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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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 ML Verfasst am: 13. Jul 2015 19:13 Titel: Re: Frage zur Realisierung einer symmetrischen Spannungsvers |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Wie kann es sein, dass ich unten -4.5 V abgreifen kann, wenn die Spannungsquelle links unten auf Masse ist? |
in jeder Schaltung kannst Du einen Punkt als "Masse" (Bezugspunkt der Spannungen) definieren. Das ist in der o. g. Schaltung der mittlere der drei Ausgangsanschlüsse.
"Links unten" ist nicht zwangsläufig die Masse. Vermutlich wird eine 9V-Batterie oder eine Labornetzteil ohne (bzw. mit sehr hochohmigem) Massebezug verwendet.
Viele Grüße
Michael
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 13. Jul 2015 19:19 Titel: |
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Hallo Michael,
danke für deine schnelle Antwort!
Wieso kann ich dann nicht einfach einen Spannungsteiler mit zwei gleichen Widerständen nehmen? Welche Funktion nimmt die Gegentaktstufe und der Spannungsfolger ein?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 13. Jul 2015 19:37 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Wieso kann ich dann nicht einfach einen Spannungsteiler mit zwei gleichen Widerständen nehmen? Welche Funktion nimmt die Gegentaktstufe und der Spannungsfolger ein? |
wenn Du einen einfachen Spannungsteiler nimmst und anschließend die Anordnung unsymmetrisch belastest (indem Du z. B. nur die positive Quelle belastest), wirst Du bemerken, dass das Spannungsverhältnis nicht mehr 4,5V:4,5V ist, sondern von der Last abhängt. Das soll die angegebene Schaltung (weitgehend) vermeiden.
Am (+)Eingang des OPV liegt die Sollspannung an, am (-)Eingang des OPV ist die Ist-Spannung. Wenn die Ist-Spannung kleiner als die Sollspannung ist, erhöht das die Spannung am Ausgang des OPV. Der obere wird dann niederohmiger, so dass sich die Ist-Spannung erhöht.
Viele Grüße
Michael
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 13. Jul 2015 19:45 Titel: |
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Danke, das hab ich nun alles verstanden.
Die letzte Frage :),
Kann ich denn mit einem Labornetzgerät den Massebezugspunkt in einer Schaltung beliebig legen?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 13. Jul 2015 20:00 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Kann ich denn mit einem Labornetzgerät den Massebezugspunkt in einer Schaltung beliebig legen? |
das kommt darauf an.
Manche Labornetzgeräte haben am blauen Anschluss die Gehäusemasse bzw. Erde, d. h. das Potential des Schutzleiters, angeschlossen. Mit solchen Geräten funktioniert Dein Anliegen nicht*.
Bei den meisten Labornetzteilen kann man diese Verbindung aber trennen bzw. sie ist gar nicht erst da, weil die Ausgangsspannungen beispielsweise mithilfe eines Transformators oder Schaltnetzteils realisiert werden. Dann bist Du bei der Definition Deiner Schaltungsmasse relativ frei und kannst sie ungefähr so verwenden wie eine Batterie.
Die meisten Geräte dürften aber in ihren Datenblättern irgendwelche Maximalspannungen angeben, die gegenüber der Erde nicht überschritten werden dürfen. Das ist meist schon aus Gründen des Personenschutzes geboten. (Beispiel: Mit einer Reihenschaltung von mehreren Labornetzteilen lassen sich Gleichspannungen erzeugen, die deutlich höher als die für Labornetzteile üblichen 32V sind. Das ist technisch möglich, aber aus Sicherheitsgründen für die Laborarbeit bedenklich.)
Viele Grüße
Michael
* Das gleiche Problem stellt sich ja auch bei den meisten Oszilloskopen. Der Außenleiter des Koaxkabels ist dabei leitend mit dem Schutzleiter verbunden. Wenn Du dann "irgendwo in der Schaltung" eine Potentialdifferenz messen willst (die Spannung zwischen Außenleiter und Innenleiter des Koaxialkabels), kann es gut sein, dass Du einen Kurzschluss produzierst oder die Schaltung anderweitig durch den Masseanschluss störst. Spannungsdifferenzen misst man daher meist mit zwei Oszilloskopanschlüssen.
