| Autor |
Nachricht |
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
 Pfirsichmensch Verfasst am: 05. Aug 2015 17:04 Titel: Erneut eine Frage zur bipolaren Spannungsversorgung |
 |
|
(Ich weiß, dass der Thread sehr lang ist, würde mich trotzdem freuen, wenn man ihn durchliest, Verzeihung!)
Diesbezüglich hab ich hier schon einige Threads erstellt, doch trotzdem sind mir einige Sachen noch nicht so klar geworden:
Quelle des Dateianhangs: http://i.stack.imgur.com/PZVer.jpg
Es geht wiedermal um die bipolare Spannungsversorgung und die Funktion von Kondensatoren. Ich habe mittlerweile das Gefühl, dass ich ständig den selben Sachverhalt beschreibe undzwar auf andere Lesarten. Ich gebe nochmal den Anstoß: Welche Funktion hat der Kondensator in der bipolaren Spannungsversorgung?
Auf der Seite antwortet jemand wie folgt:
Zitat: | Zitat: | If you don't use the capacitors and rely on the resistors, any variation in ground current will create a variation in the centre voltage of the two resistors and this will shift +V and -V up and down. They'll move together because Vin is a constant supply. It's basically ohms law - you draw more current through 1 resistor and it will drop more voltage and shift the offset from half-way.
If the undulations in the ground current are high enough frequency, capacitors can be chosen that minimize the shifting on +V and -V. This is because capacitors oppose the change in voltage and will supply the current (temporarily) without altering their terminal voltage very much. |
Der Kondensator stellt für hochfrequente Ströme einen Kurzschluss dar, das ist mir bewusst.
Der Kondensator wehrt sich gegen die Änderung des elektrostatischen Felders, auch das sagt der Antwortende.
Und das ist doch das Interessante , was mir leider noch niemand so richtig bestätigen konnte:
Wenn sich irgendwie Spannungen aufgrund einer unsymmetrischen Belastung verändern sollten, dann wird der bereits aufgeladene Kondensator gezwungener Maßen sich gegen die Änderung des Feldes wehren, sodass sich die Spannungen an den Widerständen nicht verändern. Denn je größer die Kapazität ist, desto kleiner ist die Spannungsänderung pro Zeit. Diese Gegenwehr erfolgt so lange, bis der Kondensator entladen ist, ist das nun richtig?
Eine andere Erklärung sagt mir nun, dass der Kondensator dann als Pufferkondensator arbeitet, wenn aufgrund impulsartiger Ströme die durch die Quelle gezogen werden, die Leitungsinduktivität mit ins Spiel kommt, und der Kondensator für diese Nanosekunden von der Quelle abgetrennt ist und seine Ladung niederimpedant zur Verfügung stellt.
Welche Funktion hat dieser Kondensator und was ist nun wirklich richtig?
Das macht mich langsam echt verrückt .... dass ich an sowas einfachem solange hapere.
Vielen Dank im Voraus!
| Beschreibung: |
|
| Dateigröße: |
6.26 KB |
| Angeschaut: |
2669 mal |
|
|
|
 |
ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
|
| ML Verfasst am: 05. Aug 2015 17:17 Titel: Re: Erneut eine Frage zur bipolaren Spannungsversorgung |
|
|
Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Welche Funktion hat dieser Kondensator und was ist nun wirklich richtig?
Das macht mich langsam echt verrückt .... dass ich an sowas einfachem solange hapere. |
Du und Deine Kondensatorschaltung...
Ein Kondensator kann beide Aufgaben erfüllen:
- Stabilisierung der Spannung bei kurzzeitigem, impulsartigem Strombedarf (d. h. als Entstörkondensator)
- Stabilisierung der Spannung bei längerfristigem Strombedarf (d. h. als Pufferkondensator)
In den meisten Schaltungen verwendest Du dazu zwei Kondensatoren parallel:
- einen Elko (stellt Ladung bereit, ist langsam, z. B. 47µF Elko)
- einen Keramikkondensator (entstört Hochfrequenzstörungen, ist schnell, hat weniger Ladung, z. B. 100nF Keramikkondensator in SMD-Ausführung)
Ein Kondensator wird bei der Entwicklung von Elektronikschaltungen übrigens sehr häufig als RLC-Serienschwingkreis modelliert. Jenseits seiner Resonanzfrequenz ist er dann im Prinzip eine ohmsch-induktive Last.
