Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Versuch EL-V7: Untersuchung von
Operationsverstärker-Schaltungen am
Beispiel eines Ultraschall-Abstandmesssystem
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 2
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Vorausgesetzte Kenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Informationen zu PSpice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Einleitung 2
3 Vorbereitungsaufgaben 4
3.1 Ultraschall-Sender und Empfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Oszillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.3 Bandpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.4 Steuerungseinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.5 Anzeige-Einheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.6 Gesamtschaltung und Schaltplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4 Messaufgaben 14
4.1 Oszillator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.2 Bandpass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.3 Steuerungseinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.4 Gesamtschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5 Anhang 18
Literaturverzeichnis 21
EL-V7 - 1
1 Einleitung
1.1 Motivation
In dem Praktikumsversuch werden grundlegende Operationsverstärker-Schaltungen am Bei-spiel eines Ultraschall-Abstandsmessers untersucht. Diese Art der Entfernungsmessung hatsich zu einem Standard in der Kfz-Elektronik entwickelt und wird als Einparkhilfe in vielenFahrzeugen angeboten. Untersucht wird das Verhalten von Filter-Schaltungen, Oszillatorenund Komparator-Schaltungen. Ziel des Versuchs ist es, die berechneten und simuliertenBauelement-Dimensionierungen auf eine reale Schaltung anzuwenden und die Funktionmittels Messung an der Schaltung zu verifizieren.
1.2 Vorausgesetzte Kenntnisse
• Vorlesung "Elektronische Schaltungen", Prof. Dr.-Ing. T. Musch
• Schriftlich gelöste und zum Versuchstermin mitgebrachte Vorbereitungsaufgaben
1.3 Informationen zu PSpice
• In der ETIT-CIP-Insel ist das Simulationsprogramm PSpice installiert und kann zurVorbereitung des Versuches genutzt werden
• Eine Demo-Version von PSpice kann unter folgender Adresse heruntergeladen werden:http://www.lems.rub.de/Lehre/Klausuren/klausuren.jsp
• Literatur: siehe Ende des Versuchsberichts
2 Einleitung
Mit Hilfe von Operationsverstärkern können eine Vielzahl von Funktionen in der Schal-tungstechnik realisiert werden. Bestimmt ist das elektrische Verhalten der Schaltung imWesentlichen durch die externe Beschaltung. Hier dienen als Beispiel invertierende undnicht-invertierende Verstärker sowie Schaltungen zur Integration, Differentiation und Kom-paratoren. Als Beispiel für Operationsverstärker-Schaltungen wird im Rahmen dieses Prak-tikums eine Ultraschall-Abstandsmessung durchgeführt. Dieses Modul beinhaltet nebeneinem Oszillator eine monostabile Kippstufe sowie eine Filterschaltung und Komparator-schaltungen. Des Weiteren befinden sich ein Ultraschall-Sender und -Empfänger sowie eineAuswerteschaltung auf dem Modul. Prinzip der Abstandsmessung ist die Auswertung derSchall-Laufzeit, welche für ein Medium, zum Beispiel Luft, bekannt ist. Trifft nun einausgesandtes Ultraschallsignal auf ein reflektierendes Hindernis, so wird das Signal zumEmpfänger zurück reflektiert. Mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit von 340 m/sund der Zeitspanne zwischen gesendetem und reflektiertem Signal kann nun die Entfernungdes Objekts zum Empfänger bestimmt werden. In Bild 1 ist das Blockschaltbild einessolchen Moduls gezeigt. Auf der linken Seite sind der Ultraschall-Sender (oben) und der
EL-V7 - 2
-Empfänger (unten) gezeigt. Angesteuert wird der Sender durch einen Rechteckoszillator.Der Lautsprecher wird durch einen Buffer vom Oszillator entkoppelt. Am Empfänger wirddas Signal mittels eines Bandpasses gefiltert und gleichgerichtet. Dieses Signal wird von derSteuerung ausgewertet und durch eine Anzeige wird die Laufzeit wiedergegeben.
1t
Ua
Steuerung
t0 t1
x
0 cm
100 cm
x cm
Bild 1: Vereinfachtes Blockschaltbild des Ultraschall-Entfernungsmessers
EL-V7 - 3
3 Vorbereitungsaufgaben
3.1 Ultraschall-Sender und Empfänger
Vorbereitungsaufgabe 3.1:
In Anhang A ist das Datenblatt des Ultraschall-Senders 40LT und -Empfängers 40LRabgebildet. Bestimmen Sie die optimale Oszillatorfrequenz fosz und tragen Sie diese inTabelle 1 ein.