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 13. Jul 2015 23:09 Titel: |
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Hallo,
Ja, sieht so aus. Da steht ja schließlich das Erdungssymbol dran.
Du kannst ja mal mit einem Multimeter den Widerstand vom grünen Anschluss zum Schutzleiter in der Nachbarsteckdose messen. Da müsste ungefähr 0 Ohm rauskommen. Im Gegenzug kannst Du dann den Widerstand des roten und blauen Anschlusses gegen den Schutzleiter messen. Da würde ich Werte im MOhm-Bereich erwarten -- auch, wenn das Gerät angeschaltet ist.
| Zitat: | | Den hab ich bisher nicht verwendet. Kann ich mit diesem einen beliebigen Massebezugspunkt herstellen? |
Es gibt einen Unterschied zwischen Erdung und Masse.
- Eine Erdung stellt eine niederohmige Verbindung zur Erde her. Bei Geräten mit Metallgehäuse ist eine niederohmige Verbindung des Gehäuses mit der Erde manchmal unbedingt erforderlich (siehe Schutzklasse I); dann natürlich nicht über ein Labornetzteil, sondern direkt über das Stromkabel:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzklasse_%28Elektrotechnik%29#Schutzklasse_I_.2F_Schutzleiter
Bei solchen Geräten trifft man dann auch spezielle Vorkehrungen, dass die Erdverbindung beim Einstecken des Stromversorgungskabels als erstes hergestellt wird, und der Widerstand gegen die Erde darf bestimmte Werte nicht überschreiten.
- Die Masse ist ein Bezugspunkt für Spannungen in einer Schaltung. Das ist zunächst mal nur eine Definition. Praktisch wird die Schaltungsmasse oft, aber eben nicht immer, mit der Erde verbunden. Bei batteriebetriebenen Schaltungen wie z. B. der Fernbedienung eines Fernsehers oder bei einem Handy ist die Erdverbindung praktisch gar nicht möglich, da das Gerät mobil funktionieren soll. Eine Schaltungsmasse wird trotzdem definiert.
Zum Thema symmetrische Spannungsversorgung: Du benutzt im Labor normalerweise zwei solche Netzteile, um eine ordentliche symmetrische Spannungsversorgung herzustellen.
Netzteil 1: roter Anschluss ist positive Spannung
Netzteil 1: schwarzer Anschluss wird mit rotem Anschluss von Netzteil 2 verbunden (=Schaltungsmasse)
Netzteil 2: roter Anschluss wird mit schwarzem Anschluss von Netzteil 1 verbunden (=Schaltungsmasse)
Netzteil 2: schwarzer Anschluss ist die negative Spannung
Ob die Schaltungsmasse auch eine Erdverbindung ist, hängt davon ab, ob Du die Schaltungsmasse (z. B. über den grünen Anschluss) mit der Erde verbindest.
Viele Grüße
Michael
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 14. Jul 2015 04:44 Titel: |
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Hallo Michael,
danke für den ausführlichen Beitrag.
| Zitat: | Netzteil 1: roter Anschluss ist positive Spannung
Netzteil 1: schwarzer Anschluss wird mit rotem Anschluss von Netzteil 2 verbunden (=Schaltungsmasse)
Netzteil 2: roter Anschluss wird mit schwarzem Anschluss von Netzteil 1 verbunden (=Schaltungsmasse)
Netzteil 2: schwarzer Anschluss ist die negative Spannung |
Das haben wir im Praktikum an der FH gemacht als wir mit Operationsverstärkern gearbeitet haben. Eine Sache die ich noch nicht verstanden habe: Kann ich nun mit meinem "Massebezugspunkt" der hier bei Minus liegt, nun eine bipolare Spannungsversorgung dieser Art herstellen? (Bild) Wenn ja, weiß ich wirklich nicht wie ich das anschließen soll. Minus ist doch an meinem Labornetzgerät Massenbezugspunkt. Wenn ich den Bezugspunkt in die Mitte lege, wie realisiere ich dann den unteren Pfad?
