal .

Hieronder wordt het schema getekend van de dubbelfasige gelijkrichter , gerealiseerd met een operationele versterker .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 116: gip paasvakantie

116 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

U herkent bij volgend schema de basisopzet van een omkeerversterker : weerstand R1 tussen de ingang van de opamp , een even grote weerstand tussen de uitgang en de genoemde ingang. Alleen staat er nu een extra diode tussen de opamp uitgang en de uitgang van de schakeling . Het zal duidelijk zijn dat deze diode dient als de eerder genoemde elektronische schakelaar , die ofwel de ingang rechtstreeks verbindt met de uitgang , ofwel de omkeerversterker tussenschakelt .

In onderstaand figuur wordt de werking van de schakeling grafisch toegelicht aan de hand van de op het schema getekende meettoestellen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 117: gip paasvakantie

117 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

In de voorgaande schakelingen is een meettoestel M3’ aangebracht . We kozen expliciet niet voor de benaming M4 , aangezien de universele opamp-trainer slechts 3 meettoestellen bezit en u dus het derde meettoestel zal moeten zien te gebruiken voor het meten van de uitgangsspanning en nadien met de inverterende ingang .

De werking van de schakeling kan op zeer eenvoudige wijze besproken worden aan de hand van de hiervoor getekende grafiek . Stel dat u een positieve spanning aan de ingang legt . Deze spanning gaat via R1 naar de inverterende ingang van de operationele versterker . De positieve ingang ligt aan massa , de opamp zal het spanningsverschil tussen beide ingangen versterken . De uitgang zal met andere woorden negatief worden . Deze negatieve spanning kan echter nergens naar toe , de diode wordt immers gesperd en de uitgang zal de uitgangsspanning van de opamp niet over nemen .

Als u een negatieve spanning aanlegt aan de ingang van het systeem , dan zal de inverterende ingang negatief worden . De uitgang van de opamp wordt bijgevolg positief en de diode gaat geleiden . De terugkoppelweerstand R2 zorgt er nu voor dat de spanning op de negatieve ingang gelijk wordt aan de spanning op de positieve ingang ( nul volt ). De schakeling werkt nu als een gewone omkeerversterker , de uitgangsspanning is absoluut even groot als de ingangsspanning , maar met tegengestelde polariteit . De uitgang zal nu ook positief worden .

Het komt er met andere woorden op neer dat het positief deel van de ingangsspanning rechtstreeks aan de uitgang moet verschijnen , terwijl het negatief deel door middel van een omkeerversterker dient invers te worden .

Het praktisch schema is hierboven getekend . U herkent de basisopzet van de omkeerversterker . Ondertussen weet u waarschijnlijk al hoe u de schakeling kunt testen : de ingangsspanning stapsgewijs instellen tussen bijvoorbeeld -5V en +5V , de resultaten op de drie meters aflezen en het geheel i een tabel en / of grafiek samenvatten .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 118: gip paasvakantie

118 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

31 De opamp als nauwkeurige gelijkrichter

De dubbelfasige gelijkrichter kent een nadeel die we voorheen nog niet genoemd hebben . Zoals we gezien hebben , werkt de opamp gedurende een halve periode van het ingangssignaal in open loop of open lus . De uitgangsspanning loopt dan vast tegen de voedingsspanning . Na de nuldoorgang van de ingangsspanning gaat de opamp onmiddellijk het ingangssignaal volgen . Echter maken we hierbij dan ook meteen de opmerking dat alles een bepaalde tijdsduur nodig heeft , het zal met andere woorden een bepaalde tijd duren vooraleer de opamp het ingangssignaal zal volgen . De tijd die hiervoor nodig is , wordt bepaald door de eigenschappen van de opamp . Voor lage frequenties vormt het genoemd nadeel zeker en vast geen probleem , het omschakelen neemt dan een verwaarloosbare tijdspanne in beslag . Stijgt de frequentie echter , dan neemt het procentuele aandeel van het omschakelen van open-lus naar gesloten-lus in de totale duur van één periode toe en valt dit niet meer te verwaarlozen .

Als gevolg hiervan gaat de gelijkrichter niet meer goed werken . Vandaar dat men heeft gezocht naar een schakeling , waarbij de opamp nooit in open-lus werkt en die bovendien zonder beïnvloeding van de nauwkeurigheid kan worden belast . We gebruiken hierbij een dubbelfasige gelijkrichter gevormd door middel van twee opamps , hierdoor wordt het een zeer nauwkeurige gelijkrichter . Het schema waarmee we dit realiseren wordt hieronder weergegeven .

Rond de opamp IC1 herkent u voor een deel de vorige schakeling . R1 , R3 en D1 vormen de reeds behandelde schakeling , die zorgt voor het omzetten van de positieve halve perioden in negatieve uitgangssignalen . Het in open-lus werken van de opamp wordt vermeden door het toevoegen van een extra terugkoppelkring R4 – D2 . Als de ingangsspanning negatief wordt , dan zal D1 weliswaar gaan sperren , maar D2 gaat

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 119: gip paasvakantie

119 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

geleiden , waardoor er toch een terugkoppeling ontstaat tussen uit – en ingang van deze opamp .

De tweede opamp IC2 is niets meer dan een inverterende mengversterker .Deze telt de signalen op de punten M1 en M3 op . De weerstandsverhouding tussen R5 , R6 parallel aan R7 en R9 zorgt voor een mooi gelijkgericht signaal aan de uitgang .

Zoals eerder meegedeeld bevat de universele opamptrainer slechts 3 spanningsmeters , het is met andere woorden zo dat spanningsmeter M3 twee maal dienst zal moeten doen tijden het opnemen van deze signalen ; Het is dan ook om die reden dat deze twee maal vermeld staat op het eerder geplaatst schema , en het vierde meettoestel de benaming M3’ kreeg .

Ter illustratie wordt hieronder het spanningsverloop op de belangrijkste punten van de schakeling weergegeven . De benamingen zijn afkomstig van de zogenaamde meettoestellen op het geplaatst schema .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 120: gip paasvakantie

120 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De gedetailleerde werking van de schakeling kunnen we het beste en het makkelijkste verklaren aan de hand van onderstaande tekening .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 121: gip paasvakantie

121 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Vooraleer we beginnen met het uitleggen van bovenstaande schakeling , zullen we eerst en vooral verschillende feiten opnieuw bovenhalen , het is immers nodig duidelijk van deze op de hoogte te zijn vooraleer u de volledige werking zal kunnen snappen .

- De stroom loopt steeds van + naar - ; aan de hand van de richting van de stroom door een weerstand kunnen we bepalen hoe de polariteit is van de spanningsval over die weerstand

- Bij de inverterende mengversterker ligt de negatieve ingang van de opamp virtueel aan de massa , de spanning op dat punt is nul . Het is ook om die reden dat we deze met behulp van een stippellijntje aan de massa legden .

- De ingangsweerstand van de inverterende ingang is zeer hoog , de stroom die in of uit de opamp vloeit is te verwaarlozen .

- De weerstanden tussen de twee ingangen en de inverterende ingang en de terugkoppelweerstand verhouden zich als 1 tot ½ tot 1 ( vandaar de parallel geschakelde weerstanden R6 en R7 ) .

Wij zullen de werking van de schakeling verklaren met behulp van 2 opties .

Optie 1 : Een positieve spanning aan de ingang .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 122: gip paasvakantie

122 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Deze spanning vindt u ( door de werking van opamp IC1 ) even groot maar tegengesteld terug op punt M3. Door weerstand R5 loopt een bepaalde stroom I in de getekende richting, dus naar de opamp IC2 toe .

Door vervangingsweerstand R6/R7 loopt een tweemaal zo grote stroom , in tegengestelde richting . Op het knooppunt tussen alle weerstanden ( de inverterende ingang ) komt een stroom I aan en gaat een stroom 2I weg . Er ontbreekt dus een ‘komende’ stroom I en deze kan alleen via de terugkoppelweerstand R9 worden aangeleverd ; Door R9 vloeit een stroom in de getekende richting , hetgeen betekent dat de uitgang van de opamp op een positieve spanning staat . Omdat R9 en R5 even groot zijn , moeten ook de spanningsvallen over beide weerstanden gelijk zijn . Over R5 staat de ingangsspanning , dus ook over R9 meet u dezelfde spanning . De inverterende ingang staat op 0V , conclusie is dat de uitgangsspanning gelijk is aan de ingangsspanning . Een positieve spanning op de ingang wordt omgezet in precies dezelfde spanning aan de uitgang .

Optie 2 : Een negatieve spanning aan de ingang ( stippellijn )

Op punt M3 staat in dit geval nu geen spanning , aangezien diode D1 spert en de inverterende ingang van IC1 op nul volt staat . Er vloeit dus nu geen stroom door de weerstand R6/R7 ; Door weerstand R5 vloeit er wel een stroom , maar nu van het knooppunt weg . Als er een stroom I wegvloeit uit het knooppunt , dan moet er van elders een even grote stroom naar dat punt toe vloeien . Dat kan natuurlijk alleen maar via weerstand R9 , die over deze weerstand een spanning opbouwt , precies gelijk aan de spanning bij de positieve spanning .We kunnen met andere woorden concluderen dat een negatieve spanning aan de ingang wordt omgezet in een even grote maar inverse , positieve spanning .

Hiermee is de wering van de ideale gelijkrichter verklaard . Een slotopmerking die we dienen te maken , is dat de nauwkeurigheid van deze schakeling volledig afhangt van de precieze weerstandsverhouding . Deze luiden als volgt :

R1 = R3 = R5 = R9

En

R6/R7 = ½ R1

Hierbij kunnen we aanraden ,of zelf zeggen dat het noodzakelijk is , om gebruik te maken van precisie weerstanden met een tolerantie van maximaal 1% . Het is enkel dan dat we ook effectief zullen kunnen spreken van een nauwkeurige gelijkrichter , waar dit alles dan ook rond draaide . Het zou in principe verspeelde tijd zijn om een nauwkeurige gelijkrichter te bouwen en de nauwkeurigheid dan ook weer volledig onderuit te halen door middel van onnauwkeurige weerstanden !

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 123: gip paasvakantie

123 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Hierboven is het praktisch aansluitschema weergegeven.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 124: gip paasvakantie

124 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

32 De opamp als topdetector

De hiervoor beschreven gelijkrichters vormen een wisselspanning om in een pulserende gelijkspanning Vaak zal men de grootte van de wisselspanning willen meten en dan moet u een zo vlak mogelijk verlopende spanning hebben .

Een dergelijke spanning kan men bekomen door over de uitgang van de gelikrichter een condensator te plaatsen . Deze condensator laadt zich bij iedere halve periode van de ingangsspanning op tot de topwaarde en gaat tussen twee halve perioden weer langzaam ontladen . Het resultaat is een gladgestreken signaal , met een aanzienlijke rimpel .

Deze rimpel kan men nog steeds verkleinen door het uitgangssignaal van de gelijkrichter af te vlakken door middel van een RC-netwerkje . Over de condensator ontstaat dan een gelijkspanning , waarvan de grootte overeen komt met de gemiddelde waarde van de wisselspanning .

In onderstaande figuur willen we de wering van een dergelijk RC-netwerkje , specifieker een laagdoorlaatfilter , duidelijk maken . Deze zet de gelijkgerichte wisselspanning van de opamp gelijkrichter om in een meetbare gelijkspanning .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 125: gip paasvakantie

125 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Zoals uit voorgaande figuren blijkt , reageert de schakeling vrij snel op variaties aan de ingang . Als het wisselspanningssignaal wegvalt , dan zal de gelijkspanning op de uitgang vrij snel naar nul gaan , door het ontladen van de aangesloten condensator C1 over de weerstand R1 en de zeer lage uitgangsimpedantie opamp .

Er zijn toepassingen te verzinnen waarbij u de spanning op de condensator zo lang mogelijk wilt vasthouden . Denk bijvoorbeeld aan een VU-meter , die niet het gemiddelde signaal moet weergeven , maar de pieken uit het signaal .