3.2 Oszillator
Vorbereitungsaufgabe 3.2:
Geben Sie eine Oszillator-Schaltung bestehend aus einem Operationsverstärker, drei Wider-ständen und einem Kondensator an, welche eine rechteckförmige Schwingung erzeugt.
Hinweise:
• Verwenden Sie eine Versorgungsspannung von ±UB = ±15 V
• Wählen Sie 11 kΩ-Widerstände
Vorbereitungsaufgabe 3.3:
Geben Sie die Formel für die Oszillatorfrequenz fosz an und berechnen Sie den KondensatorC1 so, dass sich die in Vorbereitungsaufgabe 3.1. ermittelte Oszillatorfrequenz einstellt.
Vorbereitungsaufgabe 3.4:
Geben Sie die Abhängigkeit der Oszillatorfrequenz fosz von der Versorgungsspannung UB
an.
Vorbereitungsaufgabe 3.5:
Zeichnen Sie in Bild 2 die Spannungsverläufe des negativen und positiven Eingangs sowiedes Ausgangs des Operationsverstärkers ein.
Hinweis:
• Nehmen Sie als Startbedingung an, dass der Kondensator am Anfang (t = 0) aufUC(t = 0) = −7,5 V geladen ist und die Ausgangsspannung des Operationsverstärker+15 V bei t = 0 beträgt.
EL-V7 - 4
U
t
-15
1515
10
5
-5
-10
0T2
T 3T2
2T 3T5T2
Bild 2: Spannungsverläufe am Oszillator
Vorbereitungsaufgabe 3.6:
Simulieren Sie die Oszillator-Schaltung für die in Vorbereitungsaufgabe 3.1 ermittelte Fre-quenz. Stellen Sie hierzu die Ausgangsspannung, sowie die beiden Spannungen am positivenund negativen Eingang des Operationsverstärkers dar. Simulieren Sie für den Zeitbereichzehn Perioden und einen Spannungsbereich −15 V bis +15 V. Setzen Sie die Initial-Condition(IC) des Kondensators C1 auf −7,5 V. Drucken Sie das Ergebnis aus und bestimmen Sie dieFrequenz der simulierten Schaltung und tragen diese in Tabelle 1 ein.
Hinweis:
• Nutzen Sie in PSpice als Operationsverstärker das opamp Modell
• Benutzen Sie ausschließlich Bauteilwerte der E24-Reihe
• Für Bauteilwerte, welche nicht durch die E24-Reihe abgebildet werden können, kanneine Parallelschaltung zweier Bauteile genutzt werden, um den Wert anzunähern.
3.3 Bandpass
In Bild 3 ist die Filterschaltung bestehend aus zwei Bandpässen zu sehen. Die beidenBandpässe weisen unterschiedliches Übertragungsverhalten auf, welches untersucht werdensoll.
EL-V7 - 5
+
–
+
–
10kΩ
10kΩ
180kΩ
33kΩ100nF
10pF
10nF
10pF
UE
UA
OP1
OP2
Bild 3: Zweifacher Bandpass mit Verstärkung
Vorbereitungsaufgabe 3.7:
Simulieren Sie den in Bild 3 angegebenen Bandpass. Drucken Sie den Verstärkungsverlaufdes Bandpasses für den Bereich f = 10 Hz bis f = 1 MHz aus. Verwenden Sie als OP denidealen OP opamp.
Vorbereitungsaufgabe 3.8:
Geben Sie jeweils die Eckfrequenzen ωu und ωo der einzelnen Bandpässe aus Bild 3 an. Wiegroß ist die jeweilige Verstärkung vB der Bandpässe bei der gewählten Frequenz fosz desUltraschall-Senders?
Vorbereitungsaufgabe 3.9:
Welche Gesamtverstärkung an der Frequenz fosz ergibt sich somit für den gewählten Band-pass? Bestimmen Sie die untere und obere 3dB-Eckfrequenz des gesamten Bandpasses.Tragen Sie die ermittelten Werte in Tabelle 2 ein.
