Mikrocontroller.net - Benutzerbeiträge [de]

Elektronik Allgemein

2007-03-16T14:06:55Z

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=== ausgewählte Artikel ===

* [[Absolute Beginner]]
* [[Operationsverstärker-Grundschaltungen]]
* [[Oszilloskop]]
* [[Pegelwandler]]
* [[SMD Löten]]
* [[Standardbauelemente]]
* [[Transistor als Schalter]]

=== Vergleichstabellen ===

* [[Dioden-Übersicht]]
* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[Transistor-Übersicht]]

Elektronik Allgemein

2007-03-16T14:06:10Z

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=== ausgewählte Artikel ===

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* [[Standardbauelemente]]
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=== Vergleichstabellen ===

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* [[Mosfet-Übersicht]]
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Elektronik Allgemein

2007-03-16T11:11:04Z

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Elektronik Allgemein

2007-03-16T11:10:16Z

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2007-03-16T10:45:11Z

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Datenblätter

2007-03-16T10:37:40Z

84.58.187.190:

==Links zu Datenblattsammlungen==

Hier kann man oft noch Datenblätter für alte Bauteile bekommen, die man auf den Herstellerseiten nicht mehr findet.
Diese Seiten sind auch hilfreich, wenn man nur noch die Typenbezeichnung hat und nicht mehr weiss, um was für ein Bauteil es sich handelt.

http://www.alldatasheet.com

http://www.datasheetarchive.com

http://www.datasheetcatalog.com

http://www.datasheetlocator.com/

http://www.datasheetdownload.com/

http://katalog.elektroda.net/
(Datenblätter gratis, Schaltpläne per SMS bezahlen)

http://www.datasheets.in/

http://www.semirim.com/main/services/research/datasheet/index.cgi?l=

http://www.kingswood-consulting.co.uk/giicm/
(Pinbelegung in Textdarstellung)

http://www.digchip.com/datasheets/parts.php
(Kurzdaten in Textform)

http://www.stud.fernuni-hagen.de/q3998142/pcchips/
(speziell zu PC-Chipsätzen)
----

Wenn man bei den oberen Links nichts gefunden hat:

http://www.digchip.com (kostenlose Anmeldung erforderlich - dafür Suchleiste möglich) Kategorienliste

http://www.partminer.com oder auch http://www.freetradezone.com
war früher kostenlos, hat sich leider geändert...

http://www.chipdocs.com leider auch nur gegen bares

http://icmaster.com/ Registrierung erforderlich

http://smartdata.usbid.com/default.asp

http://www.tds-net.com/

http://www.icxinyi.com/EN/yjsearch.php

http://www.sayal.com/index.asp

http://www.hkinventory.com/public/home.asp

http://www.ajpotts.fsnet.co.uk/ics.html

http://dragon.herts.ac.uk/facilities/stores/datasheets/

http://www.bluecount.com/
----

Auch viele Händler bieten zu ihren Produkten im Onlineshop Datenblätter an:

Conrad, Reichelt, Farnell, usw.

----
viele IC-Broker bieten Suchfunktionen, damit lassen sich zumindest Hersteller und genauere Typbezeichnungen ermitteln:

http://www.fibra-brandt.com/

http://www.hqew.com/en/

http://www.smithsemiconductor.com/

http://www.asiabid.net/map.cfm

http://www.worldpartsfinder.com/semiconductor/

http://www.electronicproducts.com/default.asp

http://www.gtcelectronics.com/

http://www.ultratechindustries.com/index.html

http://www.powerfind.net/partsearch.cfm

http://www.semi-tech-inc.com/aboutus.html

http://www.findchips.com/

http://electronicdirectory.com/

http://www.legendny.com/Legend_Stock/index.html

http://www.aattech.com/

http://www.abcsemiconductors.com/composants/recherche.phtml

http://www.nowcomponents.com/
----
Linksammlungen auf Hersteller-Datenblätter:

http://bgs.nu/sdw/a.html#

http://encyclopedia.thefreedictionary.com/Datasheet

http://www.embeddedlinks.com/chipdir/

http://cmpmedia.globalspec.com/ProductFinder/
----

[[Category:Grundlagen]]

Oszillator

2007-03-16T10:26:53Z

84.58.187.190:

Oszillatoren sind Schaltungen, die elektrische Schwingungen erzeugen.