Hierboven wordt een elektrisch signaal in grijsschaal weergegeven , alsook de resulterende spanning van de VU-meter . Zoals eerder gezegd is dit een toestel die de ‘volume units’ van een signaal weergeeft . Dit soort meters worden onder andere gebruikt in audioapparatuur zoals cassetterecorders en bandrecorders . Ze hebben als doel de gebruiker een indicatie te geven van de sterkte van een op te nemen signaal zodat die optimaal ingesteld kan worden ( een te laag niveau geeft een nodeloze verslechtering van de signaal-ruisverhouding , een te hoog niveau geeft vervorming van het geluid . )

Indien men een dergelijk systeem dient te bouwen , kan men gebruik maken van een topdetector .De schakeling hiervoor hebben we ter illustratie hieronder weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 126: gip paasvakantie

126 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

De schakeling koppelt het positieve uitgangssignaal terug naar de inverterende ingang via de geleidende diode D1 en schakelt de opamp uit voor een negatieve uitgangsspanningen . Een systeem , bekend van de werking van de ideale diode . Aan de hand van onderstaande karakteristiek kan de werking van de schakeling doorgrondt worden .

Aan de ingang wordt een pulsvormige spanning aangesloten , die u door middel van een van de drukknoppen op het frontpaneel van de trainer kunt opwekken . Stel de spanningspotentiometer in op +5 V . Als aan de ingang geen spanning wordt aangeboden , met andere woorden , als de ingang op nul volt staat , dan zal de uitgangsspanning van de opamp niet exact te voorspellen zijn . Het kan zijn dat de uitgang vast loopt tegen de negatieve voeding , of er kan een kleine positieve spanning te meten zijn . Een en ander is afhankelijk van de offset van de opamp . Het is dan ook vandaar dat we in de grafieken alsook een grijs vlak aan brachten .

Hoe dan ook , de uitgang van de schakeling af te takken van de inverterende ingang , is nul . Bij vastlopen van de opamp tegen de negatieve voedingsspanning spert de diode , bij positieve uitgangsspanning zal de geleidingsspanning van de diode ervoor zorgen dat de inverterende uitgang op hetzelfde potentiaal staat als de positieve ingang : nul volt . Bij het verschijnen van de positieve ingangspuls ontstaat er in eerste instantie een groot spanningsverschil tussen beide ingangen ; De uitgang reageert hierop door vast te lopen tegen de positieve voedingsspanning . De diode gaat geleiden , de condensator wordt opgeladen via de lage uitgangsimpedantie van de opamp .

De uitgangsspanning van de topdetector stijgt dus vrij snel tot de topwaarde van de ingangspuls . Op tijdstip t2 is de spanning op de uitgang gelijk aan de ingangsspanning . De comparator klapt om . Zolang de ingangspuls aanwezig blijft , zal de uitgang van het IC

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 127: gip paasvakantie

127 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

steeds omslaan tussen +10V en -10V . De condensator ontlaadt immers en bovenden zorgt ieder rimpeltje op de ingangsspanning voor het ompolen van het spanningsverschil tussen beide ingangen .

Na het wegvallen van de ingangspuls is de spanning op de inverterende ingang groter dan de spanning op de niet-inverterende ingang . De uitgang loopt vast tegen de negatieve voedingsspanning en de diode spert . De condenstor gaat nu zeer langzaam ontladen via de eigen lekweerstand van het onderdeel en de hoge impedantie van de opamp . Zelfs met de relatief lage waarde voor C1 duur het enige tientallen seconde alvorens de spanning tot 0 volt is gedaald .

VU-meter

We keren eventjes terug naar de eerder kort besproken VU-meter . Met een eenvoudig schakelingetje kan men een zeer gevoelige VU-meter opbouwen . Aan de uitgang van de topdetector wordt een LED VU-meter aangesloten . Deze elektronische meters zijn , vanwege hun traagheidsloze reacties op de ingangsspanning , uiteraard ideaal voor het opbouwen van top VU-meters . Aan de ingang van de schakeling legt men een LF-spanning , bijvoorbeeld de uitgangsspanning van een muziekinstrument . De topdetector zal het verloop van de (positieve) Ingangsspanning volgen en na een piek langzaam teruglopen . De korte piekspanningen , die zonder topdetector niet eens zichtbaar zou zijn op de uitlezing , word nu als het ware verbreed , zodat u een prettige uitlezing van het maximale uitgangssignaal van het muziekinstrument verkrijgt en uw installatie ( bijvoorbeeld een mengpaneel met een recorder ) kunt afregelen op onvervormde opname van de grootste piek .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 128: gip paasvakantie

128 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

33 De opamp als ideale topdetector

Met dit type schakeling kunnen we zowel de reactietijd als de terugvaltijd instellen door middel van een weerstand over een breed gebied.

We zullen de topdetector nooit in professionele apparatuur aantreffen. Want de belastingsweerstand van de schakeling de werking beïnvloedt. We hebben gesteld dat de ontlading van de condensator wordt bepaald door de eigen ontlaadstroom van het onderdeel en door de geringe stroom die de opamp opeist. De belasting staat rechtstreeks over de condensator. Deze schakeling trekt uiteraard ook een stroom en deze stroom bepaalt het ontladen van de condensator. Het is altijd een ongewenste situatie als de werking van uw schakeling wordt beïnvloed door de schakeling die erop aangesloten is. Dat is al een eerste reden om deze eenvoudige schakeling af te wijzen.

Op deze onderstaande figuur is de respons van een topdetector op een ingangspuls vastgelegd door internationale normen.

Hier op het figuur zien we dat de piekmeter in 4ms reageert op een piek aan de ingang.

Na het wegvallen van de piek moet de spanning in ongeveer 1s terugvallen naar nul.

Dit type schakeling wordt getekend met 2 operationele versterkers. IC1 is geschakeld als een comparator want er is geen terugkoppeling en IC2 heeft een condensator van 680nF tussen de in- en de uitgang van de opamp en het is geschakeld als een integrator.

Deze schakeling reageert alleen op positieve pulsen.

Tijdens dit experiment kan de gebruiker een grafische verklaring op stellen van de werking van de schakeling.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 129: gip paasvakantie

129 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

We zullen de werking bespreken aan de hand van een grafische voorstelling.

Op tijdstip 1 wordt er een positieve puls aangeboden aan de negatieve ingang van IC1

Nu wordt C1 opgeladen met een stroom I1. De Ingangsspanning van de integrator stijgt en de grootte van I1 is afhankelijk van R1.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 130: gip paasvakantie

130 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Door R1 instelbaar te maken kunnen we het volgen van de ingang door de uitgang aanpassen aan de genoemde norm. Als Uit > Uin, dan klapt de comparator om. Nu zal de uitgangsspanning van de schakeling enige mV schommelen rond de topwaarde van de ingangsspanning.De uitgang van de comparator zal voortdurend omklappen tussen het ene en het andere voedingsniveau.

Na t3: De ingangsspanning gaat naar nul. Nu is de positieve ingang van de comparator is positiever dan de negatieve ingang dan levert de schakeling een positieve uitgangsspanning.De spanning zal via R2 en C2 ontladen. Ontlaadstroom is afhankelijk van R2.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 131: gip paasvakantie

131 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

34 De opamp als clampschakeling

Een clampschakeling is een schakeling die een signaal vastlegt op een bepaalde clampspanning.

Een clampschakeling legt een spanning vast op een bepaald niveau. De uitgangsspanning kan nooit onder de clampspanning liggen.

Met een clampschakeling kunnen we de ongewenste stoorsignalen uit filteren.

Door middel van het tussenschakelen van een clampspanning kunnen we de ongewenste ruispiekjes uit het uitgangssignaal filteren, zodat de frequentieteller alleen de te tellen signaalpieken registreert.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 132: gip paasvakantie

132 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Wanneer Uin < Uref dan is de negatieve ingang op de opamp negatiever dan de positieve ingang, de uitgang loopt vast tegen de positieve voedingsspanning Uv. De diode D1 zal sperren en R1 staat nu alleen tussen de in- en uitgang. Wanneer R zeer groot is, dan zal Uin = Uuit.

Op tijdstip t1 is de ingangsspanning is gelijk aan de clampreferentie. De negatieve ingang van de opamp wordt positiever Nu wordt de uitgang negatief en het gevolg is dat D1 zal geleiden in de opamp stelt de spanning op de positieve spanning is gelijk aan de spanning op de negatieve ingang. De uitgang en de negatieve ingang zullen de spanning op de positieve ingang overnemen. Dus deze schakeling werkt als een buffer.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 133: gip paasvakantie

133 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

35 De opamp als sinusgenerator

Met een opamp kan men ook rechtstreeks een sinusvormige spanning opwekken en dit met een bijzondere lage vervorming.

Het basisschema van een sinusoscillator met een opamp en met de ‘brug van Wien wordt hieronder weergegeven.

We zien op het schema dat er 2 terugkoppelingen aanwezig zijn van de uit- naar de ingangen. De negatieve ingang is door middel van een weerstandsdeler R3, R5 en R6 verbonden met de uitgang.

35.1 Het begrip ruis

Def: Ruis is een verschijnsel dat eigen is aan alle elektronische schakelingen.In het algemeen kunnen we een ruis omschrijven als een stoorspanning, die optreedt in iedere schakeling.

Een van de meest voorkomende ruis is de thermische ruis die afhankelijk is van de temperatuur.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 134: gip paasvakantie

134 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

35.2 De opamp als sinusgenerator

Tussen de uitgang en de massa staat een tweede netwerk, opgebouwd uit twee weerstanden en twee condensatoren. Zo’n netwerk noemt men een ‘brug van Wien’.

Een eigenschap van deze RC-combinatie is dat de verzwakking van het netwerk niet constant is, maar afhankelijk is van de frequentie.

Als we aan de ingang van het netwerk een wisselspanning aanleggen met een constante grootte maar variërende frequentie, dan zullen we op de uitgang een frequentiekarakteristiek meten.

Voor lage frequenties van het ingangssignaal meten we nauwelijks signaal op de uitgang. Hoe hoger dat we de frequentie maken, hoe groter de uitgangsspanning is. Bij fo is de uitgangsspanning maximaal maar toch kleiner dan de spanning op de ingang. Wanneer we de frequentie meer zullen laten stijgen dan zal de uitgangsspanning afnemen.

De verzwakking van het netwerk voor één bepaalde frequentie is met andere woorden minimaal.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 135: gip paasvakantie

135 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

36 De opamp als anti-rimpel-filter

Door een simpel opamp schakelingetje kunnen we een ideaal anti-rimpel filter maken. Deze schakeling is nodig want wanneer we met een digitale meter wisselspanningen willen meten, dan kunnen er problemen ontstaan als gevolg van de rimpel die op de uitgang van de gelijkrichter staat.

De kans is groot dat er een spreiding van tientallen millivolt ontstaat op de gemeten waarde, de twee laatste cijfers van de uitlezing gaan voortdurend variëren. Een verschijnsel, bekend onder de naam ‘jitter’. Dat is vrij eenvoudig te verklaren. Monster 2 wordt opgenomen op het moment dat de uitgangsspanning van de gelijkrichter van de vrijwel maximaal is. Monster 3, echter, wordt opgenomen op het moment dat de uitgangsspanning minimaal is. Tussen beide metingen zit een verschil, gelijk aan de grootte van de rimpelspanning. Nu kunt u proberen de rimpel zo klein mogelijk te maken door het vergroten van de waarden van de onderdelen R en C. De afvlakking van het gelijkgerichte signaal wordt dan beter, maar het duurt veel langer alvorens de condensator tot de topwaarde van een nieuwe ingangsspanning is gestegen of gedaald. M. a. w. : de gelijkrichter wordt trager.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 136: gip paasvakantie

136 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

36.1 Een rimpelspanning genereren

Door middel van een simpel opamp schakelingetje kunt u een ideaal anti-rimpel filter maken, niet geplaagd door enige traagheid van betekenis. Alvorens u echter met deze schakeling kunt u experimenteren, moet u uiteraard eerst een gelijkspanning met rimpel opwekken. Ook dat kan met een opamp volgens het onderstaande schema:

Dat is niets anders dan een inverterende mengversterker. Één ingang wordt aangesloten op een gelijkspanning van -5V, de andere gaat naar de uitgang van de op driehoek geschakelde functiegenerator, met een top-tot-top waarde van 2V, zie het onderstaande grafiek: de uitgangsspanning van de schakeling varieert tussen +6V en +4V, hetgeen een zeer grote rimpel voorstelt. We zetten de frequentie van de driehoek op de maximale waarde!