Signalkonditionierung
In Bild 4 ist ein detaillierteres Blockschaltbild des Bandpasses mit Signalkonditionierungzu sehen. Das Ausgangssignal des Bandpasses wird durch den Komparator 1 ausgewertet.Die Schwelle US des Komparators 1 liegt bei 200 mV. Signale über der Schwelle haben zurFolge, dass am Ausgang des Komparators 1 die Versorgungsspannung UB anliegt, Signaledarunter erzeugen eine Ausgangsspannung von UA,OP = −UB. Das so ausgewertete Signalwird gleichgerichtet und mittels eines RC-Tiefpasses geglättet. Die Zeitkonstante des RC-Tiefpasses reduziert die Flankensteilheit des Signals. Die folgenden Schaltungsteile benötigenjedoch eine präzise und definierte Steuerung. Hierzu wird der Komparator 2 verwendet.Dieses Signal stellt das Ausgangssignal der Signalkonditionierung dar.
EL-V7 - 6
1
0 cm
100 cmt
Ua
t0 t1 t
Ua
t0
t
Ua
t0
Us
run
reset
f
|vB| Ua
Ue
x
Ua
Ue
reset
t1
t1
x cm
UbUb
-Ub
Bandpass mit Signalkonditionierung
Steuerungs-Einheit Auswertung
Oszillator
Bandpass Komparator 1 GleichrichterGleichrichter Komparator 2
BufferMono-Flop
Rampengenerator
Bild 4: Blockschaltbild des realisierten Entfernungsmessers
3.4 Steuerungseinheit
Grundelemente der Zustandssteuerung sind der monostabile Multivibrator und der Ram-pengenerator, wie in Bild 4 in der Steuerungseinheit oben und unten gezeigt. Der monosta-bile Multivibrator erzeugt ein Freigabesignal für den Oszillator und setzt gleichzeitig denRampengenerator zurück. Nach dem Senden wird der Rampengenerator freigegeben. DieRampenspannung steigt linear bis zur maximalen Spannung an und triggert den monosta-bilen Multivibrator sodass der Vorgang von neuem beginnt. Eine genauere Betrachtung desTiming-Verhaltens ist in Bild 5 gezeigt.
UB
Monostabiler Flip-Flop
t0
UB
t1
Astabiler Multivibrator
-UB
t
∆t1 ∆t2
t0 t1 thold
-UB
Bild 5: Timing-Diagramm für Freigabe-Signal des Oszillators
In Bild 5 ist zu sehen, dass zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 (∆t1) das monostabileFlip-Flop den Oszillator freigibt und dieser schwingen kann. Nach Erreichen des Zeitpunktest1 sperrt das monostabile Flip-Flop den Oszillator, sodass dieser nicht mehr schwingen kann.In Bild 6 ist das zeitliche Verhalten der Ablaufsteuerung zu sehen. Wie in Bild 5 bereits
EL-V7 - 7
gezeigt, gibt das monostabile Flip-Flop den Oszillator zwischen t0 und t1 frei. Nach demZeitpunkt t1 startet der Rampengenerator und liefert eine konstant steigende Ausgangsspan-nung. Das Ausgangssignal des Rampengenerators wird zur Auswertung des eintreffendenSchallsignals benutzt, um durch einen Vergleich des erreichten Wertes eine Aussage überden Abstand treffen zu können. Nach Erreichen des maximalen Spannungspegels URP,max
wird der Rampengenerator zurückgesetzt und das monostabile Flip-Flop erneut gestartet,sodass ein neuer Ultraschall-Puls gesendet werden kann.
t0 tt1
t0
UB
Monostabiler Flip-Flop
t
Rampengenerator
t1
URP
∆t2∆t1
reset-UB
Bild 6: Timing-Diagramm für die Steuerung des Ultraschall-Moduls
Monostabiler Multivibrator
Gegeben ist die in Bild 7 gezeigte monostabile Multivibrator-Schaltung.
+
–
UB
-UB
R1
R2
R3C1
UA
Bild 7: Monostabilder Multivibrator
EL-V7 - 8
Vorbereitungsaufgabe 3.10:
Bestimmen Sie die Zeit, wie lange der Oszillator freigegeben werden muss, damit bei einerSchwingfrequenz von 40 kHz 8 Perioden durch den Oszillator abgegeben werden. ÜbertragenSie diesen Wert in Tabelle 5.
Vorbereitungsaufgabe 3.11:
Dimensionieren Sie das RC-Glied bestehend aus R1 und C1 des monostabilen Multivibratorsfür die in Vorbereitungsaufgabe 3.10 berechnete Zeitspanne. Wählen Sie hierzu die Schalt-schwelle zu 0.5∆|UB| (R2 = R3 = 47 kΩ) sowie den Widerstand R1 = 11 kΩ.