== Schaltbilder ==

=== Meissner-Oszillator ===
[[Bild:Meissner-Oszillator.jpg|Meissner-Oszillator]]

=== RC-Oszillator ===
[[Bild:RC-Oszillator.jpg|RC-Oszillator]]

=== Quarz-Oszillator ===
[[Bild:Quarz-Oszillator.jpg|Quarz-Oszillator]]

=== Colpitts-Oszillator ===
[[Bild:Colpitts-Oszillator.jpg|Colpitts-Oszillator]]

=== Hartley-Oszillator ===
[[Bild:Hartley-Oszillator.jpg|Hartley-Oszillator]]

=== Huth-Kuehn-Oszillator ===
[[Bild:Huth-Kuehn-Oszillator.jpg|Huth-Kuehn-Oszillator]]

== Siehe auch ==
* [[Schaltungssimulation]]

== Weblinks ==
* [http://www.spicelab.de/oszillatoren.htm PSpice-Simulation von Oszillatoren] auf Robert Heinemanns PSPICE-Seiten

[[Category:Grundlagen]]

Halbleiter

2007-03-16T10:24:51Z

84.58.187.190:

== Eigenschaften ==

Halbleiter besitzen eine geringere Leitfähigkeit als normale Metalle, was an der viel niedrigeren Ladungsträgerkonzentration liegt. Ein weiteres Merkmal ist, dass die Leitfähigkeit im Gegensatz zu Metallen mit der Temperatur steigt (Heissleiter), da durch die Temperaturerhöhung mehr Ladungsträger aktiviert werden.

Wichtige Halbleitermaterialien:
* Si, GaAs, InP, Ge, GaP, InSb, SiC, GaN

== Dotieren ==

Um die Ladungsträgerkonzentration und damit die Leitfähigkeit von Halbleitern zu erhöhen, bringt man gezielt Fremdatome in das Material ein; diesen Vorgang nennt man "Dotieren". Bei den Fremdatomen unterscheidet man zwischen "Donatoren", die ein Elektron zur Verfügung stellen, und "Akzeptoren", die ein Elektron aufnehmen können (bzw. ein "Loch" zur Verfügung stellen. Einen überwiegend mit Donatoren dotierten Halbleiter bezeichnet man als n-Halbleiter, einen überwiegend mit Akzeptoren dotierten als p-Halbleiter. Undotierte Halbleiter werden auch "intrinsische Halbleiter" genannt.

Üblicherweise zum Dotieren verwendete Elemente:

*Donatoren: P, As, Sb, Si, S
*Akzeptoren: B, Al, Ga, C, Si, Mn

(Si kann in GaAs je nach Einbauplatz als Donator oder Akzeptor wirken)

== Anwendung ==

Die gesamte Halbleiterelektronik beruht auf Halbleitern - daher wohl auch der Name. Nahezu alle aktiven Bauelemente sind Halbleiter:

*[[Diode]]
*[[Transistor]]
*hochintegrierte Schaltungen [[IC]]
*und natürlich die hier besonders interessierenden [[Mikrocontroller]]

== Externe Links ==
[http://de.wikipedia.org/wiki/Halbleiter Wikipedia] Halbleiterseite bei Wikipedia

[[Category:Grundlagen]]

Datenblätter

2007-03-16T10:22:48Z

84.58.187.190:

==Links zu Datenblattsammlungen==

Hier kann man oft noch Datenbl�tter f�r alte Bauteile bekommen, die man auf den Herstellerseiten nicht mehr findet.
Diese Seiten sind auch hilfreich, wenn man nur noch die Typenbezeichnung hat und nicht mehr wei�, um was f�r ein Bauteil es sich handelt.

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(Datenbl�tter gratis, Schaltpl�ne per SMS bezahlen)

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http://www.digchip.com/datasheets/parts.php
(Kurzdaten in Textform)

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(speziell zu PC-Chips�tzen)
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Wenn man bei den oberen Links nichts gefunden hat:

http://www.digchip.com (kostenlose Anmeldung erforderlich - daf�r Suchleiste m�glich) Kategorienliste

http://www.partminer.com oder auch http://www.freetradezone.com
war fr�her kostenlos, hat sich leider ge�ndert...

http://www.chipdocs.com leider auch nur gegen bares

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Conrad, Reichelt, Farnell, usw.