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 137: gip paasvakantie

137 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Beide ingangen worden gestuurd door één spanning en tussen de ingang en een van de ingangen van de verschilversterker staat een RC-kring. De componenten van deze RC-kring, C1 en R1, moeten zo worden berekend dat zij de rimpelspanning onverzwakt doorlaten. Omdat we bij de trainer zitten met een maximale frequentie van ongeveer 1 Hz, moet die condensator erg groot worden gekozen en de weerstand R1 zo laag mogelijk.

Werking van de schakeling

De ingangsspanning is opgebouwd uit 2 componenten, een gelijkspanning van +5V en één daarop gesuperponeerde wisselspanning van 2V top-tot-top waarde. Deze laatste spanning verschijnt op beide ingangen van de verschilversterker. De gelijkspanning echter, staat alleen op de positieve ingang. Het RC-netwerk spert immers iedere gelijkspanning.

De uitgangsspanning van een verschilversterker kan berekend worden als:

U+ min U-

Op de positieve ingang van het anti-rimpel filter staat een gelijkspanning Udc en de rimpelspanning Uac. En op de negatieve ingang van het anti-rimpel-filter staat alleen de rimpelspanning Uac.

De uitgangsspanning is:

Uuit=U+ - U-Uuit= (Udc + Uac)-Uac<DUuit= Udc

Dus de rimpelspanning is verdwenen.

Door middel van dit type schakeling kunnen we de ingang en de uitgang van de anti-rimpel-filter vergelijken.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 138: gip paasvakantie

138 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

37 De opamp als vierkantgolfgenerator

Uit de eerder uitgelegde en genoemde schakeling waarbij de opamp als functiegenerator gebruikt wordt , kunnen we in principe ook een vierkantgolf uit verkrijgen . Er bestaan verschillende eenvoudige schakelingen waarbij we een vierkantsgolf kunnen opwekken. In de meeste gevallen worden vierkantsgolven gebruikt voor digitale schakelingen Een vierkantsgolf signaal is immers ook niets anders dan een digitaal signaal waarbij een bepaalde spanning als hoog of laag kan geïnterpreteerd worden . Het basisschema waarbij de opamp als vierkantgolfgenerator wordt gebruikt , is hieronder weergegeven .

Bij deze schakeling merkt u een dubbele terugkoppeling , een resistieve terugkoppeling tussen de uitgang en de positieve ingang en tevens ook een RC-kring tussen de uitgang en de negatieve ingang .

De werking van deze schakeling zullen wij bespreken aan de hand van de op de hierop volgende pagina weergegeven grafiek .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 139: gip paasvakantie

139 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Stel dat bij het inschakelen van de voedingsspanning de uitgangsspanning van de opamp gelijk is aan de positieve voedingsspanning . Door middel van de resistieve spanningsdeler R2 en R3 zal de helft van deze uitgangsspanning op de positieve ingang terecht komen . We nemen aan dat de condensator C1 zich in volledig ontladen toestand bevindt . De negatieve ingang staat op een negatievere spanning dan de positieve ingang , de uitgangsspanning is inderdaad gelijk aan de positieve voedingsspanning .

Indien de condensator C1 zich zal opladen ( via de weerstand R1 ) zal de spanning op de negatieve ingang stijgen en na een bepaalde tijd zelf groter worden dan de spanning op de positieve ingang . De opamp zal met andere woorden omklappen , de uitgangsspanning loopt vast tegen de negatieve voedingsspanning . De positieve ingang wordt ingesteld op de helft van de spanning . De condensator zich zal nu gaan ontladen , aangezien R1 aan een zeer negatieve spanning is aangesloten . Na een bepaalde tijd wordt de spanning op de negatieve ingang kleiner dan de spanning op de positieve ingang , de opamp klapt opnieuw om .

We kunnen concluderen dat er op de uitgang van de schakeling een blokgolf ontstaat , waarvan de frequentie wordt bepaald door het op –en ontladen van de condensator C1 over de weerstand R1. We spreken van de frequentieafhankelijke schakeling . Indien we de frequentie wensen te regelen , volstaat het 1 van beide componenten regelbaar te maken . Het klinkt waarschijnlijk zeer logisch in de oren dat wij ervoor kiezen om het resistief gedeelte aan de hand van een potentiometer te regelen , en als zo de frequentie . Vaak is het ook zo dat men een willekeurige cappacitantie kiest en dan aan de hand van deze potentiometer de frequentie zal wijzigen , of aan de hand van een gekozen cappacitantie een zo goed mogelijk passend resistief component te kiezen . Het is immers zo dat er een veel grotere variëteit aan resistieve componenten ter beschikking is dan aan capacitieve componenten .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 140: gip paasvakantie

140 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

We kunnen meedelen dat de eerder getekende schakeling een zo goed als symmetrische blokgolf opwekt . De duty cycle is in principe zo goed als gelijk aan 50% . In telecommunicatie ene elektronische schakelingen geeft de duty cycle de fractie van tijd weer dat het systeem zich in actieve of hoge toestand bevindt ten opzichte van de tijd dat hij zich in lage toestand bevindt. Deze factor wordt weergegeven in % .

De formule om deze factor te bepalen luidt als volgt :

Hierbij is τ de duur dat het signaal zich in actief hoge toestand bevindt . T daarentegen is de periode van de functie .

Voor sommige toepassingen wenst men een duty cycle die niet gelijk is aan de eerder genoemde 50% . Met enige kleine uitbreidingen kunt u de schakeling omvormen tot een pulsgenerator , die smalle positieve of negatie pulsjes kan opwekken . De uitbreiding van het principe tot pulsgenerator en het schema tot diens mogelijkheid is hieronder weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 141: gip paasvakantie

141 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Door middel van twee dioden wordt het laden en het ontladen van de condensator afzonderlijk geregeld door middel van twee weerstanden R3 en R4. Als de uitgangsspanning van de opamp positief is , dan zal D1 sperren en D2 geleiden . Door deze laatste diode vloeit dan de laadstroom , waarvan de grootte bepaald wordt door de waarde van weerstand R4. Als de uitgang negatief is , dan spert D2 en gaat D1 geleiden . De condensator wordt dan ontladen door de weerstand R3.

In de hierop volgende grafiek zijn de spanningen getekend voor twee diverse instellingen van de potentiometers . In het eerste geval wekt de schakeling smalle negatieve pulsen op, in het andere geval iets bredere positieve pulsen . Zoals merkbaar is in dit geval de duty cycle niet meer gelijk aan 50% en varieert deze naargelang van wijziging van de componenten .

We kunnen ook nog opmerken dat een opamp geïntegreerd kan worden in een digitaal systeem , opgebouwd met C-MOS schakelingen . CMOS of Complementary Metal Oxide Semiconductor is een halfgeleidertechniek die gebruik maakt van metaaloxide veldeffecttransistoren met zowel n – als p-type geleiding . Door deze complementaire zijn circuits ofwel met de negatieve ofwel met de positieve voedingsspanning verbonden , terwijl de tegenovergestelde transistor niet geleidt , waardoor de schakeling vrijwel geen stroom verbruikt als er niet geschakeld wordt . CMOS-schakelingen worden vaak gebruikt als logische poorten in geïntegreerde schakelingen , ook wel IC’s genaamd , onder meer vanwege het relatief lage stroomverbruik van de schakeling ten opzichte van de TTL wat voorheen de heersende standaard was .

Vaak heeft men in een digitaal systeem behoefte aan een klokoscillator en zijn alle poorten, beschikbaar in de gebruikte digitale IC’s , bezet door andere functies . Het is dan ook vaak voordeliger een goedkope opamp toe te passen dan een nieuwe digitale IC te introduceren waarvan slechts de helft of de vierde wordt gebruikt .

Allerlaatst nog een laatste waarschuwing : de normale goedkope opamps , zoals onder andere ook de 741, zijn inwendig laagfrequente schakelingen . Het is niet mogelijk met deze schakelingen pulsen op te wekken met stijgtijden van enige tientallen nanoseconden ( hoogfrequent ) , zoals dat wel kan met digitale schakelingen . Deze eigenschap van de opamps beperkt dan ook de bruikbaarheid va, de schakelingen in digitale systemen . Als u echter een eenvoudig digitaal deurbelletje wilt ontwikkelen , kunt u de klokoscillator zonder meer in handen geven aan een opamp . Maar in snelle schakelingen zoals onder andere een computerschakelingen mogen echter geen opamps gebruikt worden , aangezien dat sowieso mis gaat .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 142: gip paasvakantie

142 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

38 De opamp als flipflop

De flip-flop’s zijn de basisschakelingen van de digitale elektronica. Door middel van een flipflop kunnen we het even aanwezig zijn van een spanningspiekje ‘bewaren’.

Een flipflop is een elektronisch geheugen dat in staat is het verschijnen van een kortstondig pulsje om te zetten in een in principe eeuwig durende uitgangsvariatie.

38.1 Voordeel

Het kan soms voordeliger zijn een flipflop op te bouwen rond een opamp, dan beroep te doen op een van de vele digitale flipflop's. Nu zijn er talloze IC’s in de handel zijn die vier identieke opamps bevatten doet zich vaak de praktijksituatie voor dat u een opamp over houdt en terzelfdertijd een flipflop nodig hebt. Dat is ook economischer!

38.2 De opamp als flipflop

De positieve ingang van de opamp is door middel van een weerstandsdeler verbonden met de uitgang. Dezelfde opzet als bij de blokgolf oscillator. Overigens met dezelfde doel: de spanning op de uitgang vast te leggen op één van voedingsspanningen tot er een smal positief of negatieve pulsje verschijnt op de negatieve ingang. S1 en S2 zijn de pulsdrukknoppen. Één van de twee gelijkspanningsbronnen stellen we in op +10V en de tweede gelijkspanningsbron stellen we op -10V.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 143: gip paasvakantie

143 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Bij het inschakelen van de voedingsspanning is de uitgangsspanning van de opamp gelijk aan de positieve voedingsspanning.

De terugkoppeling zorgt ervoor dat de positieve ingang positief wordt ten opzichte van de negatieve ingang. Deze terugkoppeling heeft als doel: het stabiliseren van de inschakelsituatie. Door het indrukken van S1 zal er een positieve pulsje toekomen aan de negatieve ingang van de opamp. De +10V op deze ingang is positiever dan +5V op de positieve ingang dus de opamp klapt om. De uitgang gaat naar -10V en de terugkoppeling zorgt ervoor dat de positieve ingang op -5V komt te staan. De negatieve ingang is nog steeds positiever dan de positieve ingang, deze situatie is stabiel. Wanneer we nu de drukknop los laten zal de negatieve ingang van opamp naar de massa gaan. Maar ook nu is deze ingang nog steeds positiever dan -5V spanning op de niet-inverterende ingang. De uitgang blijft dus op de negatieve voedingsspanning staan.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 144: gip paasvakantie

144 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

38.3 Conclusie

Het aanleggen van een korte positieve puls op de negatieve ingang zorgt voor het omklappen van de uitgangspanning van +10V naar -10V.

Omdat flipflop een geheugenelement is, kunnen we weer de schakeling tot de beginstand brengen door het aanleggen van een negatieve pulsje op de inverterende ingang.

38.4 Toepassing

Een RS-flipflop kan gebruikt worden voor de onderdrukking van het dendereffect. Elke schakelaar of drukknop bezit immers in mindere of meerdere mate condensator. Dit betekent dat, door terugveren of door slecht contact, de verbinding een aantal keren geopend en terug gesloten wordt voor er een definitief en zeker contact ontstaat. Zie onderstaande figuur

Het is duidelijk dat het snel openen en sluiten van het contact niet-gewenste enen en nullen opwekt die door de aangesloten digitale schakeling kunnen geregistreerd worden.

We doen hier opmerken dat het aantal keren dat het contact dendert vooraf niet te bepalen is, en dat het denderen ook dan kan optreden bij het terug openen van het contact.