Hinweis:
• Der Kondensator sei zunächst entladen. Nutzen Sie die Lösung der Differential-Gleichung1. Ordnung für einen RC-Tiefpass
Vorbereitungsaufgabe 3.12:
Simulieren Sie den monostabilen Multivibrator. Stellen Sie das Ausgangssignal des mono-stabilen Multivibrators sowie die beiden Spannungen am positiven und negativen Eingangdes Operationsverstärkers dar. Wählen Sie für die Skalierung einen Zeitbereich von 1 ms.Drucken Sie das Ergebnis aus und ermitteln Sie die Dauer des Freigabesignals. ÜbertragenSie diesen Wert in Tabelle 5.
Hinweise:
• Nutzen Sie in Pspice als Operationsverstärker das opamp Modell
• Benutzen Sie ausschließlich Bauteilwerte der E24-Reihe
• Für Bauteilwerte, welche nicht durch die E24-Reihe abgebildet werden können, kanneine Parallelschaltung zweier Bauteile genutzt werden, um den Wert anzunähern
• Die Bedingung des entladenen Kondensators wird erreicht, indem die Initial Condition(IC) bei dem Kondensator 0 gesetzt wird.
Rampengenerator
Bild 8 zeigt eine mögliche Realisierung eines Rampengenerators. Die Kapazität CRP wirdmittels eines konstanten Stromes geladen und somit steigt die Spannung URP an der Kapa-zität linear nach dem Zusammenhang I · t = C · U an.
Vorbereitungsaufgabe 3.13:
Berechnen Sie die benötigte Laufzeit des Schalls USchall = tRampe, wenn ein Objekt in 68cmEntfernung noch erkannt werden soll. Tragen Sie diesen Wert in Tabelle 6 ein.
Hinweis:
• Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in Luft beträgt ca. 340 m/s
EL-V7 - 9
CRPI0
Bild 8: Rampengenerator
Vorbereitungsaufgabe 3.14:
Dimensionieren Sie die Stromquelle I0, so dass sich für einen Zeitbereich ∆t = tRampe beieiner Kapazität von CRP = 100 nF die Kondensator-Spannung von 0 V bis 10 V auflädt.
Vorbereitungsaufgabe 3.15:
Berechnen Sie die Rampenspannung, welche sich bei einer Entfernung des Objektes von20 cm, 40 cm und 60 cm. Tragen Sie die ermittelten Werte in Tabelle 6 ein.
Vorbereitungsaufgabe 3.16:
Simulieren Sie den Rampengenerator und vergleichen Sie die berechnete Zeitspanne tRampe
mit dem simulierten Ergebnis. Stellen Sie den Zeitbereich für den Anstieg der Kondensator-Spannung zwischen 0 V und 10 V dar. Tragen Sie den simulierten Wert für die Zeit tRampe
in Tabelle 6 ein.
Hinweis:
• Schalten Sie aus simulationstechnischen Gründen einen Widerstand mit R = 100 MΩparallel zum Kondensator CRP
3.5 Anzeige-Einheit
Zur visuellen Kontrolle des Abstands eines Objektes ist eine LED-Distanz-Anzeige im-plementiert (siehe Bild 9). Über einen Spannungsteiler mit Hilfe der Widerstände R werdendie Vergleichsspannungen für die einzelnen Komparator-Schaltungen eingestellt. Die höchsteSchwelle wird für das Reset-Signal der maximalen Spannung genutzt. Mit Hilfe dieses Signalswird der monostabile Multivibrator freigegeben. Die Spannung URP stellt die Rampenspan-nung des Rampengenerators dar. Ist ein reflektierendes Objekt in weiterer Entfernung, sokann die Rampenspannung bis zu ihrem maximalen Wert steigen. Nähert sich nun dasObjekt, so wird ab einer bestimmten Entfernung die Rampenspannung den Schwellwert derersten Leuchtdiode nicht mehr überschreiten, die Leuchtdiode LED 1 erlischt. Nähert sichdas Objekt weiter, so erlischen ebenfalls die folgenden Leuchtdioden LED 2 bis LED 6.