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viele IC-Broker bieten Suchfunktionen, damit lassen sich zumindest Hersteller und genauere Typbezeichnungen ermitteln:

http://www.fibra-brandt.com/

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http://www.worldpartsfinder.com/semiconductor/

http://www.electronicproducts.com/default.asp

http://www.gtcelectronics.com/

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http://www.semi-tech-inc.com/aboutus.html

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http://www.abcsemiconductors.com/composants/recherche.phtml

http://www.nowcomponents.com/
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Linksammlungen auf Hersteller-Datenbl�tter:

http://bgs.nu/sdw/a.html#

http://encyclopedia.thefreedictionary.com/Datasheet

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[[Category:Grundlagen]]

Basiswiderstand

2007-03-16T10:21:46Z

84.58.187.190:

Ein häufiger Einsatzzweck von Transistoren, insbesondere im Bereich der Mikrocontrollertechnik ist die Möglichkeit, den Transistor als Schalter zu verwenden. Hierbei wird der Transistor meist in der [http://de.wikipedia.org/wiki/Emitterschaltung Emitterschaltung] betrieben.

Der Transistor sollte normalerweise für mindestens den doppelten Wert des auftretenden Kollektorstroms geeignet sein. So mag im Datenblatt vom BC547 ein zulässiger Kollektorstrom vom 100mA stehen, praktisch hat jedoch jenseits von ungefähr 50mA ein kräftigerer Typ wie BC635 deutlich bessere Parameter.

Neben dem maximalen Kollektorstrom des Transistors muss auch der richtigen Bemessung des Basiswiderstandes Beachtung geschenkt werden, damit der Transistor einerseits zuverlässig schaltet, andererseits der Ausgang des Mikrocontrollers nicht überlastet wird. Wird der Basiswiderstand zu klein bemessen, ist z.B. letzteres die Folge.

'''Und so wird er berechnet''' (Achtung: Gilt nur für die Verwendung des Transistors als Schalter)

* Im Datenblatt die '''minimale''' Verstärkung des Transistors nachschlagen. (Zeichen: <math>h_{FE}</math>; Beschreibung: DC Current Gain; wenn mehrere Werte angegeben sind, den für den entsprechenden Strom wählen)
* Den Strom, den der Verbraucher benötigt durch <math>h_{FE}</math> teilen um den Basisstrom <math>I_b</math> zu erhalten. <math>I_b=\frac{I_c} {h_{FE}}</math>. Da der Transistor als Schalter in Sättigung arbeiten soll, sollte der Basistrom mindestens dem 2-3-fachen dieses berechneten Wertes betragen. Bei Kleinsignaltransistoren kann man daher meist ersatzweise mit einer Stromverstärkung von 20-30 rechnen, bei Leistungstransistoren eher mit 10.
* Durch Anwendung des ohmschen Gesetzes <math>R_b=\frac{U_\mathrm{Basiswiderstand}}{I_b}</math> erhält man den Basiswiderstand <math>R_b</math>. Zu beachten ist, dass <math>U_\mathrm{Basiswiderstand}=U_\mathrm{Vcc}-0,7\,\mathrm{V}</math> ist. Diese Spannung fällt an der BE-Strecke des Transistors ab.

== Beispiel ==
*Transistor: BC328
*Der Verbraucher zieht einen Strom von 100mA.
*<math>h_{FE}</math> ist 100 (Datenblatt), gerechnet wird jedoch mit einer Stromverstärkung in Sättigung von 30
*Daraus folgt: <math>I_b=\frac{100mA}{30}</math> = 3,3 mA
*Der Mikrocontroller sei vom Typ ATmega oder ATtiny und liefert bei einer Versorgungsspannung von 5V abzüglich 5% Toleranz mindestens 4,5 Volt bei 3,3mA, 0,7V fallen an der BE-Strecke ab, also bleiben ca. 3,8V.
*'''Rb''' = <math>\frac{3,8\,\mathrm{V}}{3,3\,\mathrm{mA}} = 1150\,\Omega</math>
*Man wird hier also einen Basiswiderstand von <math>1k\Omega</math> wählen.
'''Merke''': Bei dieser Berechnung lieber abrunden, damit ein sicheres Schaltverhalten gewährleistet ist.

== Achtung ==
Mikrocontroller aus älteren Baureihen können oft nur wenig Strom liefern, viel weniger als beispielsweise die ATmegas. So können etliche 8051-Varianten nur einen Basistrom von 50 µA liefern, die hier betrachete Schaltung mit einem einfachen NPN-Transistor ist dann ungeeignet.