Met behulp van een RS-flip-flop kan een eenvoudige antidenderschakeling gemaakt worden voor een wisselcontact , breek en maakcontact; zie onderstaande schakeling en tijdsvolgorde diagram.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 145: gip paasvakantie

145 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

39 Opamp als vertrager

Vertragingen of delay’s worden vaak toegepast in de digitale elektronica. Er zijn diverse soorten vertragingsschakelingen.

Bij dit delay wordt alleen de voorflank van de puls met een tijd dt ( t2-t1) vertraagd. In rust zijn in- en uitgang op massapotentiaal. Een positieve puls aan de ingang op tijdstip t1 resulteert in een vertraagde puls op tijdstip t2. Als de ingangspuls op tijdstip t3 wegvalt, dan houdt echter ook de uitgangspuls het voorgezien.

Er zijn delay’s waarmee u niet alleen de voorflank, maar ook de achterflank van een puls kunt vertragen en er zijn schakelingen waarmee u een korte puls in de tijd kunnen opschuiven. Met andere woorden: de ingangspuls is alweer verdwenen, alvorens de delay een uitgangspuls opwekt. Normaal gezien worden die schakelingen opgebouwd met een geïntegreerde monostabiele multivibrator zoals de 74121 voor TTL of de 4047 voor CMOS. Als we geen al te hoge eisen stellen aan de schakelsnelheid, dan kunnen we de delay’s net zo opbouwen met een opamp.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 146: gip paasvakantie

146 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Het theoretisch schema bij deze proef is hieronder weergegeven .

De onderstaande schakeling geeft ons een voorbeeld van schakeling die de voorflank van een positieve puls met een instelbare tijd vertraagd.

Dit schakeling is een delay, samengesteld uit een RC-integrator en een comparator. De opamp is in feite geschakeld als comparator. De drempelspanning wordt ingesteld op de helft van de positieve voedingsspanning door middel van de spanningsdeler R2-R3. Als de ingangsspanning nul is, dan staat de negatieve ingang van het IC op een positievere spanning dan de niet-inverterende ingang. De uitgang zou de negatieve voedingsspanning opzoeken. Want de diode D2 zorgt ervoor dat de uitgang van de opamp niet lager kan gaan -0,6V. Dit is niet noodzakelijk, maar in de digitale elektronica werken met standaard niveau’s en daarbij is het meestal de gewoonte dat een ‘0’ overeenkomt met nul volt. Maar we moeten wel opletten want niet iedere opamp laat toe dat zijn uitgang met een diode kortsluit naar massa. De 741 kan onbegrensd worden kortgesloten, hierbij kan het dus wel.

De werking van de schakeling wordt op de hierop volgende pagina uitbundig uitgelegd , aan de hand van een grafische weergave van een mogelijk te bekomen karakteristiek .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 147: gip paasvakantie

147 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

t1: Stel dat op tijdstip t1 een positieve puls aan de ingang verschijnt. Door R1 loopt een stroom die de condensator C1 gaat opladen. De spanning op de positieve ingang stijgt.

t2: Op tijdstip t2 wordt de spanning op deze ingang gelijk aan de drempelspanning op de inverterende ingang. De schakeling klapt om, de uitgang van de opamp wordt positief en dt wordt bepaald door de waarde van het RC-netwerk tussen de ingang van de schakeling en de niet-inverterende ingang van de opamp.

t3: Op tijdstip t3 verdwijnt de ingangspuls. De opgeladen condensator gaat nu dadelijk ontladen via de geleidende diode D1. De spanning op de +IN wordt lager dan de drempel op de –IN, de comparator klapt om. De uitgang gaat naar nul.

Opmerking :

De digitale puls van 0V tot +10V kunnen we simuleren door een van de gelijkspanningspotentiometers op +10V in te stellen en om te schakelen tussen 10V en 1V met de tuimelschakelaar. De spanning wipt dan heen en weer tussen +10V en +1V, deze laatste waarde is nagenoeg laag!!!

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 148: gip paasvakantie

148 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

40 De opamp als monostabiele multivibrator

Een monostabiele multivibrator (MMV) is een schakeling die op commando van een ingangspuls met willekeurige duur een uitgangspuls van constante, maar instelbare duur, opwekt.

De pulsbreedte t1-t3 van de uitgangsspanning moet onafhankelijk zijn van de pulsbreedte t1-t2 van de startpuls. Als u rekening houdt met de reeds bekende begrenzingen van opamp schakelingen in digitale toepassingen, kunnen we met MMV’s met succes opbouwen met deze geïntegreerde versterkers.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 149: gip paasvakantie

149 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

40.1 Basiswerking van een MMV

Het onderstaande figuur geeft ons een voorbeeld van een schakeling die op bevel van een smalle positieve puls opwekt. De ingangspuls kunt u weer simuleren door één van de gelijkspanningsbronnen van de trainer op +10V in te stellen en de tuimelschakelaar te bedienen. Stand 1V komt dan overeen met een logische ‘L’, stand 10V met een logische ‘H’. De opamp werkt als comparator. De negatieve ingang is door middel van de spanningsdeler R4-R3 ingesteld op een positieve spanning van ongeveer 1V. Dat doen we om zeker te zijn dat in rust, dus zonder puls aan de ingang, ook de uitgang op 0V staat. De diode D2 aan de uitgang zorgt voor het begrenzen van de negatieve uitgangsspanning van de opamp op -0,6V, gelijk aan logisch ‘L’.

40.2 Werking van de schakeling

Aan de hand van de grafiek op de hier opvolgende pagina kunnen we de werking van de schakeling afleiden.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 150: gip paasvakantie

150 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Op tijdstip t1 schakelen we de schakelaar op de trainer even om van 1V naar 10V. Er verschijnt een positieve puls op de ingang. Deze puls wordt door de RC-netwerkje C1 en R1 gedifferentieerd. Alleen de snelle voor – en achterflank worden door de condensator doorgelaten. Over de weerstand ontstaan dus twee smalle naaldpulsjes, een positief pulsje bij het verschijnen van de ingangspuls en een negatief pulsje bij het verdwijnen van het signaal.

Op tijdstip t1 wordt de positieve ingang heel even positiever dan de negatieve ingang. De comparator reageert dadelijk, de schakeling klapt om en de uitgang wordt positief. Tussen de uitgang en de positieve ingang van de opamp staat ook een differentiator geschakeld. De tijdsconstante van de kring C2-C3 is echter zeer groot. De positieve flank van de uitgang wordt doorgekoppeld naar de positieve ingang. Door de grote tijdsconstante van de kring gaat de elco zeer langzaam ontladen via R2. Gevolg: ook na het wegvallen van het smalle naaldpulsje, afgeleid van de ingang, blijft de positieve ingang van de opamp positief. Ook de spanning op de uitgang van de schakeling blijft hoog. De condensator C2 gaat nu ontladen. De spanning op de positieve ingang daalt en na een bepaalde tijd wordt deze spanning gelijk aan de +1V op de negatieve ingang. De comparator klapt om, de uitgang gaat naar nul. Ook deze negatieve sprong wordt door de elco doorgekoppeld naar de positieve ingang. De spanning op dit punt gaat dus opeens naar -9V. Deze spanning moeten we zo snel mogelijk kwijt raken. Immers zou dit potentiaal zich even traag opbouwen als de positieve spanning na t1, dan zou het een hele tijd duren alvorens de schakeling reageert op de nieuwe ingangspuls. De korte positieve naaldpuls; afgeleid van deze ingangspuls, zou dan verdrinken in de hoge negatieve spanning op de positieve ingang van de opamp en de schakeling zou geen uitgangspuls opwekken. D1 zal nu geleiden want de kathode is negatieve t.o.v. de anode. De negatieve spanning op de positieve ingang van de opamp vloeit dus zeer snel af via D1 en R1. Vandaar op tijdstip t3 een smal negatief pulsje op Ua. Het is dus van belang de waarde van R1 zo laag mogelijk te kiezen is.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 151: gip paasvakantie

151 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Op tijdstip t4 is de condensator ontladen, de schakeling is in rust en bereid een nieuwe monostabiele puls op te wekken.

40.3 Toepassing

Op de bovenstaande figuur ziet u een toepassing van de combinatie MMV-delay. Een korte positieve ingangspuls moet een bepaalde tijd vertraagd worden. De vertragingstijd is groter dan de duur van de ingangspuls. D.m.v. de in dit experiment beschreven MMV zet u de ingangspuls om in een bredere puls. Nadien gaan we de voorflank van deze puls vertragen met de delay-schakeling. Door de juiste keuze van de tijdsbepalende onderdelen kunnen we er voor zorgen dat de vertraagde puls net zo breed is als de oorspronkelijke puls.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 152: gip paasvakantie

152 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 153: gip paasvakantie

153 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

41 Opamp als poort

Poorten zijn de basisschakelingen van de digitale techniek. Er zijn vier basispoorten: AND, OR, NOR en NAND. Die vier poorten kunnen we opbouwen met een opamp.

Op de onderstaande figuur is het basisschema getekend van een opamp als poort;

De spanning die we over op punt C meten zegt ons iets over de binaire combinatie van ‘H’ en ‘L’ op de beide ingangen. Het zal duidelijk zijn dat C ‘L’ is als A en B ‘L’ zijn. Het niveau ‘L’ komt immers overeen met 0V en 0V op A en B levert OV op het knooppunt van beide weerstanden. Als één van beide ingangen ‘H’ is, dan staat er op punt C een spanning van +5V. Er wordt dan immers een spanningsdeler gevormd tussen OV en +10V en daar beide weerstanden even groot zijn staat er tussen beide weerstanden de helft van de spanning. Als beide ingangen ‘H’ zijn, dan staat er uiteraard +10V op C.

Op punt C staat dus OV, 5V of +10V, afhankelijk van de logische combinatie op de twee ingangen. De comparator zorgt ervoor dat we deze informatie omzetten naar een eenvoudige ‘L’ of ‘H’ uitgang, afhankelijk van de gewenste poortschakeling. De diode aan de uitgang van de comparator zorgt voor er weer voor dat de spanning op de uitgang niet lager kan worden dan –0,6V. Op deze manier kunnen we met één opamp die vier basispoorten opbouwen.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 154: gip paasvakantie

154 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

41.1 AND

De twee ingangen gaan via de spanningsdeler weerstanden naar de positieve ingang van de opamp , de negatieve ingang is aangesloten op een drempelspanning van +6,66V middels de spanningsdeler R3-R4. De werking van de schakeling is duidelijk. Als beide ingangen ‘L’ zijn, dan staat op de positieve ingang een spanning van 0V. De spanning op de negatieve ingang is groter, de uitgang van de comparator is -0,6V dus logisch ‘L’. Is een van de ingangen ‘H’ dan wordt de positieve ingesteld op een spanning van +5V, hetgeen niets aan de situatie wijzigt. Slechts als beide ingangen ‘H’ zijn, wordt de spanning op de positieve ingang groter dan de spanning op de negatieve ingang en slaat de comparator om. De uitgang wordt ‘H’ of 10V.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 155: gip paasvakantie

155 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

A B + X

0V 0V 0V 0V

10V 0V 5V 0V

0V 10V 5V 0V

10V 10V 10V 10V

41.2 NAND

Op het onderstaande schakeling is de opamp geschakeld als NAND-poort. Het enige verschil is dat de beide ingangen zijn omgewisseld. De positieve ingang van de comparator staat op een drempel van +6,66V. Zolang niet beide ingangen ‘H’ zijn, is de spanning op de negatieve ingang kleiner dan de drempel, de uitgang is hoog. Eerst als beide ingangen ‘H’ worden, slaat de comparator om. De waarheidstabel verwijst naar de NAND-functie.

A B + X

0V 0V 0V 10V

10V 0V 5V 10V

0V 10V 5V 10V

10V 10V 10V 0V

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 156: gip paasvakantie

156 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

41.3 OR

Beide ingangen gaan naar de positieve ingang van de opamp, de negatieve is ingesteld op een drempel van 3,33V. Nu is het voldoende dat er op één van de beide ingangen een ‘H’ verschijnt om -de comparator te laten omklappen. Hetgeen zeer duidelijk de OR-functie demonstreert.