Ich hab immer noch nicht so richtig verstanden, wie ich mir diese neue Masse da einbaue.
| Beschreibung: |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 14. Jul 2015 12:37 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | Eine Sache die ich noch nicht verstanden habe: Kann ich nun mit meinem "Massebezugspunkt" der hier bei Minus liegt, nun eine bipolare Spannungsversorgung dieser Art herstellen? (Bild) |
Zunächst: Bei Laborarbeiten solltest Du, wenn kein wichtiger Grund dagegenspricht, eine symmetrische Spannungsversorgung immer mit zwei Netzteilen herstellen. Ein wichtiger Grund wäre, dass Du ein batteriebetriebenes Gerät bauen willst und die Funktionsfähigkeit der Schaltung testest.
Nun zur Frage:
Ich gehe davon aus, dass bei Dir der schwarze Pin nicht mit der Erde verbunden ist. Dann würde ich die Schaltung so vornehmen:
Rot: oberer Pin der Spannungsquelle
Schwarz: unterer Pin der Spannungsquelle
Grün: eingezeichnete Masse (zwischen den beiden Widerständen)
Nun musst Du aber durch das Schaltungsdesign noch sicherstellen, dass die Potentiale vom roten und schwarzen Pin gegenüber dem Erdpotential stabil sind. Das sind sie nämlich nicht automatisch.
In Deiner allerersten Schaltung sahen die getroffenen Vorkehrungen vernünftig aus.
Viele Grüße
Michael
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 14. Jul 2015 17:10 Titel: |
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Hallo Michael, wie meinst du das mit der Stabilität?
Eine andere Frage hab ich auch noch. Ich hab immer noch nicht verstanden, ob Masse einfach nur eine Definition von 0 V ist, oder ob das Labornetzgerät es tatsächlich so regelt und diese bestimmte Stelle auf 0V Potenzial hält (wenn ich länger darüber nachdenke, dann kann das doch gar nicht sein, ein Potenzial brauch doch immer einen Bezug, in Bezug auf sich selbst müsste alles 0 V sein). Könntest du mir das vllt erklären? Die praktische Elektronik macht mir ein wenig zu schaffen.
Edit:
Du hattest mir ja oben gesagt, das Masse von mir selbst definiert wird. Wenn ich jetzt einfach diesen billigen Spannunsteiler mit den Widerständen nehme, und die negative Versorgungsspannung für den OPV an GND abgreife (also ganz normal unten am Minus-Pol), dann hätte er ja bezüglich des Mittelpunkts eine negative Spannung, da das Potential zwischen den beiden Widerständen höher ist als am Minus Pol. Das müsste doch auch funktionieren, oder? Dann müsste ich ja mein GND garnicht zwischen die beiden Widerstände legen.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 14. Jul 2015 19:11 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | Hallo Michael, wie meinst du das mit der Stabilität?
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die Spannungsquelle mit der Beschriftung  stellt sicher, dass zwischen der oberen und unteren Klemme der Spannungsquelle eine Potentialdifferenz von herrscht. Genau das gleiche macht eine Batterie. Die Spannungsquelle sichert aber nur die Differenz der Potentiale ab, nicht das absolute Potential gegen die beschriebene Masse.
Nehmen wir an, dass  ist. Dann kann am oberen Punkt der Spannungsquelle ein Potential von +5V gegen die eingezeichnete Masse und am unteren -5V herrschen. So ist das ja in den meisten Fällen gemeint. Je nachdem, wie die restliche Schaltung aussieht (die Schaltung ist ja nicht komplett) kann aber oben auch 200V und unten 190V sein oder oben -180V und unten -190V.
Mit der restlichen Beschaltung musst Du also sicherstellen, dass das absolute elektrische Potential genau so groß ist, wie Du es gerne hättest.
| Zitat: | Eine andere Frage hab ich auch noch. Ich hab immer noch nicht verstanden, ob Masse einfach nur eine Definition von 0 V ist, oder ob das Labornetzgerät es tatsächlich so regelt und diese bestimmte Stelle auf 0V Potenzial hält (wenn ich länger darüber nachdenke, dann kann das doch gar nicht sein, ein Potenzial brauch doch immer einen Bezug, in Bezug auf sich selbst müsste alles 0 V sein).