== Forum ==
http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-374719.html#new

[[Category:Grundlagen]]

Oszilloskop

2007-03-16T10:19:59Z

84.58.187.190:

Das Oszilloskop dient zur grafischen Darstellung des Spannungsverlaufes innerhalb eines einstellbaren Zeitbereiches.

== Analoge Oszilloskope ==

[[Bild:Oszilloskop.png|thumb|right|300px|Analoges Oszilloskop]]
Bei analogen Oszilloskopen wird das darzustellende Signal nach der Verstärkung direkt zur Ablenkung eines Elektronenstrahls verwendet.

Brauchbare analoge Oszilloskope findet man oft schon für ca. 50 Euro bei Online-Auktionen und Kleinanzeigenmärkten. Für 200-400 Euro bekommt man dort recht gute Profigeräte mit 60-200 MHz Bandbreite. Brauchbare Neugeräte fangen bei 600 Euro an. Der Oszilloskopmarkt wird von einigen wenigen Marken dominiert. Im höherpreisigen Segment sind es vor allem HP (Agilent) und Tektronix. Hameg ist vor allem im niedrigpreisigen Segment (500-1500 Euro) weit verbreitet. Man findet sie oft in Schule und Ausbildung.

Ganz einfache Geräte verfügen nur über einen Kanal. Damit ist es nicht möglich, zwei Signale in zeitliche Beziehung zu setzen. Dies ist jedoch oft wichtig. Deshalb verfügen heutzutage auch einfache Geräte meist über 2 Kanäle.

Die Bandbreite gibt Auskunft, welche Signal-Frequenzen das Oszilloskop noch verarbeiten kann. Bei angegebener Bandbreite fällt die Verstärkung des Oszilloskops um 3dB ab. Um Signalverläufe noch vernünftig interpretieren zu können, kann man grob sagen, dass man Signale bis 1/10 der Bandbreite dargestellt bekommt. Ein Rechtecksignal nahe der Bandbreite würde z.B. nur noch als Sinus dargestellt werden.

Oszilloskope unterscheiden sich oft stark in den Triggerungsmöglichkeiten. Bei guten Geräten kann man z.B. in ein Signal reinzoomen bzw. die Triggerung variabel verzögern. Erst dadurch wird es möglich, dass man sich Signale, die zeitlich weit hinter einem Triggerevent kommen, genauer anschauen kann.

Mit Analog-Oszilloskopen kann man sich hauptsächlich periodische Signalverläufe anschauen, also solche, die zeitlich immer wiederkehrend sind. Denn nur so kann ein Signal immer wieder auf den Schirm "geschrieben" werden und erscheint als stehendes Bild. Aperiodische Signale, wie z.B. auf Datenübertragungsleitungen, sind damit nicht darstellbar. Sie laufen mit einem Strahldurchgang über den Schirm. In dieser kurzen Zeit ist es jedoch nur selten möglich, sie visuell aufzunehmen. Mit einer Digitalkamera kann man solche Signalverläufe mitunter trotzdem einfangen. Manche Analog-Oszilloskope bieten eine Möglichkeit, die Triggerung nur zu einem definiertem Zeitpunkt anzustoßen, somit kann auch der Anlaufstrom eines Motors mit einem Analog-Oszi dargestellt werden.

== Digitale Speicheroszilloskope ==

[[Bild:tektronix.jpg|thumb|right|300px|Digitales Speicheroszilloskop]]
Ein digitales Speicheroszilloskop (englisch kurz DSO genannt; DSO = Digital Storage Oscilloscope) digitalisiert das Eingangssignal mit einem Analog-Digital-Wandler und legt die Werte in einem Speicher ab. Der Vorteil daran ist, dass man auf diese Weise Momentaufnahmen eines Signals machen und damit einmalige (transiente) Ereignisse (Spikes, Datenübertragungen) erkennen und darstellen kann, was besonders bei digitalen Schaltungen, z.B. mit Mikrocontrollern, sehr nützlich ist. Weiterhin lässt sich das Signal "vermessen" (z.B. um die Baudrate einer Datenübertragung zu bestimmen), man kann die Frequenz und den Effektivwert anzeigen lassen, das Frequenzspektrum, und je nach Modell noch vieles mehr. Das Signal wird in S/W oder Farbe auf einem LCD dargestellt, lässt sich aber oft auch über einen angeschlossenen Drucker ausdrucken oder an den PC übermitteln.