A B + X

0V 0V 0V 0V

10V 0V 5V 10V

0V 10V 5V 10V

10V 10V 10V 10V

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 157: gip paasvakantie

157 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 158: gip paasvakantie

158 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

41.4 NOR :

Het enige verschil is dat de beide ingangen opgewisseld zijn. Alleen als beide ingangen ‘L’ zijn, staat er op de negatieve ingang een lagere spanning dan op de positieve ingang. De uitgang is dan ‘H’ en zoekt ‘L’-niveau op als een of beide ingangen ‘H’ worden.

We kunnen concluderen dat een basisschakeling opgebouwd kan worden met één opamp en vier weerstanden.

A B + X

0V 0V 0V 10V

10V 0V 5V 0V

0V 10V 5V 0V

10V 10V 10V 0V

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 159: gip paasvakantie

159 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

42 Opamp als tiptoets

Een tiptoets wordt meestal uitgevoerd met een of meerdere CMOS-poorten. Omdat een opamp een hoge ingangsimpedantie heeft, is het ideaal voor dit type schakeling. Er zijn 2 systemen. De minst volmaakte werkt op de huidige weerstand van een vinger. Als we met onze vingertop contact maken tussen twee elektroden, dan wordt er een weerstandje van een MΩ opgebouwd en die weerstand kunnen we gebruiken om een kleine spanning op te wekken. De nadeel is dat de contacten vervuilen door huidsmeer en andere viezigheden en het contact werkt niet meer betrouwbaar.

Het betere systeem maakt gebruik van de in ieder menselijk lichaam aanwezige 50Hz inductiespanning, opgepikt uit het alom aanwezig magnetisch veld van de netspanningsbedrading. Als we met onze vingertop een geleider aanraken die een zeer hoge weerstand heeft ten opzichte van de massa, dan wordt er in die geleider een 50Hz wisselspanning opgebouwd van wel enige tientallen volts. Die spanning kunnen we gebruiken om het sturen van een tiptoetsschakeling.

We kunnen de tiptoets opbouwen met een opamp, zie hiervoor dan ook onderstaande figuur;

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 160: gip paasvakantie

160 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

43 Bronvermelding

43.1 Internet

http://www.google.be

http://www.breem.nl/fldbasis/pgbasis-06.htm

http://www.wikipedia.wom

http://be.farnell.com/

http://www.alldatasheet.com/

http://www.vego.nl/

http://www.elektor.nl

http://homepages.nildram.co.uk/~wylie/ICs/monolith.htm

43.2 Literatuur en naslagwerken

Het op-amp experimenteer boek

Vego VOF - Jos Verstraten

Know it all brochures :

- Weerstanden en condensatoren

- Niet-lineaire weerstanden

- Condensatoren

- Gelijkrichters

- Spanningsvolgers

- Spanningsversterkers

- Comparatoren en discriminatoren

- Signaal bewerkers

- Gelijkrichters en detectoren

- Niet-lineaire versterkers

- Filterschakelingen

- Signaal generatoren

- Digitale schakelingen

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 161: gip paasvakantie

161 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

44 Slotwoord

Slotwoord, dankwoord;

Ons eindwerk zou nooit een succes geweest zijn zonder hulp van buitenaf . Door voortdurende correspondentie met Vego , slaagden wij erin verschillende moeilijk te verkrijgen componenten alsook informatie toegestuurd te krijgen. Het is dankzij deze voortdurende en onophoudelijke correspondentie gedurende het schooljaar dat wij elke schakeling ook effectief hebben kunnen verwezenlijken , de struikelblokken waren immers steeds aanwezig , of het nu ging om de zeer moeilijk te verkrijgen XR2207 of de problemen die de draaispoelmeters ons opleverden , we konden steeds terecht voor informatie .

Een nog grotere dank gaat echter uit naar dhr. De Roissart Geert en dhr. Verplancken Roland , die steeds klaarstonden met technisch advies en ons af en toe het duwtje in de rug gaven . Zonder de voortdurende bijstand en soms zelf harde commentaar die we te verduren kregen , wisten we echter wel hoe het project opschoot en hoe we onze tijd in de toekomst moesten besteden .

Allerlaatst maar niet minder willen we ook K.S.O. Glorieux Ronse bedanken voor het sponseren van ons eindwerk .

Dank u voor deze geweldige belevenis in onze schoolcarrière ;Uw studenten!

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 162: gip paasvakantie

162 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45 Bijlagen

Bijlage 1 : Prijslijst

Bijlage 2 : Informatie betreffende de gebruikte software

Bijlage 3 : Etsprocedure

Bijlage 4 : De analoge draaispoelmeters

Bijlage 5 : Handleiding betreffende de universele opamp-trainer

Bijlage 6: Experimenteerbundel

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 163: gip paasvakantie

163 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.1 Bijlage 1 : Prijslijst

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 164: gip paasvakantie

164 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 165: gip paasvakantie

165 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Bijlage 2

45.2 Bijlage 2 : Gebruikte software

45.2.1

MultiSIM is een elektronisch schema-ontwerp - en simulatieprogramma.

Het programma werd oorspronkelijk gefabriceerd door firma Elektronic WorkBench , wat nu een dochteronderneming is van National Instruments .

Het programma werd oorspronkelijk ontwikkeld voor educatieve doeleinden op scholen en universiteiten . Later richtte Multisim zich alsook op het ontwerp en simmulatie gedeelte , waarna hij later aan de hand van andere software ook de mogelijkheid boot de ontworpen schema’s praktisch door te sturen voor het ontwerp van onder andere printplaten .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 166: gip paasvakantie

166 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Schermafbeelding van een schakeling met simulatie binnen Multisim

45.2.2

Ultiboard is een software programma dat hoofdzakelijk en zo goed als enkel gebruikt wordt voor het ontwerpen en samenstellen van printplaten . Het programma werkt in sarmentant met Multisim , wat het mogelijk laat om schakelingen , getekend in Multisim , in Ultiboard te gebruiken .

Schermafbeelding van een mogelijk ontwerp in zowel 2D- als 3D- weergave .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 167: gip paasvakantie

167 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.3 Bijlage 3 : Etsprocedure

45.3.1 Voorbereiding

De voorbereiding bestaat eruit dat we de printplaten ontwerpen , dit gebeurt binnen Multisim ( dat ons toelaat de schakelingen te tekenen ) en Ultiboard ( waar we de printplaat ontwerpen ) . We maken dan een transparant van het printontwerp , de instellingen variëren van printer tot printer ; vaak dient men echter te kiezen voor High Quality of fotokwaliteit .

Een tweede deel van de voorbereiding is natuurlijk het zagen van de onbelichte printplaat op de juiste maat . Wij maken hier gebruik van enkelzijdige printplaten . Nadat je de print hebt uitgezaagd moet je nog de braam die ontstaan zijn tijdens het zagen verwijderen. Dit kan ofwel met een fijne vijl of anders met schuurpapier. Ga hierbij zeer zorgvuldig te werk en verzeker jezelf ervan dat er geen oneffenheden meer overblijven. Indien dit ergens toch nog het geval zou zijn zal de belichting ook niet goed zijn daar er nog licht tussen de transparant en de fotolaag kan door deze oneffenheid. Hierdoor is de printplaat vaak niet meer bruikbaar .

Maak nu eerst de foto ontwikkelingsvloeistof en etsmiddel klaar, let op de gewenste temperaturen . Bij gebruik van chemische stoffen wordt er aangeraden steeds de nodige beschermingskledij te voorzien ( veiligheidsbril , stofjas , handschoenen , … ) . Voorzie een bad met water voor na de belichting .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 168: gip paasvakantie

168 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.3.2 Belichting en fotolaag

Plaats het transparant op de glasplaat van de lichtbak. Verzeker je ervan dat de juiste zijde van het transparant naar boven ligt. Meestal staat er een tekst met versie nummer en naam op het transparant, als dit leesbaar is(niet in spiegelschrift) dan ligt het transparant goed. Haal nu de beschermfolie van de printplaat en leg deze met de fotolaag op het transparant op de juiste plaats. Sluit voorzichtig het deksel en zorg ervoor dat er niets verschuift en vergrendel het deksel. Schakel de lampen nu aan gedurende 2,5 min tot maximum 3 minuten. Open na te belichten het deksel en neem de print van de transparant. Je zal al zien dat er een verschil in kleur is tussen het belichte gedeelte en niet belichte deel. Leg de print nu met de fotolaag naar boven in het bad met de foto ontwikkelaar en beweeg deze heen en weer totdat de paarse zweem verdwenen is. Dit is de belichte fotolaag die nu oplost. Als de belichte fotolaag volledig is weg geëtst, neem dan de print uit het ontwikkelbad en stop de verdere ontwikkeling door het in het bad met water te leggen. Voor alle zekerheid spoel je het best altijd nog eens na onder de kraan. Droog de print nu zeer voorzichtig af met bijvoorbeeld keukenpapier.

45.3.3 Koperplaat etsen

Neem de print en steek een inox draadje door bijvoorbeeld twee geboorde gaatjes en hang ze over een staaf. Dompel de printplaat onder in het etsbad. Laat de luchtwerveling en het etsmiddel nu zijn werking maar doen. Na ongeveer 5 tot 15 minuten, afhankelijk van de temperatuur en sterkte van het etsmiddel, is je printplaat geëtst. Je zal zien hoe snel op het einde het koper verdwijnt. Als alles netjes is geëtst haal je ook weer de print uit het bad en steek je het in de waterbak om het etsproces te stoppen. Spoel ook weer grondig na en droog af met keukenpapier.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 169: gip paasvakantie

169 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.3.4 Boren van de gaatjes

Als volgende stap kunnen de nodige boringen gebeuren . Zorg er steeds voor dat de juiste boorkop gebruikt wordt en er correct geboord wordt ; een verkeerde boring kan immers de baantjes beschadigen.

De printplaat is nu klaar voor de plaatsing van de componenten . Zorg steeds voor de nodige nauwkeurigheid tijdens het solderen en zorg ervoor dat de componenten steeds juist geplaatst worden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 170: gip paasvakantie

170 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 171: gip paasvakantie

171 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.4 Bijlage 4 : De draaispoelmeters

Betreffende de analoge stroommeters werd ons gevraagd de nodige opzoekingswerk te doen . Het was zo dat deze meettoestellen zeer moeilijk tot niet te verkrijgen waren . De goedkoopste en verruit enige leverancier was dan ook een Engelse leverancier, onder de website : www.esr.co.uk

Vooraleer we dan ook toestemming kregen om bij deze website te bestellen , dienden wij dus de nodige opzoekingen te doen betreffende deze website en deze leverancier.

45.4.1 Bestellen bij ESR Electronic Components Ltd

- De bestelling kan geplaatst worden via Post , mail , telefonisch , via het bestelformulier of via fax .

ESR Electronic Components Ltd

Station Road,Cullercoats,Tyne & WearNE30 4PQ

Tel: 0191 251 4363 Fax: 0191 252 2296E-mail: [email protected]

- Waar mogelijk wordt gevraagd steeds de besteldcodes ( of Order code) steeds te vermelden , alsook het aantal en eventueel de beschrijving .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 172: gip paasvakantie

172 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.4.2 Levering

- Overzeese bestellingen met een gewicht onder de 2kg worden verzonden via AirMail , met een minimale aanrekening van £ 10.00 .

- Overzeese bestellingen met een gewicht boven de 2 kg worden verzonden via UPS, gelieve om de prijs te vragen .

45.4.3 Betaling

Gelieve de betaling samen met uw bestelling uit te voeren . Indien bestelling via post kan er eventueel een cheque toegevoegd worden . Wij accepteren ook American Express , Mastercard , Maestro , Solo en Visa credit cards – gelieve kaartnummer , vervaldatum , Issue N° ( Maestro & Solo ) , de 3 digit beveiligingscode , kaardhouder , adres en telefoonnummer te vermelden . Zorg er steeds voor dat u het juiste aantal vermeld , van zodra de bestelling immers voltooid is kunnen wij deze niet meer herroepen . Na betaling is het alsook niet meer mogelijk een order te annuleren , tenzij bij een prioritaire akkoordname .