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Das Labornetzgerät sorgt dafür, dass zwischen dem roten und schwarzen Anschluss die eingestellte Potentialdifferenz herrscht und es stellt über den grünen Anschluss eine gut leitende Verbindung zur Erde her, so dass der grüne Anschluss in guter Näherung Erdpotential hat.
| Zitat: |
Du hattest mir ja oben gesagt, das Masse von mir selbst definiert wird. Wenn ich jetzt einfach diesen billigen Spannunsteiler mit den Widerständen nehme, und die negative Versorgungsspannung für den OPV an GND abgreife (also ganz normal unten am Minus-Pol),
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Moment, jetzt geht es ganz durcheinander. Der Minuspol ist nicht das gleiche wie GND. GND (Ground) ist das gleiche wie Masse. Und in der Schaltung ist der mittlere Punkt zwischen den beiden Widerständen als Masse gekennzeichnet. Da steht schließlich das Massesymbol.
https://de.wikipedia.org/wiki/Masse_%28Elektronik%29
| Zitat: |
dann hätte er ja bezüglich des Mittelpunkts eine negative Spannung, da das Potential zwischen den beiden Widerständen höher ist als am Minus Pol. Das müsste doch auch funktionieren, oder? |
Der untere (schwarze) Punkt hat gegenüber dem Mittelpunkt (GND) ein negatives Potential. Die Spannung zwischen dem Mittelpunkt und dem unteren Punkt (Pfeil zeigt auf den unteren Punkt) ist positiv.
Viele Grüße
Michael
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 14. Jul 2015 19:32 Titel: |
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Das alles ging jetzt tatsächlich etwas durcheinander, ich glaube aber, dass ich da langsam durchsteige, da ich ein elementares Verständnisproblem hatte:
Der GND-Anschluss (Grün) ist ja nicht Pflicht, er ist ja lediglich für die Schutzerdung gedacht. Du hattest mir ja selber gesagt, dass man sich den Massebezugspunkt in der Schaltung aussuchen kann.
Wenn ich nun einen ganz einfachen Spannungsteiler beschalte und den OP so versorge, dann müsste es doch eigentlich auch funktionieren, da die Mitte der beiden Widerstände für den OP doch wie eine virtuelle Masse wirkt (ohne dort Erdpotenzial zu realisieren). Ist das richtig?
PS.: Sorry, für die Verwirrung die ich hier bereitet habe. Ich glaube, dass ich mich mit dem Potenzialbegriff und Masse / Erdung nochmal intensiv beschäftigen muss.
| Beschreibung: |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 14. Jul 2015 19:45 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | Das alles ging jetzt tatsächlich etwas durcheinander, ich glaube aber, dass ich da langsam durchsteige, da ich ein elementares Verständnisproblem hatte:
Der GND-Anschluss (Grün) ist ja nicht Pflicht, er ist ja lediglich für die Schutzerdung gedacht.
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Genau. Du brauchst ihn nicht. Du behältst aber beim Entwerfen von Schaltungen natürlich schon im Kopf, wo möglicherweise später ein Erdpotential anliegt.
Wenn Du Dich eindeutig ausdrücken willst, kannst Du die Erdung im Englischen mit "earth ground" bezeichnen (im Gegensatz etwa zu: signal ground).
| Zitat: |
Du hattest mir ja selber gesagt, dass man sich den Massebezugspunkt in der Schaltung aussuchen kann.
Wenn ich nun einen ganz einfachen Spannungsteiler beschalte und den OP so versorge, dann müsste es doch eigentlich auch funktionieren, da die Mitte der beiden Widerstände für den OP doch wie eine virtuelle Masse wirkt (ohne dort Erdpotenzial zu realisieren). Ist das richtig?
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Ja, der OPV funktioniert in der angegebenen Schaltung. Du musst praktisch dann aber darauf achten, dass Deine Eingangssignale am OPV möglichst auch zwischen GND und Uq liegen. Auch die Ausgangsspannungen können nicht außerhalb dieses Bereichs liegen.
Mit dem Begrif "virtuelle Masse" musst Du aufpassen. Dieser Begriff ist im Zusammenhang mit einem OPV schon für was anderes vergeben.
In analogen OPV-Schaltungen, bei denen der (+)Eingang des OPV mit GND [und der Ausgang über einen Widerstand mit dem (-)Eingang] verbunden ist, bezeichnet man den (-)Eingang des OPV als virtuelle Masse. Man bezeichnet den (-)Eingang als Masse, weil der OPV dafür sorgt, dass dort 0V anliegen. Die Masse ist virtuell, da sie über den OPV geregelt wurde.