Viele Grüße
Michael
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 05. Aug 2015 19:23 Titel: |
|
|
Hallo Michael,
danke das du wiedermal auf meine Fragen eingehst. Aber stimmt mein Gedankengang, wann der Kondensator seiner Funktion als Puffer/bzw Entstörkondensator gerecht wird?
Wenn hohe Ströme gezogen werden, dann kommt doch die Leitungsinduktivität ins Spiel wobei der Kondensator nicht mehr mit der Quelle verbunden (L stellt im Einschaltaugenblick eine Unterbrechung dar) ist und dann gezwungen wird zu entladen. Ich möchte nur wissen, ob dies stimmt.
Ich verstehe nämlich nicht, wieso jeder erwähnt, dass Kondensatoren für hohe Frequenzen niederimpedant sind, das weiß ich ja, aber mit dieser Situation hat es ja nichts zu tun. Wenn der Kurzschluss des Kondensators hier eine Rolle spielen würde, dann würde doch von dem Versorgungsstrom nichts an der Last ankommen. Ich hoffe, dass ich das hier ein für alle mal aufklären kann ...
|
|
|
ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
|
| ML Verfasst am: 06. Aug 2015 00:46 Titel: |
|
|
Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Wenn hohe Ströme gezogen werden, dann kommt doch die Leitungsinduktivität ins Spiel wobei der Kondensator nicht mehr mit der Quelle verbunden (L stellt im Einschaltaugenblick eine Unterbrechung dar) ist und dann gezwungen wird zu entladen. Ich möchte nur wissen, ob dies stimmt.
|
Wenn die Last hochfrequente (nicht: hohe) Ströme ziehen will und die eigentliche Spannungsquelle über eine längere Leitung verbunden ist, funktioniert das aufgrund der Leitungsinduktivität nicht so gut.
Aus diesem Grund schaltet man in unmittelbarer Nähe von integrierten Schaltkreisen gerne 100nF-Keramikkondensatoren von +Vcc gegen Masse und von -Vcc gegen Masse. Der Kondensator wirkt dann für hochfrequtente Lastströme als Spannungsquelle mit einem niedrigen Innenwiderstand, also als nahezu ideale Spannungsquelle. Hier gehört der niedrige Widerstand des Kondensators für hohe Frequenzen argumentativ hin.
Man verwendet sehr gerne Masseflächen statt einfache Drahtrückleitungen, da die Massefläche im Vergleich zu einer normalen Leitung eine geringere Induktivität hat. Das stellt sicher, dass hochfrequente Ströme, die über die Massefläche fließen, keine allzu großen Spannungen auf der Massefläche erzeugen.
(Erst bei sehr hohen Frequenzen muss man die Leiterplatte dann als 2d-Wellenleiter auffassen.)
| Zitat: | | Ich verstehe nämlich nicht, wieso jeder erwähnt, dass Kondensatoren für hohe Frequenzen niederimpedant sind, das weiß ich ja, aber mit dieser Situation hat es ja nichts zu tun. |
Doch. Ein niedrigerer Innenwiderstand bedeutet, dass die Spannungsquelle (die ein Kondensator ja im ersten Moment darstellt) nahezu ideal ist.
| Zitat: | | Wenn der Kurzschluss des Kondensators hier eine Rolle spielen würde, dann würde doch von dem Versorgungsstrom nichts an der Last ankommen. Ich hoffe, dass ich das hier ein für alle mal aufklären kann ... |
Die eigentliche Spannungsquelle lädt den Kondensator ggf. etwas später wieder auf. Sie kann bei HF-Lastströmen die Spannung an der Last nicht konstant halten.
Viele Grüße
Michael
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 06. Aug 2015 11:48 Titel: |
|
|
Danke Michael, aber die Schaltung wie sie oben dargestellt ist, ist richtig oder?
Einige verbinden noch die Mittelpunkte des Spannungsteilers mit dem Mittelpunkt der Kondensatoren.