Der wichtigste Parameter bei digitalen Oszilloskopen ist die '''Abtastrate''', die angibt mit welcher Geschwindigkeit das Eingangssignal digitalisiert wird. Um ein Signal mit einer bestimmten Frequenz vernünftig darstellen zu können muss es mindestens mit der 10-fachen Frequenz abgetastet werden.

Au�?erdem sind die '''Speichertiefe''' und die '''Wandler-Auflösung''' interessant. Ein Oszilloskop das mit 8 Bit Aufloesung abtastet und 2000*8 Bit Speicher hat kann 2000 Samples abspeichern, was einer Darstellung von 2000*256 Pixeln entspricht.

Bei der Wandlung und Speicherung gibt es zwei Verfahren: guenstige Oszilloskope wie die TDS1000-Serie von Tektronix verwenden '''CCD-Speicher''' (analoge Schieberegister); die Messwerte werden erst gespeichert, und dann digitalisiert. Der Nachteil dabei ist das relativ starke Rauschen und die begrenzte Speichertiefe. Teurere Modelle wandeln in Echtzeit mit schnellen Flash-[[AD-Wandler]]n und speichern die Messwerte direkt in einem schnellen RAM. Die Speichertiefe ist dabei praktisch unbegrenzt, allerdings sind Wandler die mehrere GS/s schaffen sehr teuer.

Natürlich spielt der Verwendungszweck eine entscheidene Rolle bei der Auswahl. Auf dem Labortisch, wo meist nur kleine Spannungen mit einem gemeinsamen Massebezug vorkommen, werden andere Anforderungen an ein Oszilloskop gestellt, als z.B. im Servicebereich für Industriesteuerungsanlagen, Automatisierungstechnik, usw. Dort sind weniger hohe Abtastraten wichtig, sondern eher eine größere Anzahl Eingangskanäle, die galvanisch voneinander getrennt sind, Spannungsfestigkeit bis min. 500 Volt, sowie speziell bei Störungsanalysen, die Möglichkeit komplexe Triggermuster einzustellen und eine integrierte große Festplatte, um einzelne Ereignisse automatisiert über lange Zeiträume hinweg festhalten zu können. Ein Beispiel für so ein hochwertiges Gerät ist ein Yokogawa Scopecorder (DL708). Allerdings sind bei solchen Geräten die Preise nach oben hin offen.

Ein Beispiel für ein Einstiegsmodell ist das [http://www.tek.com/site/ps/0,,40-15314-INTRO_EN,00.html TDS1002] von Tektronix (ca. 1200 Euro). Es hat 2 Kanäle mit je 1 GS/s (1 Milliarde Abtastungen pro Sekunde) und ist für Signale bis 60 MHz verwendbar. Die Wandlerauflösung beträgt 8 Bit (256 Stufen), der Speicher ist 2 kByte groß.

Das mit ca. 600 Euro deutlich günstigere [http://www.sell-it-easy.de/messpunkt/wittig/german/index.htm BenchScope] von Wittig hat zwar nur eine Abtastrate von 100 MS/s, dafür ist die Speichertiefe größer (bis 16 kB) und es besitzt bereits einen RS232-Anschluss, welchen man beim TDS1002 für > 300 Euro dazukaufen muss.

