https://www.mikrocontroller.net/api.php?action=feedcontributions&feedformat=atom&user=RfrMikrocontroller.net - Benutzerbeiträge [de]2026-04-09T22:41:37ZBenutzerbeiträgeMediaWiki 1.39.7https://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Serial_Peripheral_Interface&diff=107500Serial Peripheral Interface2025-05-09T21:39:14Z<p>Rfr: verschwundener link wurde markiert. Ersatz nicht vorhanden.</p>
<hr />
<div>Das '''S'''erial '''P'''eripheral '''I'''nterface, kurz SPI oder auch Microwire genannt, ist ein [[Bus]]system bestehend aus drei Leitungen für eine serielle synchrone Datenübertragung zwischen verschiedenen ICs. <br />
<br />
Der Bus besteht aus folgenden Leitungen<br />
* MOSI ('''M'''aster '''O'''ut -> '''S'''lave '''I'''n) auch SDO ('''S'''erial '''D'''ata '''O'''ut) oder DO<br />
* MISO ('''M'''aster '''I'''n <- '''S'''lave '''O'''ut) auch SDI ('''S'''erial '''D'''ata '''I'''n) oder DI<br />
* SCK (Serial Clock) - Schiebetakt<br />
<br />
Zusätzlich zu diesen drei Leitungen wird für jeden Slave eine Slave Select (SS) oder auch Chip Select (CS) genannte Leitung benötigt, durch die der Master den Slave zur aktuellen Kommunikation selektiert. Dies geschieht dadurch, dass der Master die SS/CS-Leitung von High nach Low zieht. Oft ist mit dieser Aktivierung durch den Master auch eine Benachrichtigung für den Slave verbunden mit der ihm mitgeteilt wird, dass jetzt eine Nachricht beginnt, das nächste Byte also zum Beispiel als Kommando aufzufassen ist.<br />
<br />
Die Übertragung geschieht so, dass der Master seine Datenleitung (MOSI) auf den Pegel des nächsten Bits bringt und dann an der SCK Leitung einen Puls ausgibt. Gleichzeitig wird vom Master der Pegel an der Datenleitung vom Slave zum Master überwacht und ihr Zustand als nächstes einzulesendes Bit aufgefasst. Üblicherweise gibt es zumindest beim Master mehrere Einstellungen, die festlegen, welches der Grundzustand dieser SCK Leitung sein soll und welche Flanke des Taktes zur Datenübernahme herzunehmen ist (die steigende oder die fallende). Bei einigen Slaves ist diese Einstellung ebenfalls möglich, oft ist es aber so, dass per SPI anzusprechende IC eine feste Einstellung benutzen, an die sich der Master anpassen muss.<br />
<br />
Für den SPI-Bus gibt es kein festgelegtes Protokoll. Die Taktpolarität (CPOL) und Phase (CPHA) können ebenfalls von Slave zu Slave unterschiedlich sein. Der SPI-Bus kann mit einer Taktfrequenz von vielen Megahertz betrieben werden. Es gibt viele verschiedene ICs die als Slave an dem SPI-Bus betrieben werden können, diese gehen von einfachen [[AVR-Tutorial: Schieberegister | Schieberegistern]] bis hin zu [[AVR - Die genaue Sekunde / RTC | RTCs]] oder Displaytreibern mit vorgegebenem Protokoll. Unter anderem werden die meisten [[AVR]]-Microcontroller von Atmel über SPI [[ISP|programmiert]], siehe dazu [[AVR In System Programmer]].<br />
<br />
== Übertragungsprinzip ==<br />
<br />
Bei SPI verlieren die Begriffe 'Sender' und 'Empfänger' ihre Bedeutung. Das Übertragungsprinzip funktioniert so, dass gleichzeitig 1 Bit vom Master zum Slave und 1 Bit vom Slave zum Master übertragen wird. Die Übertragung ist eher mit dem Begriff "Austausch von Bits" zu beschreiben, als dass es sich um ein Senden bzw. Empfangen handelt. Je nach Sichtweise könnte man auch sagen, dass sowohl Master als auch Slave jederzeit sowohl Sender als auch Empfänger sind. Der einzige Unterschied zwischen den Busteilnehmern besteht darin, dass beim SPI Bus jegliche Kommunikation immer vom Master ausgeht. Er hat die Verwaltung der SCK Leitung inne und wenn der Master keine SCK Pulse generiert, dann kann