Sowas habe ich nämlich auch gefunden ... da sind die R und C Zweige noch diagonal miteinander verbunden
http://i.stack.imgur.com/M47w4.png
|
|
|
ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
|
| ML Verfasst am: 06. Aug 2015 12:16 Titel: |
|
|
Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | Danke Michael, aber die Schaltung wie sie oben dargestellt ist, ist richtig oder? |
Nein, die Schaltung selbst ist ausgesprochener Murks, der nur in einigen Ausnahmefällen funktioniert. Mit und erst recht ohne Punkt. Und nein, die Schaltung ist nicht korrigierbar. Vernünftige symmetrische Spannungsversorgungen gehen anders.
| Zitat: | | Einige verbinden noch die Mittelpunkte des Spannungsteilers mit dem Mittelpunkt der Kondensatoren. Sowas habe ich nämlich auch gefunden ... da sind die R und C Zweige noch diagonal miteinander verbunden http://i.stack.imgur.com/M47w4.png |
Ja, ich hatte mich auch schon gewundert, wo der Punkt hin ist. In der Schaltung ohne Punkt stabilisierst Du bloß die 9V-Spannungsquelle mit einem Kondensator der Kapazität C/2. Du stabilisierst also die einzelnen 4,5V-Quellen praktisch gar nicht. Die Aufteilung der 9V variiert je nach Last sehr stark.
Trotzdem: 100k-Ohm ist eine ganze Menge. Die von Dir gezeigte Spannungsversorgung ist nur dann sinnvoll, wenn die rechts (nicht eingezeichnete) Lastschaltung ausgesprochen geringe Ströme zieht. Die Kondensatoren müssen sich im Zweifel über die 100k-Widerstände aufladen! Rechne Dir doch mal die Ströme aus.
Eine andere Möglichkeit, wo eine solche Schaltung sinnvoll sein könnte ist, wenn der GND-Teil im Prinzip nur eine Referenzspannung ist (keine Stromeinleitung oder -entnahme in GND). Insbesondere für die Referenzspannung gibt es aber bessere Lösungen.
Viele Grüße
Michael
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 06. Aug 2015 12:44 Titel: |
|
|
Danke Michael, ich würde diese Schaltung so oder so nicht verwenden sondern mehr auf einen Spannungsfolger mit Differenzenverstärker zurückgreifen. Jedenfalls: Wenn ich es so machen würde, dann den Mittelpunkt der Kondensatoren mit dem Mittelpunkt der Widerstände verbinden, richtig?
Und ich merke mir jetzt: Der Kondensator stellt niederimpedant den Strom zur Verfügung wenn die Quelle mal nicht reagiert (bei impulsartigen Änderungen oder hochfrequenten Änderungen, wobei die Stromstärke keine Rolle spielt)
Der Kondensator wird dann aber solange nur den Pufferkondensator spielen können, bis alle Ladungen abgeflossen sind. Dann bricht die Spannung zusammen.
Ist das bis hierhin alles richtig?
Noch eine zweite Frage:
Wenn man aus der Quelle einen sinusförmigen Strom zieht, dann helfen die Kondensatoren doch ebenfalls die Spannung an R konstant zu halten, denn je höher die Kapazität, desto geringer die Spannungsänderung du/dt
Kann ich nun davon ausgehen das ich alles begriffen habe 
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 06. Aug 2015 18:05 Titel: |
|
|
|
Wäre froh wenn du da noch einmal drauf eingehen könntest, danach öffne ich auch nie mehr so einen Thread
|
|
|
ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
|
| ML Verfasst am: 06. Aug 2015 18:21 Titel: |
|
|
Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | Danke Michael, ich würde diese Schaltung so oder so nicht verwenden sondern mehr auf einen Spannungsfolger mit Differenzenverstärker zurückgreifen. |
Vielleicht ja auch auf sowas:
http://www.linear.com/parametric/Regulated_Inverting_Charge_Pumps
| Zitat: | | Jedenfalls: Wenn ich es so machen würde, dann den Mittelpunkt der Kondensatoren mit dem Mittelpunkt der Widerstände verbinden, richtig? |
Schon richtig. Aber Du würdest die Schaltung dann ohnehin ein zweites Mal aufbauen und dabei ein anderes Schaltungskonzept nutzen.
| Zitat: | | Und ich merke mir jetzt: Der Kondensator stellt niederimpedant den Strom zur Verfügung wenn die Quelle mal nicht reagiert (bei impulsartigen Änderungen oder hochfrequenten Änderungen, wobei die Stromstärke keine Rolle spielt) |
Genau, und dazu sollte er möglichst nah am integrierten Schaltkreis sein (keine langen Beinchen) und es sollte möglichst eine Massefläche vorliegen, an die er angeschlossen wird.
| Zitat: | | Der Kondensator wird dann aber solange nur den Pufferkondensator spielen können, bis alle Ladungen abgeflossen sind. Dann bricht die Spannung zusammen. |
Pufferkondensator und Entstörkondensator sind i. A. zwei verschiedene Bauteile.
