|
De functiegenerator is het eerste experiment met op-amp's, waarbij u twee operationele versterkers moet inschakelen en waarvoor het dus nodig is dat twee 741 experimenteerprintjes ter beschikking staan. Deze schakeling is ook de eerste die iets uit zichzelf doet, namelijk mooie signalen opwekken. |
Kennismaking met de functiegenerator
Wat is een functiegenerator?
Een functiegenerator is een schakeling die diverse signaalvormen kan opwekken. In de meest eenvoudige uitvoering, zoals besproken in dit artikel, levert de schakeling driehoek- en blokvormige signalen. Meer uitgebreide schakelingen, zoals ingebouwd in vrijwel alle in de handel zijnde functiegeneratoren, leveren daarnaast ook nog eens sinussen, zaagtanden en pulsen.
 |
| Een functiegenerator en zijn uitgangsspanningen. (© 2017 Jos Verstraten) |
De basisschakeling van een functiegenerator met operationele versterkers, getekend in onderstaande figuur, is opgebouwd uit twee reeds bekende trappen, een comparator met hysteresis rond operationele versterker IC1 en een integrator rond IC2. De comparator levert de stuurspanning voor de integrator, de integrator levert de ingangsspanning voor de comparator. U hebt dus te maken met een rondgekoppeld systeem: de uitgang stuurt de ingang en deze terugkoppeling veroorzaakt het opwekken van een periodiek verlopende spanning. Anders gezegd: door de terugkoppeling zal de schakeling gaan oscilleren.
 |
| Het basisschema van een functiegenerator met twee op-amp's. (© 2017 Jos Verstraten) |
Experimenteer mee met deze cursus!
U kunt de experimenten die in deze cursus worden beschreven zélf uitvoeren.
Daarvoor moet u echter eerst onze 'analoge trainer' nabouwen.
De uitgebreide beschrijving van de zelfbouw van dit apparaat treft u aan op de onderstaande link:
Hobby-lab: bouw een analoge trainer
De functiegenerator op uw experimenteerprintjes
Bouw het schakelingetje op twee experimenteerprintjes, volgens de onderstaande bedradingstekening. Als u de schakeling met de twee voedingsspanningen verbindt, kunt u met een liefst analoge universeelmeter vaststellen dat op de uitgang van de schakeling een driehoekvormige spanning ontstaat (meetpunt M2), terwijl op de uitgang van de eerste op-amp (meetpunt M1) een blokvormige spanning verschijnt. In het eerste geval ziet u de naald van de meter langzaam heen en weer gaan, in het tweede geval springt de naald opeens van de ene waarde naar de andere.
 |
| De functiegenerator op twee experimenteerprintjes. (© 2017 Jos Verstraten) |
De werking van de schakeling wordt verklaard aan de hand van de grafieken in onderstaande figuur. Belangrijk is dat de positieve ingang van IC1 is verbonden met het knooppunt van de twee weerstanden R2 en R3. Weerstand R2 gaat naar de uitgang van de comparator, weerstand R3 naar de uitgang van de integrator. Beide weerstanden vormen een spanningsdeler en het zal duidelijk zijn dat de spanning op de positieve ingang van de comparator zowel door de uitgangsspanning van de comparator als door de uitgangsspanning van de integrator wordt bepaald.
Bovendien moet u voor ogen houden dat de negatieve ingang van de comparator via R1 is verbonden met de massa. Hieruit kunt u afleiden dat de uitgang van de comparator omschakelt van de ene naar de andere voedingsspanning op het moment dat de spanning op de positieve ingang (dus knooppunt R2-R3) gelijk wordt aan nul volt.
 |
| De werking van de schakeling grafisch toegelicht. (© 2017 Jos Verstraten) |
Wat gebeurt er nu verder?
De ingang van de integrator wordt gestuurd met een positieve spanning van +10 V. Uit een van de vorige artikelen uit deze serie weet u dat de schakeling hierop reageert door het lineair laten dalen van de uitgangsspanning. Nu zijn zowel R4 als C1 vrij groot, die daling gaat dus erg langzaam en u kunnen het proces op uw (analoge) universeelmeter volgen. Het dalen van de uitgangsspanning heeft tot gevolg dat ook de spanning op de positieve ingang van IC1 gaat dalen. Als de uitgangsspanning van de integrator gedaald is tot -3 V staat er nog een positieve spanning van 1 V op de comparator. Deze spanning nadert dus wel langzaam maar zeker het omschakelpunt van de comparator, namelijk nul volt. De negatieve ingang van de comparator is immers nul volt. U kunt dan ook precies bepalen wanneer de comparator zal omklappen. Als de uitgang van de integrator is gedaald tot -5 V verdeelt de totale spanning over R2-R3 zich zo dat het knooppunt op nul volt staat.
Op tijdstip t4 slaat de comparator om, de uitgangsspanning wordt gelijk aan de negatieve voedingsspanning. De spanningsverdeling over R2 en R3 wijzigt zich dan drastisch. Punt A springt naar -10 V, punt B staat op -5 V. Over beide weerstanden staat 5 V, het knooppunt komt op een spanning van -6,5 V. De uitgangsspanning van de integrator gaat nu stijgen. Deze schakeling wordt nu immers uit een negatieve spanning van -10 V gevoed. Een en ander heeft tot gevolg dat de spanning op de positieve ingang van de comparator nu weer gaat stijgen. Op tijdstip t5 is de uitgang van de integrator gestegen tot +5 V, het knooppunt van R2 en R3 komt op massapotentiaal, de comparator slaat weer om.
De functiegenerator heeft één cyclus doorlopen, de volgende start.
Conclusie
Het samenwerken van integrator en comparator levert een schakeling op die continu een driehoek en een blok genereert. De frequentie van die signalen wordt bepaald door de waarde van R4 en C1. Hoe kleiner beide onderdelen, hoe sneller de condensator zich zal op- en ontladen en hoe hoger de frequentie van de uitgangssignalen. In de praktijk schakelt men C1 om naar waarden die 10, 100 of 1.000 maal groter of kleiner zijn. Dat is de bereikenschakelaar van de frequentie. Door R4 als potentiometer uit te voeren kunt u in ieder bereik de frequentie een factor tien variëren.
|
|