ein Slave auch nichts übertragen. Die Generierung der SCK Pulse wird dabei üblicherweise dadurch angestossen, dass der Master einfach angewiesen wird, 1 Byte über SPI auszugeben. Des Weiteren kann ein Slave auch eine SPI Übertragung nicht hinauszögern, so wie es beim [[I2C]]-Bus der Fall ist. Wenn vom Master die SCK Pulse kommen, dann muss ein Slave die MISO Leitung bedienen. Er hat keine Möglichkeit dies nicht zu tun, selbst wenn er noch gar kein Ergebnis für den Master vorliegen hat. Selbst wenn der Slave die MISO Leitung nicht bedient, der Master wird zum per Modus eingestellten Zeitpunkt die Polarität der MISO Leitung auswerten und sich daraus das nächste Bit bestimmen.<br />
<br />
Erfolgt eine Abfrage eines Masters an einen Slave dergestalt, dass der Master ein Kommando an den Slave sendet, auf das der Slave mit einem Ergebnis zu antworten hat, dann sind dazu immer mindestens 2 Übertragungen notwendig. Im ersten Byte-Austausch übermittelt der Master sein Kommando an den Slave (der zu diesem Zeitpunkt logischerweise noch kein Ergebnis vorliegen haben wird, er kennt ja das Kommando noch nicht) und im zweiten Byte-Austausch überträgt der Master einfach nur 1 Byte (meistens genügt da einfach irgendein Bytewert) um dem Slave seinerseits Gelegenheit zu geben, das zuvor angefragte Ergebnis zum Master zu übertragen. Beachten sollte man, dass ein Slave auch des öfteren etwas Zeit benötigen wird, um ein gerade erhaltenes Kommando auszuwerten und die entsprechenden Ergebnisse bereit zu stellen. Ein Master wird also gut daran tun, nach dem Byteaustausch zum Zwecke der Kommandoübermittlung eine kleine Pause einzulegen, ehe er dann mit dem zweiten Byteaustausch das Ergebnis abholt.<br />
<br />
== SPI-Modi ==<br />
<br />
Wie schon angesprochen gibt es für das SPI verschiedene Möglichkeiten Polarität und Phase des Taktes einzustellen. Folgende vier Modi sind möglich:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="width:15em; text-align:center"<br />
!Mode<br />
!CPOL<br />
!CPHA<br />
|-<br />
|0 ||0 ||0<br />
|-<br />
|1 ||0 ||1<br />
|-<br />
|2 ||1 ||0<br />
|-<br />
|3 ||1 ||1<br />
|}<br />
<br />
<br />
;CPOL (Clock Polarity)<br />
:0: Takt ist in Ruhe LOW, ein Wechsel auf HIGH zählt als steigende Taktflanke<br />
:1: Takt ist invertiert: in Ruhe HIGH, ein Wechsel auf LOW zählt als steigende Taktflanke<br />
;CPHA (Clock Phase)<br />
:0: Daten werden bei steigender Taktflanke (=abh. von CPOL) eingelesen, bei fallender ausgegeben<br />
:1: Daten werden bei fallender Taktflanke eingelesen, bei steigender ausgegeben<br />
<br />
Man sieht, dass Mode 0 und Mode 3 bzw. Mode 1 und Mode 2 jeweils fast identisch sind. Der einzige Unterschied ist der Pegel des Taktes in Ruhe. In der Regel sind diese Modi deshalb austauschbar.<br />
<br />
CPOL und CPHA lassen sich in den Konfigurationsregistern des Controllers einstellen. Beim [[AT91SAM]] hat sich Atmel ein kleines Extra einfallen lassen: hier heißt das Bit zur Einstellung der Clock Phase "NCPHA" und entspricht genau dem invertierten Wert von CPHA.<br />
<br />
Es ist problemlos möglich ICs mit verschiedenen SPI-Modi an einem Bus zu betreiben, man muss nur vor dem Aktivieren des Chip Select den jeweils richtigen Modus einstellen.<br />
<br />
== Falle bei AVR Prozessoren ==<br />
<br />