=== Vergleichstabelle ===

Diese Tabelle soll einen Überblick über interessante Geräte besonders im unteren Preisbereich geben. Eine vollständige Auflistung aller existierenden Geräte macht wegen der Vielzahl an Baureihen und Modellen wenig Sinn.
{| border="1" class="sortable" id="digitaloszis"
|-
! Bezeichn.
! Herst.
! Preis (€)
! Kan.
! Sampler.(MS/s)
! Bandbr. (MHz)
! Aufl. (Bit)
! Speichert.(kS)
! Displ-Farben
! Displ-Aufl.
! PC-Interf.
! Bemerkungen
|-
| TDS-1002
| Tektr
| 1000
| 2
| 1000 (pro Kanal)
| 60
| 8
| 2.5
| 1
| 320x240
| ca. 200 €
| verhältnismäßig starkes Rauschen, siehe Text oben
|-
| BenchScope 22-300
| Wittig
| 700
| 2
| 100
| 20
| 8
| 2x0,25-15
| grün
| 320x240
| ca. 180 €
| .
|-
| MultiScope 22-320
| Wittig
| 196 - 404
| 2
| 20
| 2
| 8
| 1/8-8
| grün
| 128x64 bel.
| ser.incl.
| galv.Trennung Kanäle & Interf.
|-
| OsziFOX 22-310D
| Wittig
| 91 / 149
| 1
| 20
| 5
| 6
| .
| grün
| 64x16 bel.
| ser.incl.
| .
|-
| DSO3062A||Agi.||800||2||500 (pro Kanal)||60||8||4k||ja||320x240||USB||-
|-
| MEphisto Scope 1 (UM202)
| Meilhaus
| 333.-
| 2
| 1 Ms
| 2 mhz
| 16 bit
| 256 ks
| ..
| ..
| USB
| 5 in 1,
Oszilloskop,
Logik-Analysator,
Voltmeter,
Datenlogger analog und digital,
Digital-I/O,
|-
|}

== PC-Oszilloskope ==

[[Bild:Soundoszi.JPG|thumb|right|300px|Soundkarten Oszilloskop]]
PC-Oszilloskope sind im Prinzip digitale Speicheroszilloskope, mit der Besonderheit, dass sie die Daten nicht selbst anzeigen sondern an einen PC übermitteln. Beim Kauf eines PC-Oszilloskops sollte man besonders vorsichtig sein und im Zweifelsfall vorher im [http://www.mikrocontroller.net/forum/list-1-1.html Forum] nachfragen, da viele Angebote irreführende Informationen enthalten. Sehr beliebt ist z.B. die Werbung mit der Analogbandbreite, also die Bandbreite die der Analogteil der Schaltung (Eingangsverstärker) verarbeiten kann. Wenn hier 100 MHz angegeben sind bedeutet das aber nicht dass sich auch wirklich Signale bis 100 MHz darstellen lassen; wenn der Wandler nur mit 40 MS/s abtastet ist das Oszilloskop gerade noch bis 4 MHz verwendbar. Ebenso sollte man nur die Echtzeit- oder Realtime-Abtastrate beachten, eine manchmal ebenfalls angegebene "Äquivalent-Abtastrate" ist praktisch wertlos.

Wem ein wirklich einfaches Oszilloskop für kleine Frequenzen (bis etwa 20 kHz) ausreicht, bspw. um die Kommunikation am I2C-Bus zu analysieren, findet [http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/mess/soundkarte/lcsound.htm hier] eine Anleitung für das Messen mit der Soundkarte. Der Vorteil ist hierbei, dass es sich, dank des PCs, um ein Speicheroszilloskop handelt und die Daten zum Beispiel in Excel analysiert werden können.

Allerdings eignet sich eine Soundkarte nicht dazu, Gleichspannungen zu messen, zu niederfrequente Signale können daher nicht damit erfasst werden: Im Screenshot nebenann erkennt man das z.B. an der fallenden Gerade am Schluss (obwohl der tatsächliche Signalpegel konstant oben bleibt). Auch ist hier besondere Vorsicht geboten, da Soundkarten nur für geringe Spannungen ausgelegt sind und bei einer zu hohen Eingangsspannung möglicherweise der ganze PC beschädigt wird.

== Links ==
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/1?filter=oszi*+-oszillator Forum-Beiträge zum Thema Oszilloskop] (Kaufberatung, Anwendung)
* [http://www.virtuelles-oszilloskop.de/ Ein virtuelles interaktives Oszi] (zum üben)

[[Category:Grundlagen]]

Operationsverstärker-Grundschaltungen

2007-03-16T10:19:13Z

84.58.187.190:

= Aufbau und Grundfunktion=

= OP-Schaltungen =

== Verstärkergrundschaltungen ==

[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]

In a) und b) verwenden wir den OP als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OP ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.

In a) ist ein invertierender Verstärker mit einem OP dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:

:<math>V = \frac{R_4}{R_3}</math>

Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:

:<math>-U_a = U_e \cdot \frac{R_4}{R_3}</math>

oder auch

:<math>-U_a = U_e \cdot V</math>

Das negative Vorzeichen drückt wieder aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.

Beim nichtinvertierenden Verstärker b) finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OP. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 exakt definiert. Hier ist nun

:<math>V = 1 + \frac{R6}{R7}</math>

Eine Verstärkung von 1 ist aber nicht sinnvoll. Dafür benutzt man einen sog. Spannungsfolger.

Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:

:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math>

Beispiel: Eine Eingangsspannung von 0,5 V soll auf den Wert 5 V verstärkt werden, es ist also eine Verstärkung V von 10 benötigt. R7 ist mit 10 kΩ vorgegeben. Also ist das Verhältnis

:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math>

Bei einem Wert von 10 kΩ für R7 errechnet sich R6 zu

:<math>
R6 = (V - 1) \cdot R7
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}
= 90\,\mathrm{k\Omega}
</math>

Die Ausgangsspannung Ua wird also:

:<math>
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )
= 0,5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)
= 5\,\mathrm{V}
</math>

== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ==

[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]

Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:

:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math>

Wenn wir R2 auf 0 Ohm und R1 auf unendlich ändern, erhalten wir daher:

:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math>

Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.

Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus:

[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]

Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0 Ohm hat. Real sieht das natürlich anders aus: so liegt der Eingangswiderstand Re bei normalen OPs in der Größenordnung von 1MOhm bis <math>10^{15} \Omega</math>, der Ausgangswiderstand Ra im Bereich 20 Ohm bis 1kOhm. Deshalb spricht man bei dieser Schaltung von einem Impedanzwandler. Eine solche Schaltung kann also aus einer relativ hochohmigen Spannungsquelle eine niederohmige, durch Folgeschaltungen belastbare Spannungsquelle machen.

[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]

In dem nebenstehenden Beispiel ist eine einfache Möglichkeit zur Erzeugung einer Referenzspannung gezeigt. Es kommt eine normale Stabilisierungsschaltung mit einer Zenerdiode zur Anwendung, die aber nicht mehr die schlechten Eigenschaften der Standardbeschaltung hat.

<br clear="all" />

[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|right]]

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.

<br clear="all" />

== Der Komparator ==

[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]

In der einfachsten Beschaltung des Operationsverstärkers erhält man einen Komparator. Es fällt auf, dass kein Gegenkopplungsnetzwerk vorhanden ist. Der OP arbeitet daher mit seiner vollen Leerlaufverstärkung Vo. Dies bedeutet, dass bereits eine kleine Eingangsspannung genügt, um den OP in die Begrenzung zu treiben. Das heißt, die Ausgangsspannung Ua wird annähernd die Betriebsspannung erreichen.

Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b).

=== Berechnungsbeispiel für Schaltung b) ===

Angenommen die Leerlaufverstärkung Vo von 40000 und eine Eingangsspannung von 0,1 Volt. Die Betriebsspannungen Vcc und Vee legen wir auf +/- 24 V fest. Damit ergibt sich theoretisch für Ua:

:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0,1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math>

Das ist natürlich ein unrealistischer Wert, da Ua nicht höher sein kann als die Betriebsspannung. Also anders ausgedrückt: Bei welcher Spannung Ue erreicht der OP seine Aussteuerungsgrenze?

:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0,6\,\mathrm{mV}</math>

Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.

Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.

:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math>

== Der Addierer (Summierverstärker) ==

[[Bild:Op-addierer.png]]

Ein als invertierender Verstärker beschalteter OP lässt sich so beschalten, dass ein Summensignal aus den Eingangsspannungen gebildet wird. Um die Funktion deutlich zu machen, ist eine betrachtung der einzelnen Ströme nötig.

In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang im Prinzip Massepotential hat. Man bezeichnet dies als einen virtuellen Nullpunkt (VN). Hier gilt die Regel, dass die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.

:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math>

Wenn wir die Stromgleichung ausführlicher betrachten, können wir auch sagen:

:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math>

Nach Ua aufgelöst erhalten wir:

:<math>-U_a = \left (U_{e1} \cdot \frac{R_3}{R_1}\right ) + \left (U_{e2} \cdot \frac{R_3}{R_2}\right ) + ... + \left (U_{en} \cdot \frac{R_3}{R_n}\right )</math>

Das war's eigentlich schon. Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt

:<math>R_1 = R_2 = R_x</math>

und damit

:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.