45.4.4 Prijzen

Alle prijzen getoond op deze website zijn exclusief omzetbelasting of btw (VAT) .

VAT = Vallue Added Tax : 17,5% in GB

45.4.5 Garantie

- Gelieve de fabrikantsverpakking ongeschonden te laten in geval van terugzending of verkeerde levering.

- Alle verkochte toestellen zijn ongebruikt en rechtstreeks van onze toeleverancier .

- Alle toestellen gekocht na 02/01/2006 bevatten een 2 jaar durende garantie .

- In geval van problemen , gelieve steeds schriftelijk of telefonisch contact op te nemen . Gelieve alsook steeds de datum van aankoop , bestelnummer en naam van het toestel te vermelden .

- In geval van terugzending moeten de goederen steeds van een goede verpakking voorzien zijn , dient deze voorzien te zijn van uw naam , adres en de reden waarom de terugzending plaatsvindt . De goederen zelf moeten volledig beschermd zijn tegen schade die tijdens het terugzendingsproces op kunnen treden .

- Op verkeerd of ongepast gebruik van goederen kunnen wij geen garantie bieden . De garantie geldt enkel bij gepast gebruik en binnen een afgesproken termijn van 2 jaar .

- Indien onmogelijk om het toestel te repareren of vervangen kan het aankoopbedrag vergoed worden.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 173: gip paasvakantie

173 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.4.6 Contact

Betreffende verder informatie over de verzendingskosten , levertermijn , betaalmogelijkheden en gewicht is er elektronisch contact opgenomen met [email protected] . Zie mail hieronder .

Naar : [email protected]

Good morning – Good afternoon – Good evening ,

( Afhankelijk van wanneer de mail verzonden werd )

I am writing in connection with ordering some of your products We are students of a Belgian school and are interested in ordering 3 analogue moving coil meters shown at your website .

The specifications of the mentioned moving coil meters is show underneath :

Order-code : 124-166

Information : 50µA – 0 - +50µA

Qt. : 3 x

( Eventueel in bijlage een afbeelding van de te bestellen meettoestellen weergeven , zoals hieronder geplaatst )

Indien dit gedaan wordt : For more information please refer to the enclosures.

Could you please inform us about the total costs of this order , including shipping to Belgium?

And we would love to have information about the paying progress , is it possible for us to pay the amount of money in forward using offline banking ( credit transfer ) ?

We look forward receiving your reply,

With kind regards , Deroissart Geert.

( Eigen E-mail adres en naam ) Glorieuxlaan 309600 RonseBelgium / België

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 174: gip paasvakantie

174 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.5 Bijlage 5 : Handleiding bij de universele opamp-trainer

45.5.1 Inleiding :

De universele opamp-trainer is een meet- en redeneersysteem waarbij men aan de hand van verschillende hoofdstukken de opamp binnen bepaalde toepassingen kan bestuderen , zowel theoretisch als praktisch . In deze handleiding vindt u alle informatie die nodig geacht wordt om deze experimenten tot een goed einde te brengen .

Zo kan u steeds aan de hand van de gegeven informatie de proeven zo uitvoeren dat u uw gemeten waarden kan vergelijken met diegene die wij aan de hand van deze handleiding weergaven . Verder biedt deze handleiding u een uitgebreid overzicht van hoe u deze experimenten uit kan voeren , zo bieden wij u niet enkel theoretische schema’s , maar tevens ook praktische aanslutischema’s ,voorzien van afbeeldingen en andere weergaven . Tevens ook door de overvloed aan informatie is het zelf voor een persoon met basiskennis mogelijk deze experimenten tot een goed eind te brengen.

We zullen in deze handleiding bij de experimentjes steeds de mogelijkheid voorzien voor het invullen van praktische metingen en het noteren van besluiten , alsook het invullen van evaluatievragen .

45.5.2 De Universele opamp-trainer :

De universele opamp-trainer bestaat voornamelijk uit 3 hoofddelen : de frequentiegenerator ( waarbij u de keuze hebt tussen een blokgolf of een driehoekspanning ) , de gelijkspanningsgenerator en de 3 analoge spanningsmeters . Afhankelijk van de soort proeven gebruikt u enkele van deze of deze allemaal .

Hieronder vindt u een weergave van het blokschema van de in – en uitgangen , deze kan u helpen bij het begrijpen van het gebruiken van de universele opamp-trainer .

(1) De functiegenerator zorgt voor het wisselspanningsgedeelte van de universele opamp-trainer . Men heeft de keuze tussen een driehoek – of vierkantspanning met een periodeduur van 1 seconde tot 120 seconden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 175: gip paasvakantie

175 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

(2) Vaak heb je bij het experimenteren met analoge signalen toch nog steeds digitale signalen nodig als hulp – of instelspanningen . Met deze schakelingen kan je dan ook 2 gelijkspanningen opwekken die je kan instellen tussen -10 en + 10 V of -1 en +1 V . Ook is er nog een derde uitgang , de ‘sprong uit “ . Hieruit kan je een spanningssprong halen . Daarvoor zijn er twee drukknopjes opgenomen die de uitgangen van de gelijkspanningsbron doorverbinden met de ‘sprong’ uitgang . Als de drukknoppen in rust zijn staat er op de uitgang 0V . Bij het bedienen van 1 van de drukknoppen springt de spanningswaarde opeens naar de waarde van 1 van de gelijkspanningsbronnen ( afhankelijk van welke drukknop ingedrukt werd ) . Op deze wijze creëert men een spanningssprong die noodzakelijk is voor sommige experimentjes .

(3) Een opamp heeft 2 ingangen en een uitgang . Het is met andere woorden handig als je steeds drie verschillende spanningen tegelijkertijd kunt observeren . Met behulp van de ampèremeter als voltmeter kunnen ze zowel positieve als negatieve spanningen meten en met behulp van de andere omschakelaars kun je voor iedere meter één van beide meetgebieden inschakelen ( 10 V en 1V )

(4) Tot slot herken je de voedingsblok . Deze is aangebracht voor het voeden van de testschakelingen . Een opamp heeft namelijk nood aan een symmetrische voeding .

De uitgangen zoals hierboven weergegeven en beschreven vindt u ook weer op de universele opamp-trainer . Het basisplaket vindt u dan ook hieronder weer .

1. In het gedeelte linksboven vindt u het wisselspanningsgedeelte weer . Via de omschakelaar kan u kiezen tussen een vierkant en blokgolfspanning . De grootte in amplitude kan ingesteld worden aan de hand van de draaipotentiometers . Nu moet u dat begrip ‘wisselspanning’ niet al te ruim interpreteren . De schakeling wekt , naar keuze , een driehoek- of vierkantsspanning op met een periodeduur van 1 seconde tot 2 minuten . Door die lange periodeduur kunt u het proces van het opnemen van transfertkarakterisitiek automatiseren . U stuurt de traagste driehoek

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 176: gip paasvakantie

176 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

in de te testen schakeling en sluit een voltmeter aan op de uitgang van de generator . De spanning varieert dan zo langzaam van waarde , dat u steeds het verband tussen in – en uitgangsspanning op de meters kunt aflezen en noteren .

De twee onderste knoppen van het functiegenerator dienen voor het instellen van de uitgangsspanning . Met de omschakelaar kunt u twee bereiken instellen , namelijk 1V en 10V . In het eerste bereik varieert de driehoek maximaal tussen 1V en -1V . Door middel van de draaipotentiometer kunt u de uitgangsspanning echter continu regelen tussen 0V en de maximale waarde .

2. Vaak heeft u bij het experimenteren met analoge schakelingen hulp – of instelspanningen nodig . Die haalt u het blok gelijkspanningen die u linksonder weervindt . Hierbij kan men gelijkspanningen opwekken die u kunt instellen tussen -10Ven +10V , in twee gebieden . Het ene gaat van -1V tot +1V , het andere van -10V tot +10V. Dit blok heeft nog een derde uitgang , waaruit u een spanningssprong kunt halen . Daartoe zijn twee drukknopje opgenomen , die de uitgangen van de gelijkspanningsbronnen doorverbinden met de PRONG-UITGANG . Als de drukkoppen in rust zijn , staat er op de uitgang 0V . Bij het bedienen van een van de knoppen springt de uitgang opeens naar de waarde van een van de beide gelijkspanningen . Dergelijke sprongapparaten zult u bij het experimenten met dit apparaat vaak meer dan nodig hebben

3. Een opamp heeft twee ingangen en een uitgang . Het is dus handig als u steeds drie verschillende spanningen tegelijkertijd kunt observeren . Dit kan met het rechts gedeelte , dat bestaat uit drie draaispoelmetertjes , dit blok noemen we ‘indicatoren’ . Ze hebben hun nullijn in het midden , wat betekent dat u er zowel positieve als negatieve spanningen mee kunt meten , zonder het omdraaien van schakelaars of omprikken van draadjes of wat dan ook . Door middel van andere schakelaars echter , kunt u voor iedere meter een van beide meetgebieden tussen de grenzen van ±1 V of ± 10V . De ingangsimpedantie van de meters is erg hoog ( maar liefst om en bij de 20MΩ) , zodat deze nooit de werking van een schakeling kunnen versoren / beïnvloeden . Anderzijds zijn de uitgangsimpedanties van de drie spanningsproducerende schakelingen erg laag , zodat ook zij geen invloed hebben op de eigenschappen van de te testen schakelingen .

4. Tot slot herkent u onder de meters een algemeen blok , met een massa-aansluiting , de aan/uit-schakelaar en twee driepolige connectoren . Op deze twee laatste onderdelen staan de voedingsspanningen ( +15V , massa en -15V ) ter beschikking voor het voeden van de testschakelingen .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 177: gip paasvakantie

177 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Hoe beter zouden we een handleiding kunnen samenvatten dan met een duidelijk geïllustreerde afbeeldingen , dit gebeurt hieronder .

(1) Het wisselspanningsgedeelte van de universele opamp-trainer .1.1 Omschakelaar met keuze tussen driehoek of vierkantspanning1.2 Draaipotentiometer waarmee men de frequentie kan regelen ( 0.00833 Hz tot 1

Hz ) 1.3 Draaipotentiometer voor het regelen van de amplitude 1.4 Omschakelaar voor het instellen van de amplitudegrenzen (±1 V of ± 10V ) 1.5 Wisselspanningsuitgang UIT 1

(2) Het gelijkspaningsgedeelte van de universele opamp-trainer

2.1 Potentiaal – en spanningsregeling2.2 Spanningskeuze (±1 V of ± 10V)2.3 Gelijkspanningsuitgangen Uit 2 en Uit 32.4 Drukknop voor de spanningssprong2.5 Uitgang voor de spanningssprong Sprong Uit

(3) Het gedeelte van de spanningsmeettoestellen3.1 Ingangsaansluiting van de te meten spanningen3.2 Keuze van het meetbereik3.3 Analoge spanningsmeters

(4) Algemeen blok : aan – en uitschakelen , voeden v.d. experimenteerschakelingen4.1 Aan - / uitschakelaar

4.2 Massa-aansluiting4.3 Symmetrische voeding : voeden v.d. experimenteerschakelingen

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 178: gip paasvakantie

178 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.5.3 Het experimenteerbord

Weliswaar weet u nu hoe u de universele opamp-trainer in gebruik kan stellen , maar zonder experimenteerprintje kan u er nog niet al te veel plezier mee beleven .

Met dit experimenteerprintje kunt u de schakelingen opbouwen rond een operationele versterker of kortweg opamp . We kiezen voor de opamp 741. Ook hieraan is de nodige zorg besteed , kijk maar naar de frontplaatweergae hieronder .

Het printje bevat een 741 opamp , enige onderdelen voor de voeding en voor de rest een groot aantal 4mm stekkerbussen . Met behulp van deze stekkerbussen kan u verschillende schema’s rond de opamp741 samenstellen , zo kan u verbindingen maken , verbindingen open laten of componenten tussen schakelen . Bij het experimentje zelf is steeds een aansluitschema mits een woordje uitleg weergegeven .