Viele Grüße
Michael
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 14. Jul 2015 19:54 Titel: |
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ML war schneller.
@Pfirsichmensch: Du musst dich wahrscheinlich noch von der Vorstellung frei machen, dass ein Operationsverstärker "irgendwie weiß", wo Masse ist. Er hat lediglich eine +/- Versorgung und zwei Eingänge. Durch entsprechende Gegenkopplung bekommst du dann eine Ausgangsspannung, die sich so einstellt, dass U(+)=U(-) wird (jedenfalls solange du den erlaubten Bereich nicht verlässt).
Wo/wie du Masse definierst ist reine Definition.
Üblicherweise wird eine VGND erzeugt, indem man den Spannungsteilerabgriff an den (+) gibst, und den Ausgang mit (-) verbindest: Impedanzwandler, nicht invertierender Verstärker
_________________
Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 14. Jul 2015 20:08 Titel: |
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Dann bin ich jetzt schonmal nen großes Stück weiter ..
Dann würde der OPV am Eingang für die negative Versorgungsspannung mit -Uq/2 gespeist, ist das richtig? Folglich müssten doch Eingangsspannungen zwischen Uq/2 und -Uq/2 dann möglich sein, sowie die Ausgangsspannungen, oder nicht 
| Zitat: | | Du musst praktisch dann aber darauf achten, dass Deine Eingangssignale am OPV möglichst auch zwischen GND und Uq liegen. Auch die Ausgangsspannungen können nicht außerhalb dieses Bereichs liegen. |
Edit: Hallo schnudl,
meinst du vielleicht diese Beschaltung?
http://www.dieelektronikerseite.de/Pics/Lections/Symmetrische%20Spannungsversorgung%20S01.GIF
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 14. Jul 2015 20:56 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Dann würde der OPV am Eingang für die negative Versorgungsspannung mit -Uq/2 gespeist, ist das richtig?
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Das ist für Lehrbuchschaltungen der Normalfall. Wenn Du erste OPV-Schaltungen selbst aufbaust, würde ich Dir unbedingt raten, nicht davon abzuweichen und die OPV im ersten Schritt symmetrisch zu versorgen. Viele fortgeschrittene Schaltungen weichen dann letztlich aber doch wieder von dieser Regel ab. Das ist aber der zweite Schritt beim Lernen.
| Zitat: |
Folglich müssten doch Eingangsspannungen zwischen Uq/2 und -Uq/2 dann möglich sein, sowie die Ausgangsspannungen, oder nicht
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Als ungefährer Richtwert ja. Bei einer konkreten Schaltung muss man trotzdem im Datenblatt nachlesen.
Bei den meisten OPV darfst Du die Eingangsspannung bis zu den "Rails" (das sind die Potentialgrenzen, die durch die pos. und neg. Spannungsversorgung am OPV definiert werden) aussteuern*.
Bei der Ausgangsspannung wirst Du viele OPV finden, deren Ausgangsspannung nicht ganz bis zu den Rails gehen, sondern beispielsweise von (-Ucc+1,5V) bis (+UCC-1,5V) . Im Gegensatz dazu können die sog. "Rail-to-Rail"-OPV können Ausgangsspannungen erzeugen, die teils bis auf wenige mV an die Rails heranreichen.
Hier ein Beispiel für einen Nicht-Rail-to-Rail-OPV:
http://www.ti.com/product/tl072
Schau Dir im Datenblatt unter Punkt 6.6 (Versorgung mit +/- 15V) den "Maximum peak output voltage swing" an.
Viele Grüße
Michael
* Viel mehr ist meist nicht möglich, da oft Schutzdioden eingebaut sind, die gegen die Rails geschaltet sind.
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 14. Jul 2015 21:32 Titel: |
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ja und nein, da die Transistoren lediglich zur Erhöhung des maximal möglichen Ausgangsstroms dienen - sie "verlängern" quasi den bloß den Ausgangstreiber des OPs um eine zusätzliche Stufe.
Es würde aber auch so funktionieren, wenn man nicht zuviel Strom entnimmt:
| Beschreibung: |
| http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html |
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 15. Jul 2015 05:11 Titel: |
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Danke euch beiden für die Antworten,
@ ML:
In Lehrbüchern wird tatsächlich immer nur mit symmetrischen Versorgungsspannungen gearbeitet, aber was ich meinte ist, dass der OPV in dem gezeichneten Fall nun an der negativen Versorgungsspannung mit -Uq/2 versorgt wird, ist das richtig?
http://www.physikerboard.de/files/op_128.jpg
Im Tietze-Schenk steht, dass diese symmetrische Spannung dafür verwendet wird, damit Ausgangsruhepotentiale von 0 V möglich sind. Was genau ist damit gemeint?
@ schnudl, das ist doch ein ganz normaler Single-Supply-Betrieb oder nicht? Auf der Seite steht auch was mit Virtual Ground. Die Schaltungen sehen für mich aber ganz normal aus auf den ersten Blick ... nur das der OP mit einer Spannung versorgt wird.
und wieso setzt man bei manchen Quellen Kondensatoren dahin?
http://i.stack.imgur.com/M47w4.png
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 15. Jul 2015 08:19 Titel: |
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| Zitat: | @ schnudl, das ist doch ein ganz normaler Single-Supply-Betrieb oder nicht? Auf der Seite steht auch was mit Virtual Ground. Die Schaltungen sehen für mich aber ganz normal aus auf den ersten Blick ... nur das der OP mit einer Spannung versorgt wird.
und wieso setzt man bei manchen Quellen Kondensatoren dahin?
http://i.stack.imgur.com/M47w4.png |
Damit man im DC-Arbeitspunkt, der durch die beiden Widerstände gegeben ist, genügend Strom für etwaige Wechselsignale entnehmen kann. Die Kondensatoren sind für höhere Frequenzen ja niederohmig. Man kann die Kapazitäten auch als "Stützkondensatoren" betrachten, die kurze Lastspitzen einigermaßen überbrücken können, ohne dass die Spannung einbricht.
Zur ersten Frage (eigentlich am ML):
Der OP wird mit +Uq/2 und -Uq/2 versorgt, wenn du die Masse so annimmst, wie eingezeichnet. Der OP weiß aber nichts davon: wie schon gesagt, sieht er lediglich einen Bereich, der von der unteren Rail zur oberen Rail erstreckt, und das ist Uq. Im Bereich dazwischen kann er bis auf die einzuhaltenden Grenzen ausgesteuert werden. Man sieht die Irrelevanz der Masse für einen OP schon alleine daran, dass er keinen expliziten Masseanschluss hat. Aber ich gebe zu, dass mir diese Sicht Jahre gekostet hat, und ich zu Beginn die gleichen "Probleme" hatte wie du. Der "Masse" kommt hier keine weitere Bedeutung zu als dass sie eben ein willkürlicher Bezugspunkt ist...
_________________
Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 15. Jul 2015 09:03 Titel: |
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Die Sache mit dem OP bereitet mir wirklich Kopfschmerzen! Aber so langsam komm ich da rein ...
Sorry, dass ich dich / euch nochmal frage, aber ich möchte sicher gehen, dass ich das einigermaßen begriffen habe:
Im Bild (Fall 1),
hab ich unten die Minusklemme nun als Masse definiert. Somit beträgt das Potenzial zwischen den beiden Widerständen 0.5*Uq. Das Potenzial zwischen den beiden Widerständen ist größer als am negativen Versorgungsspannungseingang des OPVs.
Im Bild (Fall 2),
hab ich den Mittelpunkt der beiden Widerstände als Masse definiert. Da dort eine Spannung von 0.5*Uq abfällt und ich die Mitte auf Masse gelegt habe (dort also Bezugspotential von 0V herrscht) muss das Potenzial am negativen Versorgungsspannungseingang des OPVs negativ sein. Das Potenzial am Versorgungsspannungseingang des OPVs ist somit wieder kleiner, wie im Fall 1.
So kann ich mir das jetzt erklären, dass der OPV nichts von der Masse mitbekommt, weil in beiden Fällen das Potenzial am negativen Versorgungsspannungseingang kleiner ist. Ist dies korrekt?
Bei einer Sache hab ich aber noch Verständnisprobleme. Du sagst ja, dass der OP lediglich die Versorgungsspannung "Uq" sieht.
| Zitat: | | Der OP weiß aber nichts davon: wie schon gesagt, sieht er lediglich einen Bereich, der von der unteren Rail zur oberen Rail erstreckt, und das ist Uq. Im Bereich dazwischen kann er bis auf die einzuhaltenden Grenzen ausgesteuert werden. |
Wie meinst du das im Bereich dazwischen? Der OP müsste doch jetzt Ausgangsspannungen annehmen können die fast an +Uq/2 oder -Uq/2 reichen.
Wenn es ein Single-Supply-OP wäre, dann hätte ich das ganze mit den Widerständen gar nicht gemacht, sondern negative Versorgungsspannung auf Masse legen und positive Versorgungsspannung mit Uq.
| Beschreibung: |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 15. Jul 2015 13:16 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Im Bild (Fall 1),
hab ich unten die Minusklemme nun als Masse definiert. Somit beträgt das Potenzial zwischen den beiden Widerständen 0.5*Uq. Das Potenzial zwischen den beiden Widerständen ist größer als am negativen Versorgungsspannungseingang des OPVs.
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Stimmt soweit.
| Zitat: |
Im Bild (Fall 2),
hab ich den Mittelpunkt der beiden Widerstände als Masse definiert. Da dort eine Spannung von 0.5*Uq abfällt und ich die Mitte auf Masse gelegt habe (dort also Bezugspotential von 0V herrscht) muss das Potenzial am negativen Versorgungsspannungseingang des OPVs negativ sein. Das Potenzial am Versorgungsspannungseingang des OPVs ist somit wieder kleiner, wie im Fall 1.
So kann ich mir das jetzt erklären, dass der OPV nichts von der Masse mitbekommt, weil in beiden Fällen das Potenzial am negativen Versorgungsspannungseingang kleiner ist. Ist dies korrekt?
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Ja, in beiden Fällen ist das Potential am neg. (Spannungs-)Versorgungspin des OPV kleiner als zwischen den beiden Widerständen.
Vielleicht hilft Dir ja folgende Vorstellung:
Im Grunde funktioniert ein OPV ja so, dass er den Ausgangspin über Transistoren, Dioden und Widerstände irgendwie (als Funktion der Differenzspannung zwischen den Eingangspins) mit den Versorgungspins (pos.+neg. Spannungsversorgung) verbindet.
- Wenn der OPV den Ausgang gut leitfähig mit dem positiven Versorgungspin verbindet, hat der Ausgang das Potential vom positiven Versorgungspin*.
- Wenn der OPV den Ausgang gut leitfähig mit dem negativen Versorgungspin verbindet, hat er Ausgang das Potential vom negativen Versorgungspin*.
- Alle Zwischenwerte sind auch möglich, wenn der Ausgang mehr oder weniger gut mit einem der Versorgungspins verbunden wird.
An der Beschreibung siehst Du: Die Funktionsweise des OPV hat zunächst nichts mit Masse- oder Erdverbindungen zu tun. Der Bezug zur Masse wird erst an der Stelle wichtig, wo Du am Eingang (massebezogene) Signale einspeist oder am Ausgang massebzogene Signale erhalten willst.
| Zitat: |
Wie meinst du das im Bereich dazwischen? Der OP müsste doch jetzt Ausgangsspannungen annehmen können die fast an +Uq/2 oder -Uq/2 reichen.
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Genau. So war das sicher auch gemeint.
Viele Grüße
Michael
* Abweichungen sind möglich, da in der leitfähigen Verbindung innerhalb des OPV Diodenflussspannungen, Transistor-Sättigungsspannungen u. ä. liegen können. Deshalb kommt die Ausgangsspannung bei einem Standard-OPV nicht ganz bis an die Rails heran.
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 15. Jul 2015 13:58 Titel: |
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Vielen Dank ML, jetzt hab ich es wirklich begriffen.
Ich möchte nicht unnötig vom eigentlichen Thema abdriften, aber eine Sache würde ich noch gerne verstehen, bezogen auf die "Stützkondensatoren". Zum Abschluss des Threads 
http://i.stack.imgur.com/M47w4.png
| Zitat: | | Damit man im DC-Arbeitspunkt, der durch die beiden Widerstände gegeben ist, genügend Strom für etwaige Wechselsignale entnehmen kann. Die Kondensatoren sind für höhere Frequenzen ja niederohmig. Man kann die Kapazitäten auch als "Stützkondensatoren" betrachten, die kurze Lastspitzen einigermaßen überbrücken können, ohne dass die Spannung einbricht. |
Ich versteh nicht wieso du die Niederohmigkeit für höhere Frequenzen erwähnt hast. Die Quelle ist doch eine reine Gleichstromquelle. Wenn nun durch stark schwankenende Wechselstromsignale am Eingang des OPs Stromspitzen im Versorgungsstromkreis entstehen, dann müsste doch im Versorgungsstromkreis durch die Leitungsinduktivität der Strom am Anfang sehr stark gehemmt werden, weil sich der Strom plötzlich ändert (L stellt Unterbrechung dar), sodass die Kondensatoren nicht mehr mit der Quelle verbunden sind und durch Entladung den Strom zur Verfügung stellen. So versteh ich das auf den ersten Blick, ist das falsch?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 15. Jul 2015 19:52 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | Ich möchte nicht unnötig vom eigentlichen Thema abdriften, aber eine Sache würde ich noch gerne verstehen, bezogen auf die "Stützkondensatoren". Zum Abschluss des Threads
http://i.stack.imgur.com/M47w4.png |
Für Spezialanwendungen, bei denen man die auftretenden Lasten genau kennt, mag die o. g. Schaltung aus Kostengründen angebracht sein. Für einen flexiblen Laboraufbau oder für Prototypenschaltungen ist das aber Murks. Hier sollte man eine echte symmetrische Spannungsversorgung spendieren.
Das Problem bei dieser Spannungsversorgung tritt auf, wenn Du die beiden 4,5V-Anschlüsse rechts unsymmetrisch belastest. Stell Dir vor, dass Du bei der Schaltung bei der oberen 4,5V-Quelle einen 100-Ohm-Widerstand anschließt und bei der unteren einen Leerlauf lässt. Dann bekommt die obere Quelle die Spannung ca. 9mV und die untere den Rest (ca. 8,99V). Das ist das eigentliche Problem dieser hingebastelten symmetrischen Versorgungen.
Auch der OPV kann für die Spannungsquelle eine unsymmetrische Last darstellen. Die Kondensatoren stabilisieren die Spannung in einem solchen Fall jedoch zumindest kurzzeitig.
In der beigefügten Datei ist ein Beispiel für eine Verstärkerschaltung mit Single-Supply. Du siehst an der Scchaltung beispielhaft, dass man auch mit ganz normalen "Bordmitteln" die Notwendigkeit für eine symmetrische Spannungsversorgung umgehen kann. Beachte die Hochpässe am Ein- und Ausgang. Hier ist das zugehörige Simulationsprogramm LTSpice:
http://www.linear.com/designtools/software/
Viele Grüße
Michael
| Beschreibung: |
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Download |
| Dateiname: |
Verstärkerschaltung_Single-Supply.zip |
| Dateigröße: |
726 Bytes |
| Heruntergeladen: |
335 mal |
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 15. Jul 2015 21:53 Titel: |
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Danke ML,
aber ich verstehe immer noch nicht wie diese Stabilisierung zustande kommt. Ich erkenn an dem Gleichstromkreis den "wechselstrommäßigen Zusammenhang" nicht.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3405
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| ML Verfasst am: 16. Jul 2015 16:35 Titel: |
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Hallo,
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
aber ich verstehe immer noch nicht wie diese Stabilisierung zustande kommt. Ich erkenn an dem Gleichstromkreis den "wechselstrommäßigen Zusammenhang" nicht. |
Der OPV zieht, abhängig von den Eingangssignalen, einen Wechselstrom. Die Stützkondensatoren verlangsamen dabei das Zusammenbrechen der Spannungsversorgung. Die Spannungsversorgung kann erst zusammenbrechen, wenn die Ladungen aus dem Kondensators abgeflossen sind. Bei einer hohen Kapazität kann das eine Weile dauern.
Für hohe Frequenzen kannst Du Dir einen geladenen Kondensator (der eine ausreichend große Resonanzfrequenz hat, d. h. dessen Impedanz bei der gegebenen Frequenz durch die kapazitiven Eignschaften dominiert werden) als Spannungsquelle mit niedrigem Innenwiderstand vorstellen.
Viele Grüße
Michael
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 17. Jul 2015 10:43 Titel: |
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Vielen Dank Michael
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