Pufferkondensator = große Kapazität, i. A. langsam, kann weit weg vom Bauteil angebracht werden
Entstörkondensator = kleine Kapazität, i. A. schnell, in unmittelbarer Nähe vom IC anzubringen
| Zitat: | | Wenn man aus der Quelle einen sinusförmigen Strom zieht, dann helfen die Kondensatoren doch ebenfalls die Spannung an R konstant zu halten, denn je höher die Kapazität, desto geringer die Spannungsänderung du/dt |
Ja.
| Zitat: | | Kann ich nun davon ausgehen das ich alles begriffen habe |
Nein. Du wirst sicher noch mehr lernen, je länger Du Dich mit Schaltungen beschäftigst. Wäre doch schade, wenn das schon alles wäre
Viele Grüße
Michael
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 07. Aug 2015 08:56 Titel: |
|
|
Hallo Michael,
ich hab es jetzt mal mit PSpice simuliert und es funktioniert tatsächlich sehr gut, die Spannungsänderungen bei unsymmetrischer Belastung sind sehr gering wenn die Kondensatoren eine genügend hohe Kapazität haben.
Was mich aber immer noch irritiert: Wie kann dort an den Widerständen überhaupt eine Spannung abfallen, wenn die Kondensatoren für hohe Frequenzen nahezu Kurzschlüsse darstellen?
Ich habe mit den Probes gemessen und da kommen tatsächlich bei hohen Kapazitätswerten an der unsymmetrischen Last gleiche Spannungsaufteilung vor. Aber wie kann das bei einem Kurzschluss denn sein?
Als speisende Quelle hab ich einen Sinus genommen, weil Operationsverstärker ebenfalls Ströme ziehen die sich in der Stärke ändern.
Liegt es vllt daran, dass die 100 kOhm Widerstände eine Parallelschaltung mit den Kondensatoren bilden? Denn in der Tat ist die abfallende Spannung an der Last sogut wie unabhängig von der unsymmetrischen Belastung.
| Beschreibung: |
|
| Dateigröße: |
28.1 KB |
| Angeschaut: |
2556 mal |
|
|
|
|
ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
|
| ML Verfasst am: 07. Aug 2015 10:10 Titel: |
|
|
Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
ich hab es jetzt mal mit PSpice simuliert und es funktioniert tatsächlich sehr gut, die Spannungsänderungen bei unsymmetrischer Belastung sind sehr gering wenn die Kondensatoren eine genügend hohe Kapazität haben.
|
Wieso verwendest Du jetzt eine sinusförmige Quelle? Ich dachte, Du willst eine Gleichspannungsversorgung realisieren.
| Zitat: |
Was mich aber immer noch irritiert: Wie kann dort an den Widerständen überhaupt eine Spannung abfallen, wenn die Kondensatoren für hohe Frequenzen nahezu Kurzschlüsse darstellen?
Ich habe mit den Probes gemessen und da kommen tatsächlich bei hohen Kapazitätswerten an der unsymmetrischen Last gleiche Spannungsaufteilung vor. Aber wie kann das bei einem Kurzschluss denn sein? |
Zunächst: Du speist mit einer idealen Spannungsquelle. Also wird diese Spannung realisiert, egal wieviel Strom dafür benötigt wird. Und wenn diese Spannung auf eine Serienschaltung trifft, wird sie entsprechend den Impedanzverhältnissen aufgeteilt.
Für hohe Frequenzen f --> oo gilt:
1µF || 1k || 100k = 1 µF || 2k || 100k
Nur die Kapazität zählt dann.
Wenn Du mit einer Stromquelle speist, sieht die Situation anders aus. Dann kannst Du mit dem Kurzschluss argumentieren.
| Zitat: |
Als speisende Quelle hab ich einen Sinus genommen, weil Operationsverstärker ebenfalls Ströme ziehen die sich in der Stärke ändern. |
Ja, ich sehe das. Das hat aber mit der eigentlichen Frage nach der (Gleich-)spannungsversorgung überhaupt nichts mehr zu tun.