De voedingsaansluitingen van de opamp worden niet rechtstreeks gevoed uit de beschikbare symmetrische voedingsspanning , maar door een inwendige schakeling gereduceerd naar een spanning van ongeveer +10 en -10 V . Praktisch sluit men echter gewoon de voedingsspanning aan op de aansluitingen links bovenaan .

Aangezien we voor sommige experimenten ook soms 2 experimenteerprinten nodig hebben , is er links onderaan een doorverbinding gebeurt van de voedingsspanning . Hier wordt de voedingsspanning ( + en – 15V ) nog een extra maal naar buiten gebracht voor het voeden van een tweede experimenteerprint .

De ingangen 1 , 2 , 3 en 4 kan men naar de voeding brengen of verbinden met de massa , aan de hand van het aansluitschema.

De uitgang 5 doet dienst als uitgang , vaak wordt deze verbonden met een van de meettoestellen,we willen immers weten wat we aan de uitgang van de schakeling bekomen . Ook de + en – ingang van de opamp 741 wordt zeer frequent met de meettoestellen aangesloten.

Voor het aansluiten van componenten hebben we een specifieke aansluitkabel , bestaande uit een krokodillenklem en een aansluitklem . We noemen dit aansluitklem Type A . Deze aansluitklem is hieronder weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 179: gip paasvakantie

179 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Voor het leggen van verbindingen , bijvoorbeeld naar de spanningsmeters , tussen voeding en experimenteerprint , tussen verschillende meetpunten onderling , … gebruiken we een tweede type meetsnoer , dit type noemen we meetsnoer Type B .

Vaak zal er tijdens het proefverloop gewezen worden naar deze typenamen . Hou dus zeker en vast rekening met deze meegeleverde aansluitdraden .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 180: gip paasvakantie

180 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.6 Bijlage 6 : Experimenten met het experimenteerprintje :

45.6.1 De opamp als bufferversterker :

1: Doel :

Meten van de aangeduide spanningen bij het inschakelen van de voedingsspanning Verband stellen tussen in – en uitgangsspanning Bepalen van de spanningsversterking

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 4.7 MΩ 1 maal R2 : 470Ω Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Aan klem 1 brengt u een spanning aan van 10V . M1 , M2 en M3 zijn meetpunten die u zal verbinden met de analoge voltmeters .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 181: gip paasvakantie

181 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.2 : Schakel nu de voedingsspanning in . Meet de spanningen op de aangeduide meetpunten op en noteer hieronder :

M1 : …………………………….

M2 : …………………………….

M3:………………………………

3.3: Wat stelt u vast bij de vorige meting ? Leg uit .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4: Bepaal hieruit de spanningsversterking .

met Rt : 470 Ω en R1 = 470MΩ

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 182: gip paasvakantie

182 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.6.2 De opamp als omkeerversterker :

1: Doel :

Een verband stellen tussen de in – en uitgangsspanningen aan de opamp-schakeling

Bij dit verband het begrip ‘omkeren’ betrekken De transfertkarakteristiek opnemen van dit type schakeling De versterkingsfactor bepalen

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 100k 1 maal R2 : 100k 1 maal R3 : 47k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Aan klem 4 brengt u een spanning aan van 10V . M1 , M2 en M3 zijn meetpunten die u zal verbinden met de analoge voltmeters . Klem 1 verbindt u met de GND .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 183: gip paasvakantie

183 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.2 : Schakel nu de voedingsspanning in . Meet de spanningen op de aangeduide meetpunten op en noteer hieronder :

M1 : …………………………….

M2 : …………………………….

M3:………………………………

3.3: Wat stelt u vast bij de vorige meting ? Leg uit .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4: Dit experiment is ideaal om vertrouwd te worden met het begrip transfertkarakteristiek . Dit is een grafiekje dat het verband aangeeft tussen de in – en uitgangsspanning van een schakeling . Op de horizontale as worden de ingangsspanningen weergegeven , zowel positief als negatief . De verticale as geeft de spanningen op de uitgang weer . Neem steeds de uitgangsspanning op in functie van variërende ingangsspanning , noteer dit eerst in tabelvorm en zet dit dan uit in een transfertkarakteristiek . De procedure hiervoor is eenvoudig : zet op de ingang een bepaalde spanning , bijvoorbeeld +5V . Meet dan de spanning op de uitgang . Herhaal deze procedure voor verschillende ingangsspanningen in stappen van 2V en zet uit in een grafiek .

Uin (V) : -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

Uu (V)

Zet deze waarden nu uit in grafiekvorm . Een raster is reeds hieronder weergegeven .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 184: gip paasvakantie

184 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.5: Wat is het verband tussen de in – en uitgangsspanning ? Verklaar aan de hand van uw metingen .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.6: Verklaar hoe men aan de grootte van de weerstand R2 kwam . Doe dit aan de hand van volgende formule : R3 = R1/2 = R2/2 . Waarom koos men dan de specifieke waarde zoals in deze proef ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.7 : Hoe komt het dat R1 en R2 allebei even groot zijn , stel een verband met de spanningsversterkingsfactor .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

45.6.3 De opamp als niet-inverterende versterker :

1: Doel :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 185: gip paasvakantie

185 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Een verband stellen tussen de in – en uitgangsspanningen aan de opamp-schakeling

Onderzoek naar de keuze van de verschillende weerstandswaarden . Het leren bepalen van de versterkingsfactor Opnemen van de transfertkarakteristiek en een verband stellen met de

versterkingsfactor en het begrip ‘niet-inverterende versterker’

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal R2 : 90k (met R2a = R2b = 180k ) 1 maal R3 : 10k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Op punt 1 sluiten we een spanning aan van 1V . De weergegeven meetpunten zijn spanningen die we tijdens dit proefverloop dienen op te meten . R2 bestaat uit twee parallel geschakelde weerstanden van 180k .We meten de spanningen steeds op de aangeduide meetpunten verder in dit boek .

3.2 : Schakel nu de voedingsspanning in . Meet de spanningen op de aangeduide meetpunten op en noteer hieronder :

M1 : …………………………….

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 186: gip paasvakantie

186 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

M2 : …………………………….

M3:………………………………

3.3: Wat stelt u vast bij de vorige meting ? Leg uit .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4 : Aan de hand van u vaststelling bij de vorige meting kan u iets zeggen over het begrip spanningsversterking . Pas dit toe op de schakeling ( zie weerstandswaarden ) . Vergelijk hiervoor ook eens de ingangsspanning met de uitgangsspanning .

A’ = ( R1 +R2 ) / R1 = …………………………………………………………………………………………………

Uin = ……… V

Uu = ………… V

Uu / Uin = …………..

3.5 : Trek een besluit bij de vorige berekening .

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.6 : Bepaal de spanningsversterking als weerstand R1 een waarde van 50k zou hebben en R2 een waarde van 200k . Pas dit toe op een ingangsspanning van 0.5V .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 187: gip paasvakantie

187 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.7: We gaan nu opnieuw de uitgangsspanning opnemen in functie van de ingangsspanning . We doen dit opnieuw eerst in tabelvorm en zetten dit dan hierna uit in een transfertkarakteristiek .

Uin (V) : -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Uu (V)

3.8 : Geef een woordje uitleg bij de vorige meting . Komt dit overeen met de theoretische spanningsversterking ? Maak eventueel een berekening . Trek een besluit in functie van de benaming ‘niet-inverterende versterker’ .

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

45.6.4 De opamp als inverterende versterker

1: Doel :

Een verband stellen tussen de in – en uitgangsspanningen aan de opamp-schakeling

Onderzoek naar de keuze van de verschillende weerstandswaarden . Het leren bepalen van de versterkingsfactor

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 188: gip paasvakantie

188 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Opnemen van de transfertkarakteristiek en een verband stellen met de versterkingsfactor en het begrip ‘inverterende versterker’

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal R2 : 10k 1 maal R3 : 100k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Op punt 4 sluit men een spanning aan van 1V . M1,M2 en M3 dienen voor het opmeten van de verschillende spanningen .

3.2 : Vooraleer we de metingen uitvoeren vragen we de versterkingsfactor te bepalen . Doe dit aan de hand van de volgende formule : A = - (R2/R1 ) . Pas de bekomen versterkingsfactor toe op de getekende schakeling bij een ingangsspanning van 1V . Wat krijgt men aan de uitgang ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 189: gip paasvakantie

189 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.3 : Schakel nu de voedingsspanning in . Meet de spanningen op de aangeduide meetpunten op en noteer hieronder :

M1 : …………………………….

M2 : …………………………….

M3:………………………………

3.4: Wat stelt u vast bij de vorige meting ? Wat is het verband tussen in – en uitgang ? Kan u een verband stellen met punt 3.2 ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.5 : We gaan opnieuw de transfertkarakteristiek opnemen , meet telkens de uitgangsspanning in functie van de ingangsspanning en noteer in onderstaande tabel . Varieer de ingangsspanning tussen +1V en -1V en doe dit in stapjes van 0.2V . Noteer de bekomen waarden steeds eerst in onderstaande tabel en ga pas dan uittekenen in de asweergave op de hierop volgende pagina .

Uin (V) : -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Uu (V)

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 190: gip paasvakantie

190 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.6 : Deel telkens de uitgangsspanning door de ingangsspanning , doe dit aan de hand van de metingen zoals genoteerd op de vorige pagina . Noteer telkens uw uitkomst in tabelvorm en trek een besluit hieruit .

Uin (V) : -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Uu (V)

Uu/Uin :

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.7: Wat is het voornaamste verschil tussen een inverterende versterker en een niet-inverterende versterker ? Leg uit aan de hand van de metingen en de versterkingsfactor ? Geef een woordje uitleg over beide types .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

45.6.5 De opamp als mengversterker :

1: Doel :

Onderzoek naar het doel en gebruik van een mengversterker . In – en uitgangsspanningen meten en deze vergelijken met theoretische formules . Invullen van de meettabel en het nemen van een besluit . Het vergelijken van de waarden in de meettabel met theoretische berekeningen en

hieruit de werking besluiten .Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 191: gip paasvakantie

191 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal R2 : 10k 1 maal R3 : 10k 1 maal R4 : 10k 1 maal R5 : 2,7k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Op de ingangen V1 en V2 sluit u 2 regelbare spanningen aan die u zal laten variëren tussen de 2 uiterste grenzen van de gelijkspanningsgeneratoren . U meet steeds de uitgangsspanning in functie van deze .

3.2: Het theoretisch verband (formulevorm) tussen de in – en uitgangsspanningen is hieronder weergegeven . Pas dit toe op verschillende spanningen en vul de uitkomst steeds in , in de onderstaande tabel .

U1 U2 Uuit :

0 0

1 0

-2 1

3 1

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 192: gip paasvakantie

192 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

-4 4

5 -5

Uuit = - (U1 + 2 x U2 )

3.3 : Ga na waar een mengversterker zoal toegepast wordt . Zoek dit eventueel op en geef een woordje uitleg van het doel van een mengversterker . Zoek ook op wat het verschil is tussen de passieve en de actieve menger .

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4 : Ga nu praktisch te werk . Stel de ingangsspanningen steeds in aan de hand van de onderstaande meettabel . Meet steeds de uitgangsspanning en bereken de theoretische waarde . Vergelijk de berekende theoretische waarde met de gemeten praktische waarde en neem een besluit betreffende dit type versterker .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 193: gip paasvakantie

193 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

45.6.6 De opamp als rekenschakeling :

1: Doel :

Onderzoek naar het verschil tussen de verschilversterker en de mengversterker

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

U1 (V) U2 (V) Uuit (V) : Uuit (V) - Ber.

0 0

2 0

0 2

1 1

-2 1

5 -5

Uuit = - (U1 + 2 x U2 )

Page 194: gip paasvakantie

194 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Leg uit waarom er voor deze proef precisie weerstanden moeten gebruikt worden .

Invullen van de meettabellen en vergelijken met de theoretische berekeningen .

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal R2 : 10k 1 maal R3 : 10k 1 maal R4 : 10k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Op de ingangen V1 en V2 sluit u 2 regelbare spanningen aan die u zal laten variëren tussen de 2 uiterste grenzen van de gelijkspanningsgeneratoren . U meet steeds de uitgangsspanning in functie van deze .