== Der Subtrahierer ==

[[Bild:Op-subtrahierer.png]]

Ein Subtrahierer ist nichts weiter als die Zusammenschaltung eines invertierenden und eines nichtinvertierenden Verstärkers. Schliessen wir Punkt Ue1 nach Masse kurz und steuern Ue2 an, arbeitet die Schaltung als nichtinvertierender Verstärker. Wird Ue2 nach Masse verbunden und Ue1 angesteuert, verhält sich die Schaltung als invertierender Verstärker (R7 vorerst nicht beachten).

Für den 1. Fall gilt:

:<math>U_a = U_{e2} \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_4}\right )</math>

Für den 2. Fall:

:<math>U_a = -U_{e1} \cdot \frac{R_6}{R_4}</math>

Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:

:<math>U_a = -U_{e1} \cdot \frac{R_6}{R_4} + U_{e_2} \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_4}\right )</math>

Diese Schaltung ist gut für eine Erklärung, praktisch aber taugt sie nichts. Denn liegen an den Eingängen gleiche Spannungen an, ist die Ausgangsspannung nicht 0, wie eigentlich zu vermuten wäre. Deshalb ändern wir die Schaltung und fügen R7 ein. Jetzt stellt sich am Punkt + des OPs die Spannung

:<math>U_{e2+} = U_{e2} \cdot \frac{R_7}{R_5 + R_7}</math>

ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:

:<math>U_a = U_{e2} \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_4}\right ) \cdot \frac{R_7}{R_5 + R_7} - \frac{R_6}{R_4} \cdot U_{e1}</math>

Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:

:<math>R_6 = R_7 = R_4 = R_5</math>

dann ist

:<math>U_a = U_{e2} - U_{e1}</math>

oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind:

:<math>\frac{R_6}{R_7} = \frac{R_4}{R_5}</math>

Dann ergibt sich für Ua:

:<math>U_a = \left (U_{e2} \cdot \frac{R_6}{R_4}\right ) - \left (U_{e1} \cdot \frac{R_6}{R_4}\right )</math>

oder noch einfacher:

:<math>U_a = (U_{e2} - U_{e1}) \cdot \frac{R_6}{R_4}</math>

== Der Instrumenten-Verstärker ==

[[Bild:Instrument.png]]

Ein Nachteil des Subtrahierer ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.

Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):

:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math>

Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):

:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math>

Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:

:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math>

Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.

Also ergibt sich als Ausgangsspannung:

:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math>

Die Differenzverstärkung beträgt demnach:

:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math>

Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br>
Instrumenten-Verstärker kann man auch fertig kaufen. Im INA102 ist die komplette Schaltung integriert. Für R2 sind 3 verschiedene Werte eingebaut, die bei passender Verschaltung eine Verstärkung von 1, 10, 100 oder 1000 ermöglichen.

= Spannungsversorgung und Beschaltung =

== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==

Häufig möchte man Wechselspannung (z. B. Audiosignale) mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.

=== Nichtinvertierender Verstärker ===

[[Bild: Ss_opamp1.png]]

Der +Eingang wird mit einem Spannungsteiler auf die halbe Betriebsspannung gelegt und das Signal mit Kondensatoren am Ein- und Ausgang entkoppelt.
Die Verstärkung ist in diesem Beispiel für Wechselspannung 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt.

=== Invertierender Verstärker ===

[[Bild: Ss_opamp2.png]]

Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung.

= Weblinks =
*[http://www.eetkorea.com/ARTICLES/2003SEP/A/2003SEP19_AMD_AN07.PDF Op Amp Circuit Collection] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen
*[http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf Op Amps for Everyone] - englischsprachiges, sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung (empfehlenswert)
*[http://www.inf.fu-berlin.de/lehre/WS00/peg/folien/Peg_v7a.pdf OP Teil 1], [http://www.inf.fu-berlin.de/lehre/WS00/peg/folien/Peg_v7b.pdf OP Teil 2] - OP-Schaltungen (deutsch)
*[http://www.blecken.de/download/opverst.zip Schaltungstechnik mit Operationsverstärkern] - Prof. K. Blecken, Skript zur Vorlesung (deutsch, *.doc-Format)
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]
* [http://www.national.com/onlineseminar/#amps Online Seminar] von National Semiconductor

[[Category:Grundlagen]]

Elektronik Allgemein

2007-03-16T10:16:07Z

84.58.187.190:

=== Kategorien ===

* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Kategorie:Bauteile Bauteile]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Kategorie:Grundlagen Grundlagen]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Kategorie:Löten Löten]
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Kategorie:Platinen Platinen]

=== ausgewählte Artikel ===

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