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