3.2 : Verricht onderzoek naar het verschil tussen een mengversterker ( die in feite dienst doet als optelschakeling ) en de weergegeven rekenschakeling zoals hieronder weergegeven . U kan hiervoor eventueel ook opzoekingswerk verrichten . Hieronder is het schema weergegeven waarbij de opamp als verschilversterker wordt toegepast . Kan u ook enkele toepassingen van verschilversterkers noemen , mits een kort woordje uitleg ?

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 195: gip paasvakantie

195 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.3: We gaan telkens de ingangsspanningen wijzigen aan de hand van de hieronder weergegeven meettabel . Bepaal steeds de uitgangsspanning eerst theoretisch en dan ook praktisch . Vergelijk de berekende en gemeten waarden . Trek een besluit betreffende deze verschilversterker .

U1 (V) U2 (V) Uuit (V) : Uuit (V) - Ber.

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 196: gip paasvakantie

196 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

0 0

1 0

0 -1

-1 -1

-5 1

-9 -5

Uuit =U2 - U1

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4: Indien u de benodigdheden bekijkt , dan merkt u al snel iets op betreffende de grootte van de verschillende weerstandswaarden ten opzichte van mekaar . Verklaar hierbij ook waarom men bij nauwkeurige metingen precisie weerstanden gebruikt .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

45.6.7 De opamp als differentiator :

1: Doel :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 197: gip paasvakantie

197 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Onderzoek naar de differentiator door middel van opzoekingswerk. Bestuderen van de uitslagwijziging van de meter bij wijziging van de ingang . Detectie van spanningssprongen aan de hand van de differentiator Leren toepassen van de offset-compensatie

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 1M 1 maal R2 : 10k 1 maal C1 : 680nF Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

De ingang met nummer 3 verbindt u met de spannings sprong van de opamp trainer . Aan de uitgang van het experimenteerprintje sluit u de analoge voltmeter aan .

3.2 : Deze schakeling is zeer gevoelig voor een verschijnsel dat we offset noemen . De offset is zeer ongewenst en vandaar dat vrijwel alle opamps twee aansluitingen hebben , waarop u een instelpotentiometertje kunt aansluiten en waarmee u die offset kunt compenseren . Op de rand van de experimenteerprint .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 198: gip paasvakantie

198 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Op het experimenteerprintje is er een instelpotentiometer voor offsetcompensatie aangebracht . Draai voorzichtig aan dit potentiometertje . Op een bepaald moment vliegt de naald van de meter van de ene hoek van de schaal naar de andere . Dat punt is een goede instelling van de offsetcompensatie . Het is het overgangspunt van een positieve offset naar een negatieve .

3.3 : In vorig puntje hadden we het over het toepassen van offset-compensatie . Geef een woordje uitleg over het begrip offset bij de opamp , gebruik hiervoor eventueel verschillende bronnen .

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4 : Door middel van opzoekingswerk vragen we u een kort woordje te bieden betreffende de differentiator . Gebruik eventueel een technisch woordenboek of andere bronnen .

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.5 : Een differentiator is een schakeling waar van de uitgangsspanning recht evenredig is met de snelheid waarmee de ingangsspanning van waarde verandert . Legt u aan de differentiator een constante spanning , dan zal de uitgangsspanning van de differentiator

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 199: gip paasvakantie

199 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

nul zijn . Verandert u de ingangsspanning zeer snel van grootte , dan zal de differentiator een maximale uitgang leveren .

Indien u nu de schakeling zoals in punt 1 hebt opgebouwd , dan kan u nu ook aan de slag . Bij het inschakelen van het apparaat gaat de uitgang naar nul volt . Sluit de ingang echter eerst aan op de gelijkspanningsgeneratoren . Verdraai nu de potentiometer aan de gelijkspanningsgenerator van de opamp-trainer en let op de reactie van de meter . Noteer uw bevinding hieronder . Wat doet de meter telkens u aan de potentiometer draait ? En wat is uw bevinding indien u sneller draait aan de potentiometer ?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Wat gebeurt er indien u stopt met draaien aan de potentiometer ?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.6 : Wat kunt u op het eerste zicht met zo’n vrij vreemde schakeling in de praktijk doen ? U kunt er bijvoorbeeld plotselinge spanningssprongen mee detecteren . Verbind de ingang van het experiment met de spanningssprong uitgang van uw trainer en stel de twee gelijkspanningen van de trainer in op +5V en -5V.

Als u niets doen , dan is de uitgangsspanning van de schakeling nul .Logisch , want er treedt geen spanningsverandering aan de ingang op . Druk nu een van de drukknopjes in , waardoor de ingangsspannning een positieve puls doorloopt , noteer uw bevindingen hieronder .

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Er zit een inverterende werking in de schakeling . Hoe komt dit , leg uit . Bekijk eventueel de gebruikte ingang van de opamp .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 200: gip paasvakantie

200 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.6.8 De opamp als integrator :

1: Doel :

Het leren begrijpen en gebruiken van de integrator aan de hand van het ///experimenteerprint . Onderzoek naar het verband tussen de spanningsvariatie op de uitgang en de grootte van -----de sprong aan de ingang .

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 1M 1 maal R2 : 10k 1 maal C1 : 680nF Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Dit maal wordt de spanningssprong aangesloten op ingang 3 . De uitgang sluiten we aan een analoog, ingebouwd meettoestel aan . Vergeet ook dit maal niet aan offset-compensatie te doen , zoals beschreven in vorig deel .

3.2 : Door inschakelverschijnselen bij het inschakelen van de voeding kan het voorkommen dat de uitgangsspanning een van nul afwijkende waarde aanneemt . Is dat het geval , dan

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 201: gip paasvakantie

201 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

moet u de condensator even kortsluiten , waardoor de uitgang naar nul gaat en op deze waarde blijft .

3.3 : Druk nu een paar seconden op een van de knopjes voor het opwekken van een spanningssprong. Wat merkt u op betreffende de uitgangsspanning ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4 : Wat merkt u op indien u nu de knop loslaat ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.5 : Druk nu het andere knopje in , noteer uw bevindingen .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.6 : Herhaal bovenstaande experimenten met andere waarden voor de grootte van de spanningssprong . Wat stelt u vast , wat is het verband tussen de snelheid van de spanningsvarratie op de uitgang en de grootte van de sprong aan de ingang ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 202: gip paasvakantie

202 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………

3.7 : Wat kan u zeggen over het inverterende karakter van de schakeling ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 203: gip paasvakantie

203 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

45.6.9 De opamp als trapspanningsgenerator :

1: Doel :

Tekenen van het portet van een mogelijke positieve trapspanning . Onderzoek naar een mogelijke toepassing van een dergelijke trapspanning . Het toepassen van een trapspanningsgenerator aan de hand van de opamp

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal C1 : 680nF 1 maal C2 : 680nF D1 : 1N4148 D2 : 1N4148 D3 : 1N4148 Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

De spanningssprong van de opamp-trainer slutien we aan ingang 4 aan , aan ingang 2 sluiten we een vierkantspanning aan . Op de verschillende meetpunten zullen wij metingen uitvoeren met de analoge meettoestellen van de trainer .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 204: gip paasvakantie

204 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.2 : Teken het portret van een positieve trapspanning hieronder . Doe dit aan de hand van de weergegeven assen .

3.3 : Doe onderzoek naar een mogelijke toepassing van een trapspanningsgenerator , geef een woordje uitleg .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 205: gip paasvakantie

205 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

…………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4 : We gaan nu opnieuw praktisch te werk . Langs onze zijde wordt er al uitgebreid informatie geboden betreffende de te verkrijgen meetresultaten .Na het inschakelen van de voedingsspanning zal de uitgang van de opamp op nul volt staan . Bij iedere negatieve sprong van de ingangsspanning ziet u op de meter dat de uitgang ongeveer 1V positiever wordt en op deze waarde blijft tot de volgende negatieve sprong aan de ingang .

De grootte van de trappen aan de uitgang kunt u instellen door het variëren van de grootte van de blok aan de ingang . Hoe kleiner deze spanning , hoe dichter de diverse spanningen bij elkaar liggen .

Komen uw praktische bevindingen overeen met deze zoals hierboven ? Geef een woordje uitleg betreffende uw metingen , geef eventueel uw meetresultaten weer . Kan u een verband stellen met een trapspanning ? Leg uit .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 206: gip paasvakantie

206 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

45.6.10 De opamp als comparator :

1: Doel :

Onderzoek naar het basisprincipe van de comparator Het leren vergelijken van 2 spanningen aan de hand van de comparator Opname van de transfertkarakteristiek

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal R2 : 10k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Aan de ingang 2 sluit u een regelbare gelijkspanning in , het is deze spanning die we zullen vergelijken met een constante referentiespanning .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 207: gip paasvakantie

207 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.2 : Aan de ingang 3 sluit u nu de genoemde referentiespanning aan , we stellen dat u Uref instelt op +5 V. Als de spanning op de positieve ingang lager is dan die waarde , dan bestaat er een negatief spanningsverschil tussen de positieve en de negatieve ingang van de opamp . De uitgang van de schakeling zoekt de negatieve voedingsspanning op . Test dit ook praktisch uit en noteer uw bevindingen .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.3 : Als u nu de spanning op de positieve ingang langzaam laat stijgen , zal op een bepaald moment het spanningsverschil tussen beide ingangen van polariteit wisselen . De spanning op de positieve ingang wordt dan groter dan de spanning op de negatieve ingang . De uitgang van de schakeling schakelt nu ineens richting de positieve voedingsspanning . Test ook dit uit en noteer opnieuw uw bevindingen.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.4 : We kunnen de werking alsvolgt voorstellen ( schrap het foutieve ) :

Het overschrijden door Uin / Uref van de referentiespanning / ingangsspanning , al is het maar een paar mV / V , wordt door de schakeling gedetecteerd en levert een kleine / forse spanningssprong op aan de uitgang .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 208: gip paasvakantie

208 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

3.5 : Neem de transfertkarakteristiek op , bij een referentiespanning van 5V . Plaats hieronder .

45.6.11 De opamp als comparator met hysteresis :

1: Doel :

Onderzoek naar het verschijnsel genaamd hysteresis Toepassen van de comparator met hysteresis en onderzoek hiervan

2: Benodigdheden :

De universele opamp-trainer 1 maal experimenteerprint 1 maal R1 : 10k 1 maal R2 : 10k 1 maal R3 : 100k Aansluitdraden type A en type B

3: Proefverloop :

3.1: Maak de nodige verbindingen op het experimenteerprintje aan de hand van het hieronder weergegeven aansluitschema .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 209: gip paasvakantie

209 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

We werken opnieuw met een ingangsspanning en een referentiespanning van 5V .

3.2 : De werking van de comparator met hysteresis wordt verduidelijkt aan de hand van de grafieken hieronder :

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 210: gip paasvakantie

210 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Het feit dat de comparator nu twee verschillende referentieniveaus heeft , een voor stijgende ingangsspanning en een lagere voor dalende ingangsspanning heeft het voordeel dat rimpels aan de ingang geen herhaaldelijk omschakelen van de uitgang kunnen veroorzaken . Immers ; de schakeling schakelt om op het moment dat de ingangsspanning voor het eerst de bovenste referentiespanning overschrijdt .

Stel nu een verband met het verschijnsel dat wij hysteresis noemen . Waarom is dit systeem handig bij dit verschijnsel . Geef een woordje uitleg bij dit verschijnsel en trek een verband . U mag hiervoor verschillende bronnen raadplegen .

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.3 : Nu wordt er van u gevraagd de transfertkarakteristiek van uw eigen schakeling op te meten . U moet eerst de ingangsspanning stapsgewijs verhogen van -8V naar +8V en

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 211: gip paasvakantie

211 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

nadien weer stapsgewijs verlagen naar hetzelfde minima . U ziet dan hoe , dankzij de hysteresis , de uitgangsspanning bij twee verschillende ingangsspanningen omschakelt .

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010

Page 212: gip paasvakantie

212 Geïntegreerde proef : De universele opamp-trainer

4

Elektriciteit - Electronica | 2009-2010