Aufgabe Vorschlag B - 2 - Operationsverstärkerschaltungen · Abitur Hessen Mechatronik LK 2022

Sensorschaltung zur Temperatursteuerung (Material 2)

Die Kabine des Lackierautomaten ist mit zwei gleichen Temperatursensoren ausgerüstet, um die Temperatur während des Lackierens zu überwachen. Ein Temperatursensor R3 ist in der Nähe des Heizgebläses installiert, der zweite Sensor R5 befindet sich weiter entfernt in der Kabine. Sobald das Heizsystem in Betrieb geht, erreicht der Sensor R3 schneller die gewünschte Temperatur als der weiter entfernte Sensor R5. Die Summe der beiden Sensorsignale liefert die Information, dass die Kabine vollständig auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt ist (Material 2).

http://www.farnell.com/datasheets/1503771.pdf (abgerufen am 25.2.2021)

https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/bc447-d.pdf (abgerufen am 25.2.2021)

Teilaufgabe 2.2

Berechnen Sie die Widerstände $R_{e1}$ und $R_{e2}$ der Schaltung (Abbildung 2.1) bei einer Temperatur von $25^\circ\text{C}$ und abgeglichener Messbrücke, wenn in diesem Fall am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 eine Spannung von $U_a = -10\text{ V}$ anliegen soll.

Hinweis: Die Sensorspannung $U_{R5}$ wird dabei mit der doppelten Verstärkung wie die Sensorspannung $U_{R3}$ verstärkt.

$R_{e1}$:

$R_{e2}$:

Teilaufgabe 2.3

Die Temperatur in der Kabine wird für eine Lackierung mithilfe von S20 auf $20^\circ\text{C}$ eingestellt. Die nachfolgende Trocknung erfolgt in der Kabine bei einer Temperatur von $50^\circ\text{C}$. Der OP2 hat eine Verstärkung von 1 und invertiert sein Eingangssignal (das Vorzeichen kehrt sich um).

Ermitteln Sie jeweils die Ausgangsspannung am Operationsverstärker OP2 und weisen Sie nach, dass sich dabei die Ausgangsspannung des OP2 um $\Delta U \approx 2{,}4\text{ V}$ ändert.

Hinweise: Die Messbrücke ist abgeglichen. Wenn Sie den Widerstand $R_4$ in Aufgabe 2.1 nicht ermittelt haben, ist mit $R_4 = 22\text{ k}\Omega$ weiterzurechnen.

$20^\circ\text{C}$:

$50^\circ\text{C}$:

$\Delta U$:

Teilaufgabe 2.4

Erklären Sie die Funktionsweise des Operationsverstärkers OP3 in der Gesamtschaltung mit seiner Beschaltung R6, R7 und R8.