Bei den [[AVR]]-Prozessoren, welche eine SPI Einheit besitzen, ist es zwingend nötig, den SS-Pin der SPI Einheit auf Ausgang zu setzen, wenn man den Prozessor als Master benutzen möchte. Dies geschieht nicht automatisch, da ein auf Eingang geschalteter Pin im Multimaster Modus benötigt wird. Da dieser Fall aber recht selten vorkommt, wird er hier ignoriert. Schaltet man den Pin nicht auf Ausgang, dann hängt es vom extern angelegten Pegel ab, ob die Master-SPI Einheit arbeitet oder nicht. Daher muss man den Pin immer vorher auf Ausgang schalten. In diesem Fall ist der Pegel der SS Leitung dann irrelevant, die SPI Einheit arbeitet immer, sobald sie als Master konfiguriert wurde.<br />
<br />
== [[Fehlersuche]] ==<br />
<br />
Immer wieder kommt es zu Problemen bei der Nutzung von SPI, obwohl diese Schnittstelle recht einfach aufgebaut ist. Oft kommt es u.a. zu dem Effekt, dass nur bestimmte SPI-Frequenzen funktionieren, etwas höher oder niedrigere nicht. Das ist ein klares Zeichen für Fehler. Folgende Punkte sollte man mit dem [[Oszilloskop]] prüfen, dabei sollte man die [[Oszilloskop#Tastköpfe richtig benutzen | Tastköpfe richtig benutzen]].<br />
<br />
* Stimmt jeweils der SPI-Modus?<br />
* Gilt nur für AVRs: Ist das SS-Pin vorher als Ausgang geschaltet, wenn der Master Modus verwendet wird? <br />
* Sind die Select-Signale vorhanden?<br />
* Sind die erreichten Pegel ausreichend?<br />
* Sind die Taktflanken sauber genug? Siehe [[Wellenwiderstand]].<br />
* Sind die Daten während der Datenübernahme stabil?<br />
* Ist die Zeit zwischen Select-Signal und Übertragungsbeginn ausreichend?<br />
* Ist das SPI-Modul im Power Reduction Register (PRR) versehentlich deaktiviert?<br />
<br />
==Software SPI==<br />
<br />
Hier ein Beispiel für Software-SPI, getestet auf einem Atmega 2560. Die Funktion SPI_WriteRead kann für Senden und Empfangen genutzt werden. Wenn man etwas empfangen will, übergibt man der Funktion als Parameter einfach 0x00 und wertet den Rückgabewert der Funktion aus. Beim Senden kann man den Rückgabewert ignorieren. Die _delay_us()- Zeiten kann man natürlich anpassen, je nachdem, welche Geschwindigkeit gewünscht ist.<br />
<br />
<syntaxhighlight lang="c"><br />
#include <avr/io.h><br />
#include <util/delay.h><br />
<br />
#define PORTSPI PORTF<br />
#define DDRSPI DDRF<br />
#define PINSPI PINF<br />
<br />
<br />
#define MOSI 6<br />
#define MISO 1<br />
#define SCK 4<br />
<br />
void Spi_Init(void) {<br />
<br />
DDRSPI |= (1<<MOSI) | (1<<SCK); //MOSI und SCK auf Ausgang<br />
DDRSPI &= ~(1<<MISO); //MISO als Eingang<br />
PORTSPI |= (1<<MISO); //PullUp<br />
<br />
}<br />
<br />
uint8_t SPI_WriteRead(uint8_t dataout) {<br />
<br />
uint8_t datain=0;<br />
<br />
//das Byte wird Bitweise nacheinander Gesendet MSB zuerst<br />
<br />
for (uint8_t a=8; a>0; a--){<br />
<br />
datain<<=1; //Schieben um das Richtige Bit zu setzen<br />
<br />
if (dataout & 0x80){ //Ist Bit a in Byte gesetzt<br />
<br />
PORTSPI |=(1<<MOSI); //Set Output High<br />
}<br />
else{<br />
<br />
PORTSPI &=~(1<<MOSI); //Set Output Low<br />
}<br />
<br />
_delay_us(5);<br />
PORTSPI |=(1<<SCK); // Clock auf High<br />
<br />
_delay_us(5);<br />
<br />
if (PINSPI & (1<<MISO)) { //Lesen des Pegels<br />
datain |= 1;<br />
}<br />
<br />
PORTSPI &=~(1<<SCK); // Clock auf LOW<br />
<br />
dataout<<=1; //Schiebe um nächstes Bit zusenden<br />
}<br />
return datain;<br />
}<br />
</syntaxhighlight><br />
<br />
== Siehe auch ==<br />
<br />
* [[Porterweiterung mit SPI]]<br />
* [[AVR-Tutorial: Schieberegister]]<br />
* [[MMC- und SD-Karten]]<br />