Der OPV soll zumindest nominal mit Gleichspannung versorgt werden, aber einen zeitlich variierende Ströme ziehen; siehe Beispiel.
| Zitat: |
Liegt es vllt daran, dass die 100 kOhm Widerstände eine Parallelschaltung mit den Kondensatoren bilden? Denn in der Tat ist die abfallende Spannung an der Last sogut wie unabhängig von der unsymmetrischen Belastung. |
Naja, so ungefähr. Entscheidend ist, dass der Betrag der Impedanz der Kondensatoren wesentlich kleiner als die Impedanz der Widerstände ist.
Die beiden 100k-Widerstände haben auf Deine Schaltung allerdings praktisch keinen Einfluss, da sie parallel zu 1k bzw. 2k geschaltet sind.
Viele Grüße
Michael
| Beschreibung: |
|
| Dateigröße: |
18.92 KB |
| Angeschaut: |
2539 mal |
|
| Beschreibung: |
|
Download |
| Dateiname: |
Beispiel.zip |
| Dateigröße: |
560 Bytes |
| Heruntergeladen: |
169 mal |
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 07. Aug 2015 10:25 Titel: |
|
|
Hallo Michael,
langsam bin ich wirklich am verzweifeln ... ich weiß nicht was ich alles falsch mache.
Ich möchte einfach eine symmetrische Aufteilung durch die beiden 100kOhm Widerstände, das hab ich ja gemacht. Denken wir uns einfach wiedermal, dass es eine Gleichspannung ist. Ich schalte zu den Widerständen noch die Kondensatoren parallel, die bei hohen Frequenzen niederimpedant ihre Ladung zur Verfügung stellen.
Ich habe aber nun gemerkt, wo mein Verständnisproblem liegt:
Wenn die Kondensatoren bei hohen Frequenzen als Kurzschluss angesehen werden können, dann ist es doch egal, was nach den Kondensatoren noch folgt. Kurzschluss ist Kurzschluss, der Strom wird den Weg des geringsten Widerstandes nehmen, wie soll da noch die Last gespeist werden können?. Wie soll die Last davon etwas abbekommen? Du hattest schonmal darauf geantwortet aber irgendwie habe ich das nicht verstanden...
|
|
|
ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
|
| ML Verfasst am: 07. Aug 2015 10:37 Titel: |
|
|
Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | Kurzschluss ist Kurzschluss, der Strom wird den Weg des geringsten Widerstandes nehmen, wie soll da noch die Last gespeist werden können?. Wie soll die Last davon etwas abbekommen? |
die Kondensatoren nehmen der Last den Strom nicht weg, sondern sie geben der Last den Strom. Und deshalb ist es gut, wenn sie einen niedrigen Innenwiderstand haben. So ist das bei einer Spannungsquelle auch.
Viele Grüße
Michael
|
|
|
Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
|
| Pfirsichmensch Verfasst am: 07. Aug 2015 10:43 Titel: |
|
|
Jetzt komm ich meinem elementaren Verständnisproblem etwas näher:
Wenn die Kondensatoren als "Kurzschluss" wirken geben sie ihren Strom der Last?
Ich wäre dir dankbar, wenn du mir diesen Vorgang noch erläutern könntest ...
Diese Kurzschlussgeschichte mit den Kondensatoren in Versorgungsstromkreisen hab ich noch nie so richtig begriffen.
PS: Ach du heiliger Bimbam, ich glaub jetzt weiß ich was los ist: Mit Kurzschluss ist immer gemeint, dass der Kondensator als eine Spannungsquelle mit nahezu Ri gleich 0 gilt.
Der Strom wird aber NUR vom Kondensator bezogen, wenn die Last unsymmetrisch ist, da der Spannungsabfall am Parallelwiderstand sich auch verändert. Ist das richtig?
Nun erkenne ich auch den Zusammenhang in der Formel. Die Spannungsänderung am Spannungsteilerwiderstand ist umso kleiner, je größer die Kapazität ist, weil der Kondensator der Last seine Ladung zur Verfügung stellt und somit die Spannung aufrechtzuerhalten versucht. Jenachdem welcher Strom für die Last notwendig ist, kann dies auch über die Kapazität dimensioniert werden.
Ich hoffe jetzt stimmt alles?!
|
|
|
|
|
Registrieren
Login
FAQ
Suchen