EL-V7 - 10
+
–
+
–
+
–
UB URP
Reset Rampe
R
R
R
R
UB
UB
LED 1
LED 6
Bild 9: Komparator-Auswerteschaltung
3.6 Gesamtschaltung und Schaltplan
In Bild 10) ist das Blockschaltbild aus Bild 4 zu sehen. Zusätzlich sind die Signale 1 bis 8eingetragen, deren Verlauf in Bild 11 zu sehen ist.
1
0 cm
100 cmt
Ua
t0 t1
t
Ua
t0
Us
run
reset
f
|vB| Ua
Ue
x
Ua
Ue
reset
t1
x cm
UbUb
-Ub
Bandpass mit Signalkonditionierung
Steuerungs-Einheit Auswertung
Oszillator
Buffer
Rampengenerator
2 1
8
3
6 7
5
4
t
Ua
t0 t1
Mono-Flop
Bild 10: Blockschaltbild mit Signal-Kennzeichnung
EL-V7 - 11
t
Mikrofon
t0
UB
Verstärker mit Bandpassverhalten
-UB
t
UB
Komparator mit Gleichrichter
t
UB
Tiefpass
t
UB
Reset
t
t3
t3
t3
t4
t4
t4
t0
t0
t0
t1t0
t1
t1
t1
t1
4
5
6
7
8
t0
UB
t1
Monostabiler Flip-Flop
t0
UB
Astabiler Multivibrator
-UB
t
t
∆t1
hold
t0 tt1
Rampengenerator
US
∆t1t3
t3
t4
t4
1
2
3
-UB
Bild 11: Signalfluss-Diagramm der gesamten Schaltung
EL-V7 - 12
1k 1k
52k
470
100n
VDDRampengenerator
UAUA
+
–
1n
47k
47k
47k
47k
Oszillator
VDD
8.4k
VDD
47k
Ausgang zumUltraschallsender
+
–
VDD
VDD
VSS
VSS
Monoflop
47k
47k
13n
11k
47k
47k
+
–
+
–10k
+
–10k
+
–10k
+
–10k
+
–10k
+
–10k
10k
VDD
VDD
LED-Ansteuerung
Rv
Rv
Rv
Rv
Rv
Rv
+
–
+
–
Gleichrichter und TPKomparator 1 Komparator 2
1n
UE +
–
+
–
Bandpass10p
180k10k100n
10k 10n
10p
33k
Empfängereingang
100
10k
VSS
VSS
10k
Bild 12: Vereinfachter Stromlaufplan
EL-V7 - 13
4 Messaufgaben
Die einzelnen Schaltungsteile sowie die Gesamtschaltung stehen am Laborplatz zur Ver-fügung. Diese können in die Versorgungsrahmen gesteckt werden. Des Weiteren wird eineVersorgungsspannung benötigt, welche am Versorgungsrahmen an die dafür vorgesehenenBuchsen angeschlossen werden muss. Die Messpunkte der Schaltung sind direkt an den jewei-ligen Elementen platziert. Zur Messung stehen neben einem Oszilloskop mehrere Multimeterzur Verfügung.
4.1 Oszillator
Die Oszillator-Schaltung befindet sich separiert von der restlichen Schaltung auf Platine 1.
Messaufgabe 4.1:
Fügen Sie die fehlenden Elemente in die Oszillator-Schaltung ein.
Messaufgabe 4.2:
Messen Sie die Frequenz des Oszillators fosz. Vergleichen Sie die Werte mit den berechnetenund simulierten Werten aus den Vorbereitungsaufgaben.
Einzutragender Werte Oszillator-Frequenz fosz/ Hz
Berechneter Wert
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 1: Oszillator-Frequenz fosz
4.2 Bandpass
Die Bandpass-Schaltung befindet sich separiert von der restlichen Schaltung auf Platine 2.
Messaufgabe 4.3:
Messen Sie die 3db-Eckfrequenzen der beiden Bandpässe und tragen Sie die Ergebnisse inTabelle 2 und Tabelle 3 ein.
EL-V7 - 14
Bandpass 1 ωu,1[ 1/s] ω0,1[ 1/s] vdB,1[ dB]
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 2: Bandpass 1
Bandpass 2 ωu,2[ 1/s] ω0,1[ 1/s]
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 3: Bandpass 2
Messaufgabe 4.4:
Messen Sie die Verstärkung des gesamten Bandpasses für ω = ωu/50, ω = ωu/10, ω = ωu,ω = (ωu + ω0)/2, ω = ω0, ω = 10 · ω0, ω = 50 · ωo. Verwenden Sie hierfür die Eingangsam-plitude 20 mV.
