← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Expert · Werkboek · 22. Operationele versterkers
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
E22. Operationele versterkers — werkboek
EExpert · deel E4 · Elektrotechniek en elektronica

Werkboek · hoofdstuk 22Operationele versterkers

Millivolt betrouwbaar omzetten naar een weegwaarde

Je rekent ideale schakelingen, toetst daarna bruggen en werkelijke fouten en ontwerpt uiteindelijk een verifieerbare oogstmeting.

4× oefenen4× toepassen4× uitdagen± 380 min0/12 gedaan
LElektriciteit en elektronicaOOnderzoeken en meten
De bakmassa, mechanische montage en elektronica horen allemaal bij de kalibratie.
De bakmassa, mechanische montage en elektronica horen allemaal bij de kalibratie.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
22.1

Een ideale ingang

Oefenen6Begrijpen25 min
Een opamp is lineair, met negatieve terugkoppeling, u+ = 1,5 V.
  1. a
    Geef u− en de ideale ingangsstromen. Leg uit waarom dit geen echte kortsluiting is.
22.2

Inverterende gain

Oefenen6Rekenen25 min
Ri = 12 kΩ, Rf = 60 kΩ; u+ op massa, ui = −0,30 V; voeding ±9 V.
  1. a
    Bereken gain, uo en ingangsstroom.
22.3

Niet-inverterend kiezen

Oefenen6Rekenen25 min
Ui = 0,20 V moet naar 1,00 V; Rg = 10 kΩ.
  1. a
    Bereken Rf en verklaar het verschil met een spanningsvolger.
22.4

Comparator en ruis

Oefenen6Begrijpen25 min
Een sensor ruist ±20 mV rond 2,50 V; comparator heeft één drempel.
  1. a
    Verklaar chatter en stel een gemotiveerde hysteresisband voor.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
22.5

Exacte kwartbrug

Toepassen7Rekenen25 min
R1 = 350,7 Ω, R2 = R3 = R4 = 350 Ω; Uex = 5 V; Ud = UR−UL.
  1. a
    Bereken exact Ud en vergelijk met Uexδ/4.
  2. b
    Wat gebeurt als alle vier R dezelfde factor krijgen?
22.6

Hysterese afleiden

Toepassen7Analyseren25 min
Ui op −; + via 100 kΩ naar 2,5 V en via 1 MΩ naar uitgang. UL=0, UH=5 V.
  1. a
    Leid beide drempels af uit knooppuntwet en geef de richting van elke schakelactie.
22.7

Een meetbudget in kilogram

Toepassen7Rekenen25 min
5 kg-weegcel, 2 mV/V, 5 V-excitatie, gain 401; ADC 10 bit/5 V. Offset voor tare 25 µV.
  1. a
    Bereken brug- en uitgangsgevoeligheid, code-equivalent en offset-equivalent.
  2. b
    Waarom is code-equivalent niet hetzelfde als onzekerheid?
22.8

Grote-signaalbandbreedte

Toepassen7Rekenen25 min
Een sinusuitgang heeft piek 2,0 V bij 10 kHz; opamp SR = 0,10 V/µs.
  1. a
    Bereken vereiste slew rate en maximale frequentie zonder slewbegrenzing.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
22.9

Tare is niet calibreren

Uitdagen9Onderzoeken50 min
Een weegschaal toont na tare 1,04 kg op een 1,00 kg-gewicht en 4,16 kg op 4,00 kg.
  1. a
    Diagnosticeer offset of gain en bereken een correctie.
  2. b
    Ontwerp een ijking die hysterese en drift zichtbaar maakt.
Zo wordt dit beoordeeld
SchakelingGelijkstromen, common-mode en terugkoppelrichting correct.
MeetketenGain, rails, ADC-bereik, ruis en kalibratie in één budget.
BewijsReferentiemassa's, tare, herhaalbaarheid en overbelastingsproef concreet.
22.10

Een versterker buiten haar bereik

Uitdagen9Analyseren25 min
Een brug heeft Ud = 8 mV maar beide ingangen liggen op 4,95 V bij 5 V-voeding. Je kent alleen de nominale gain.
  1. a
    Leg uit waarom een plausibele uitgang geen betrouwbare meting bewijst.
  2. b
    Noem datasheet-/proefcontroles en een veilig foutsignaal.
Zo wordt dit beoordeeld
SchakelingGelijkstromen, common-mode en terugkoppelrichting correct.
MeetketenGain, rails, ADC-bereik, ruis en kalibratie in één budget.
BewijsReferentiemassa's, tare, herhaalbaarheid en overbelastingsproef concreet.
22.11

Habitat: een traceerbare oogstweegschaal

Uitdagen9Habitat80 min
Ontwerpvoorstel 5 kg/2 mV/V/350 Ω, 5 V-excitatie, G=401 en referentie0,50 V. Oogstbak heeft 0,35 kg tare; grootste netto oogst 3,0 kg.
  1. a
    Controleer maximale bruto-output en brugvermogen.
  2. b
    Werk nul-, gain-, ruis- en overbelastingstest uit en teken het signaalpad.
  3. c
    Schrijf een meetrecord met ruwe code, massa, tare, tijdzone en kwaliteitsvlag.
Zo wordt dit beoordeeld
SchakelingGelijkstromen, common-mode en terugkoppelrichting correct.
MeetketenGain, rails, ADC-bereik, ruis en kalibratie in één budget.
BewijsReferentiemassa's, tare, herhaalbaarheid en overbelastingsproef concreet.
22.12

Meer bits of betere mechanica

Uitdagen9Argumenteren25 min
Een collega wil de 10 bit-ADC door 24 bit vervangen en belooft 0,001 g nauwkeurigheid op 5 kg.
  1. a
    Beoordeel de claim met minstens vier foutbronnen en een meetbare vervolgstap.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet