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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Elektrometerverstärker (Schaltung)


Autor: Darthmatch (Gast)
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Hi,

ich habe von so nem Experementierboard noch nen FTDI-Chip Zuhause 
rumliegen. Da ich ziemlich besessen bin von Lüftersteuerungen und zu 
faul um an einem Regler zu drehen der die Geschwindigkeit einstellt habe 
ich mir mal überlegt ne regelbare 4 Kanal Transistor Lüftersteurung für 
den Pc zu bauen.

Mein Problem liegt aber bei der Verstärkung von 0-5V auf 0-12V. Da ich 
nicht so viel Ahnung von Operationsverstärkern und Transistoren habe 
(den wiederspruch eine Transistor Lüftersterung zu bauen sehe ich selbst 
:D) habe ich mir einfach mal nen Paar 324 bzw 741 bestellt und mir die 
Crocodile Physics Demo geladen. Um meine Schaltung zu bauen habe ich 
dann auch google zur Hilfe gezogen und fand prompt Wikipedia ;). Also 
habe ich die Schaltung des Nichtinvertierender Verstärkers 
(Elektrometerverstärker) in Crocodile nachgebaut. Leider bin ich ein 
bisschen Hilflos was den Begriff Positive Supply bzw auf Deutsch 
Nichtinvertierter Eingang angeht.

Laut der Formel von Wikipedia ist die Verstärkung 1+(R2/R1) also brauche 
ich z.B 140 Ohm für R2 und für R1 100, um von 5V auf 12 V mit einer 
Verstärkung von 2,4 zu kommen.

Bei Crocodile krieg ich diese Schaltung leider nicht zum laufen da ich 
mit dem Begriff "Nichtinvertierter" Eingang nicht weiß umzugehen. Was 
muss ich also tun damit diese Schaltung so hinkriege das ich sie auch 
real nachbauen kann.

Grüße Darthmatch

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo Darthmatch,
der 741 ist wirklich nicht tot zu bekommen. Er dürfte aber für Deine 
Zwecke genügen. Du kannst aber sicher nicht mit dem OP den Lüfter direkt 
ansteuern. Ich hab das Datenblatt nicht vorliegen, aber mehr als 20-30mA 
wird der 741 nicht liefern. Also musst Du einen Transistor nachschalten. 
Ich würde sagen, als Emitterfolger. Siehe Wicki. So, bei 12V und 100+140 
Ohm kommst Du auf 50mA. Damit legst Du den 741 flach. Nimm die Werte mal 
10 oder 20. Das passt besser. Im Datenblatt steht auch etwas zu den Pins 
des IC. + ist der positive, nicht invertierende Eingang. - der negative, 
invertierende Eingang. Positive Supply ist die postive 
Versorgungsspannung, hier die 12V. Ich glaube der 741 hat +UB und -UB. 
Dann müsstest Du -UB auf Masse, OV legen. R1 soll ja vermutlich auf 0V 
gehen. Da Du keine symetrische Spannungsversorgung hast, solltest Du 
mittels niederohmigen Spannungsteiler von +12V zu 0V eine passende 
Mitten-Spannung erzeugen. Geht der +Eingang über die Mitten-Spannung, so 
wird der 741 ein positives Signal erzeugen. Anders geht er schnell gegen 
0V.
Gruss Klaus

Autor: Darthmatch (Gast)
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Hallo,

ersteinmal danke für die Antwort.

Leider habe ich das mit dem Emitterverfolger noch nicht ganz verstanden.
Ich habe mir zwar den Artikel im Wiki rausgesucht allerdings verstehe 
ich die Funktion der Wiederstände in der Schaltung noch 
nicht.(http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor).

Hier die "Zeichnung":

Vcc/+ o-----+---------------+
            |               |
           | |              |
   R_Basis | |              |
           |_|              |
            |             |/
            +-------------|    NPN
            |             |>
           | |              |
    R_Poti | |              |
           |_|              |
            |        _    +-----o U_Last
GND/- o-----+-------|___|---+
                    R_Last

Außerdem kann ich mit dem Begriff UB+ bzw. UB- nichts anfangen aber ich 
denke da steh ich nur auf dem Schlauch.

Die Funktion des Spannungsteilers habe ich zwar verstanden aber wie ich 
ihn in einer Schaltung anwenden soll ist mir leider noch unklar.

Aus deinem Post schließe ich jetzt erstmal das das die Wiederstände 
aufgrund der zu hohen Stromstärke auf 1k-2k bzw. 1,4k-2,8k Ohm erhöht 
werden müssen. Der +Eingang mit einem Spannungsteiler von 0V und 12V 
versorgt werden muss.

Was ist mit -Offset NULL bzw. +Offset NULL? Was das ist weiß ich zwar 
mittlerweile aber was macht man mit den Pins?

Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe kriegt der Op eine 
Versorgungsspannung von 12V damit er auf diese Verstärkt? Und das ist 
dann auch der in Crocodile angegebene Nichtinvertierte Eingang? Das habe 
ich leider in deinem Post nicht ganz verstanden.

An -Input muss dann Masse und an +Input die 0-5V des FTDI chips.

Im Datenblatt sind noch 3 Pins mit NC. Sind das nicht verbundene Pins 
(Noz Connected) oder welche Funktion habe sie.


Grüße Darthmatch

Autor: yalu (Gast)
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Darthmatch schrieb:

> Leider habe ich das mit dem Emitterverfolger noch nicht ganz
> verstanden. Ich habe mir zwar den Artikel im Wiki rausgesucht
> allerdings verstehe ich die Funktion der Wiederstände in der Schaltung
> noch nicht.

Dei beiden Widerstände R_Basis und R_Poti gehören nicht zum Emitterfol-
ger selbst, sondern erzeugen zur Demonstration der Schaltung eine vari-
able Spannung an der Basis des Transistors. Diese Spannung kommt in
deinem Fall aber vom Operationsverstärker, also brauchst du die Wider-
stände nicht.

> Außerdem kann ich mit dem Begriff UB+ bzw. UB- nichts anfangen aber
> ich denke da steh ich nur auf dem Schlauch.

UB steht überlicherweise für die Betriebsspannung. Wird der Operations-
verstärker symmetrisch, also einer betragsmäßig gleich großen positiven
und negativen Betriebsspannung, hängt man eben noch ein + bzw. - an das
Kürzel an.

> Was ist mit -Offset NULL bzw. +Offset NULL? Was das ist weiß ich zwar
> mittlerweile aber was macht man mit den Pins?

Das sind die Anschüsse für die Offsetkompensation. Du brauchst sie erst,
wenn du verstanden hast, was bei einem Operationsverstärker die Offset-
spannung ist. Für den Anfang sind diese Anschlüsse unwichtig und können
offen gelassen werden.

> Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe kriegt der Op eine
> Versorgungsspannung von 12V damit er auf diese Verstärkt?

Die Versorgungsspannung muss mindestens so hoch sein wie die maximal
gewünschte Ausgangsspannung, bei den meisten Operationsverstärkern (wie
auch dem µA741 und dem LM324) sogar noch etwa 2V höher.

Ich habe eine Schaltung in den Anhang gestellt, die von 0-5V auf etwa
0-12V verstärkt und mit dem von Klaus Ra. vorgeschlagenen Emitterfolger
für einen höheren Ausgangsstrom sorgt.

Ich habe den LM324 (von dem du ja auch ein paar gekauft hast) genommen,
weil dieser eingangs- wie ausgangsseitig ab 0V funktioniert. Beim µA741
liegt die minimale Ein- und Ausgangsspannung irgendwo bei 2V, so dass du
den Motor nicht bis 0V hinunter steuern kannst.

Parallel zum Motor liegt eine Schottky-Diode, die beim Ausschalten des
Motors die in dessenn Spulen induzierte Spannung begrenzt, die sonst für
den Operationsverstärker schädlich sein könnte.

Die Versorgungsspannung ist 15V, damit nach Abzug der o.g. 2V des Opera-
tionsverstärkers und dem Spannungssabfall der Basis-Emitter-Strecke des
Transistors von etwa 0,7V noch mindestens die gewünschten 12V Ausgangs-
spannung übrig bleiben.

Wenn der Nennstrom des Motors größer als 200mA ist, sollte der Transis-
tor auf einen Kühlkörper montiert werden. Üblicherweise werden Motoren
nicht wie hier mit einer kontnuierlich veränderbaren Spannung, sondern
per Pulsweitenmodulation (PWM) betrieben, was den Transistor deutlich
weniger aufheizt. Wenn du aber etwas über Elektronik lernen möchtest und
nicht übermorgen schon die perfekte Lüftersteuerung fertig haben musst,
würde ich das Thema jetzt nicht wechseln und erst einmal bei der Steue-
rung mit dem Operationsverstärker bleiben.

> An -Input muss dann Masse und an +Input die 0-5V des FTDI chips.

Was ist das eigentlich für ein FTDI-Chip? Ich kenne keinen, an dem man
einen Ausgang stufenlos von 0V bis 5V einstellen kann.

Autor: Darthmatch (Gast)
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Hallo,

erstmal danke für die Antwort. Jetzt habe ich genau verstanden wie der 
Emitterfolger funktioniert. Ich habe deine Schaltung prompt mal in 
Crocodile nachgebaut und sie hat super funktioniert.


Den FTDI-Chip (FT232R) habe ich aus nem Experimentierboard, das was 
herauskommt ist allerdings ein regelbares PWM-Signal keine regelbare 
Spannung. Ob das direkt mit dem Op-Amp funktioniert weiß ich nicht. 
Vieleicht ist noch eine Glättung nötig. Da ich aber letzendlich eine 4 
Kanal Lüftersteurung bauen möchte werde ich wohl einen Atmel (welcher 
weiß ich noch nicht) zum Steuern des Op benötigen, da dieser teilweise 
(wenn ich mich nicht irre) mehrere PWM Signalausgänge bzw. D/A Wandler 
hat. Am FTDI-Chip habe ich aber wenn ich das richtig verstanden habe nur 
einen D/A Wandler an TxD.

Und ja ich gerne was über Elektronik lernen. Das ist eig auch das Ziel, 
denn eine 4-Kanal Lüftersteurung die man mit dem Pc steuern kann ist 
letztendlich nur ein Spielzeug.

Grüße Darthmatch

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