Simulation#

In dieser Übung simulierst du mit LTSpice einen invertierenden Verstärker mit Operationsverstärker, erweiterst ihn um eine Tiefpasscharakteristik und überprüfst die Grenzfrequenz per Bode-Diagramm.

Dokumentiere deine Arbeit mit einem Bericht.

  • Schwierigkeit: Mittel

  • Semester: 4-6

  • Material: LTSpice, Computer

  • Abgabe: Bericht (PDF oder Markdown) mit Schaltung, Simulationen und Bode-Diagramm

  1. Simuliere mit LTSpice einen op-basierten invertierenden Verstärker. Dimensioniere die Verstärkung mit Faktor 100.

  2. Mache eine Zeitsimulation und zeige das Ausgangssignal bei einem Eingangssignal von einem 1 kHz, 20 mV Sinus.

  3. Baue den Verstärker so um, dass er zusätzlich eine Tiefpasscharakteristik erhält. Dimensioniere die Grenzfrequenz bei 10 kHz.

  4. Simuliere einen Frequenz-Sweep und zeichne das Bode-Diagramm der Schaltung auf.

  5. Lies die Grenzfrequenz aus dem Bode-Diagramm ab und vergleiche sie mit dem berechneten Wert f = 1/(2πRC).

  6. Untersuche die Realität des Operationsverstärkers: Ab welcher Frequenz weicht die Verstärkung von −100 ab? Wie wirkt sich die begrenzte Bandbreite des OpAmp auf das Bode-Diagramm aus?

Referenzen zum Lehrplan

Die folgenden Leistungskriterien (LK) und Lernziele (LZ) aus dem Bildungsplan FutureMEM stehen in Bezug zu dieser Aufgabe.

  • HKB 9999 b – Entwickeln und Fertigen von elektronischer Hardware

    • HK 9999 b.01 – elektronische Schaltungen dimensionieren und das Schema entwickeln

      • LK ET b1 06 – Sie dimensionieren elektronische Komponenten. (BFS · Semester 1, 2, 3, 4, 5, 8)

        • LZ_4121 – Sie dimensionieren invertierende und nichtinvertierende Operationsverstärkerschaltungen und berechnen Eingangs- und Ausgangswiderstände. (Semester 4)

        • LZ_4138 – Sie zeichnen und berechnen RC-Filter (1. Ordnung) mit OPV. (Semester 5)

      • LK ET b1 07 – Sie erarbeiten klassische Grundschaltungen. (BFS · Semester 1, 2, 3, 4, 5, 8)

        • LZ_2234 – Sie erklären die entsprechenden Grundschaltungen mit Operationsverstärkern. (Semester 4)

        • LZ_4117 – Sie zeichnen invertierende und nichtinvertierende Operationsverstärkerschaltungen (inklusive Impedanzwandler) auf und zu benennen. (Semester 4)

        • LZ_4118 – Sie erklären das Prinzip der Mit- und Gegenkopplung und beschreiben den Einfluss der Gegenkopplung auf die Verstärkung und Bandbreite. (Semester 4)

      • LK ET b1 08 – Sie simulieren elektronische Schaltungen. (BFS · Semester 1, 2, 3, 4)

        • LZ_9030 – Sie messen Schaltungen in einem Simulationstool aus. (Semester 1, 4)

        • LZ_3865 – Sie erklären und berechnen die Periodendauer, die Frequenz, die Amplitude, den Momentanwert, den arithmetischen Mittelwert und den Effektivwert mit Hilfe von Liniendiagrammen. (Semester 4)

        • LZ_1952 – Sie zeichnen, berechnen und vermessen Serien- und Parallelschaltungen. (Semester 1)

      • LK ET b1 13 – Sie wenden klassische Grundschaltungen an. (üK · Semester 2, 3)

        • LZ_4148 – Sie dimensionieren Grundschaltungen mit Feldeffekttransistor, Bipolartransistor, linearem Spannungsregler und Operationsverstärker. (Semester 3)

    • HK 9999 b.04 – Schaltungen in Betrieb nehmen, ausmessen und Fehler beheben

      • LK ET b4 08 – Sie stellen die Signalverläufe von klassischen Grundschaltungen grafisch dar. (BFS · Semester 3, 4)

        • LZ_4024 – Sie berechnen den Amplituden- und Phasengang an passiven Filtern (Hoch- und Tiefpass) und stellen diese im Bodediagramm dar. (Semester 4)

        • LZ_4136 – Sie ordnen Hoch- und Tiefpassfilter nach ihrer Ordnungszahl ein und zeichnen entsprechende idealisierte Amplitudengänge auf. (Semester 4)

        • LZ_4008 – Sie beschreiben den Amplitudengang an einem RC-Hochpass und RC-Tiefpass. (Semester 4)