Frequenz vdB
ω = ωu/50
ω = ωu/10
ω = ωu
ω = (ωu + ω0)/2
ω = ω0
ω = 10 · ω0
ω = 50 · ωo
Tabelle 4: Übertragungsverhalten Bandpass
EL-V7 - 15
Messaufgabe 4.5:
Skizzieren Sie den Verstärkungsverlauf im Bodediagramm für den Bereich f = 10 Hz bis1 MHz. Ein Bode-Diagramm ist im Anhang vorhanden. Vergleichen Sie die Simulationser-gebnisse mit den Messergebnissen.
4.3 Steuerungseinheit
Die Steuerungseinheit bestehend aus dem monostabilen Multivibrator und dem Rampenge-nerator befindet sich separiert von der restlichen Schaltung auf Platine 3.
Messaufgabe 4.6:
Platzieren Sie die fehlenden Elemente, sodass die Schaltung die beschriebene Funktionerfüllt.
Messaufgabe 4.7:
Messen Sie die Pulsdauer des Freigabesignals tFreigabe des monostabilen Multivibrators zurFreigabe des Oszillators.
Einzutragender Werte Freigabedauer tFreigabe
Berechneter Wert
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 5: Freigabedauer tFreigabe des monostabilen Multivibrators
Messaufgabe 4.8:
Messen Sie die Ausgangsspannung des Rampengenerators. Bestimmen Sie die ZeitspannetRampe zwischen dem Start der Rampe und Erreichen der maximalen Spannung. Wie großist die maximale Rampenspannung?
Messaufgabe 4.9:
Welche maximale Entfernung des Objektes ergibt sich somit?
4.4 Gesamtschaltung
Im Folgenden soll nun die Gesamtschaltung untersucht werden. Nutzen Sie hierfür Platine4.
EL-V7 - 16
Messaufgabe 4.10:
Messen Sie die maximale Rampenspannung des Rampengenerators für die Abstände 20 cm,40 cm und 60 cm des reflektierenden Objektes.
20 cm 40 cm 60 cm
Berechneter Wert
Simulierter Wert
Gemessener Wert
Tabelle 6: Rampenspannung bei Variation der Objekt-Entfernung
EL-V7 - 17
5 Anhang
"L" Series Open Face Piezo Transducers
Specification
40LR10 Transmitter
40LT10 Receiver
Center Frequency 40.0±1.0Khz
Bandwidth (-6dB) 40LR10 2.5Khz
40LT10 3.0Khz
Transmitting Sound Pressure
Level
at 40.0Khz; 0dB re 0.0002µbar
per 10Vrms at 30cm
112dB min.
Receiving Sensitivity
at 40.0Khz 0dB = 1 volt/µbar
-70dB min.
Capacitance at 1Khz ±20% 1900 pF
Max. Driving Voltage (cont.) 10Vrms
Total Beam Angle -6dB 72° typical
Operation Temperature -30 to 80°C
Storage Temperature -40 to 85°C
Dimensions: Dimensions are in mm
Impedance/Phase Angle vs. Frequency
Tested under 1Vrms Oscillation Level
40LR10 Impedance
40LR10 Phase
40LT10 Impedance
40LT10 Phase
Sensitivity/Sound Pressure Level
Tested under 10Vrms @30cm
Beam Angle: Tested at 40.0Khz frequency
100
1000
10000
100000
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
Frequency (Khz)
Impe
danc
e (O
hm)
-90.0-75.0-60.0-45.0-30.0-15.00.015.030.045.060.075.090.0
Phas
e An
gle
(Deg
ree)
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45Frequency (Khz)
Sens
itivi
ty (d
B)
90
95
100
105
110
115
120
125
130
SPL
(dB)
0 30
60
90
120
150 180
210
240
270
300
330 0 -6-12-18-24-30
EL-V7 - 18
100
-40
0°
j
-90°
-180°
-270°
-360°
-20
0
20
40
60
80
120
|v| / dB
100
101 102 103 104 106105 107 108w / s-1
EL-V7 - 19
100
-40
0°
j
-90°
-180°
-270°
-360°
-20
0
20
40
60
80
120
|v| / dB
100
101 102 103 104 106105 107 108w / s-1
EL-V7 - 20
Literatur
[Hein] R. Heinemann: PSpice: Einführung in die Elektronik Simulation. Hanser Verlag.
EL-V7 - 21