* [[SPI Daisychain]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/54441 Forumsbeitrag]: SPI Codetuning<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/386217?goto=4415496#4415562 Forumsbeitrag]: Beliebig viele CS Signale mit nur 2 CS Signalen am Controller glitchfrei erzeugen<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/299855?goto=new#3220070 Forumsbeitrag:] Skurriles Problem mit BS170 Mosfets; erfolgreiche Anwendung einer Thevenin-Terminierung für einen [[SPI]]-[[Bus]] mit langen Kabeln<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/360228#4047705 Forumsbeitrag]: Echte [[Pegelwandler]] beheben Kommunikationsprobleme<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* http://www.mct.net/faq/spi.html (Takteinstellungen, Slave-IC Liste, etc.)Link sagt nur "This page intentionally left blank."<br />
* http://www.matuschek.net/atmega-spi (ATMega SPI Performance Tuning)<br />
* [https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Atmel-2585-Setup-and-Use-of-the-SPI_ApplicationNote_AVR151.pdf AVR151: Setup and Use of the SPI] Atmel Application Note (PDF)<br />
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/AVR151.zip AVR151: Examples for Setup and use of the SPI] Programming Examples for the Atmel Application Note (zip)<br />
* [http://www.totalphase.com/products/aardvark-i2cspi/ Aardvark I2C/SPI Host Adapter], Universeller Adapter für I2C und SPI<br />
* [http://www.elv.de/elv-usb-spi-interface-usb-spi-bausatz.html USB-SPI], Komplettbausatz von ELV<br />
<br />
<br />
[[Kategorie:SPI| ]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Xilinx_ISE_Linux&diff=106714Xilinx ISE Linux2024-03-17T18:42:45Z<p>Rfr: </p>
<hr />
<div>== Installation ==<br />
Hier sind zwei komplette Beschreibungen (auf englisch) was zu tun ist, um das ISE von Xilinx unter Linux zu installieren. Das ISE ist recht unproblematisch zu installieren, aber der CableDriver ist recht zickig.<br />
*Gentoo: http://en.gentoo-wiki.com/wiki/Xilinx_ISE_WebPACK<br />
*Debian: http://www.freelabs.com/~whitis/electronics/fpga/xilinx_install_deb3.1.html<br />
*Ubuntu: https://help.ubuntu.com/community/XilinxISE basiert auf ISE 9<br />
<br />
Es ist möglich die Installation von einem Linux System ins andere zu nehmen z.&nbsp;B. von Debian/32 zu Debian/64. Falls ISE nicht startet, mit strace nachsehen wo es hängt, meistens fehlen 32 bit lib's. Falls z.&nbsp;B. libuuid1 fehlt: die lib bei www.debian.de runterladen, mit dpkg -x entpacken und in /emul/ia32-linux/lib/ kopieren.<br />
<br />
===Nutzung des CableDrivers===<br />
<br />
Der CableDriver funktioniert nur mit einem älteren Kernel, da sich dessen Infrastruktur geändert hat. Daher empfiehlt sich der auf ''libusb'' basierende User-Space-Treiber von http://www.rmdir.de/~michael/xilinx/. Bei aktuellen (2010) Distributionen müssen beim selberkompilieren die Kompatibilitäts-Header für libusb-0.1 installiert sein.<br />
<br />
Da es speziell mit ubuntu edgy eft (Linux-Kernel 2.6.17) doch nicht ganz nach den Fahrplänen von oben funktioniert, hier ein paar Tipps:<br />
<br />
*Es muss der WinDriver in der Version 8.11 verwendet werden, die von Xilinx mitgelieferte Version ist zu alt: http://www.jungo.com/st/download/WD811LN.tgz (es wird nur der Teil aus WinDriver/redist gebraucht)<br />
<br />
*Ggf. muss im ./configure-script #!/bin/sh zu #!/bin/bash geändert werden. Außerdem sollte man Symlinks anlegen, wenn eine Datei fehlt<br />
<br />
===Impact und 64Bit Linux mit CableServer===<br />
<br />
Mit der derzeitige Version von Impact (ISE8.2i) ist es nicht möglich unter einem 64Bit Linux direkt einen Parallel-Port-Programmer zu verwenden, da Impact ein Kernelmodul verwendet, welches nicht für 64Bit verfügbar ist.<br />
<br />
Stattdessen gibt es aber die Möglichkeit einen Remote-Programmer zu verwenden. Notwendig ist hierzu ein Server, der die Anfragen von Impact an den Parallel-Port-Programmer weiterleitet. Das erfreuliche ist, dass es diesen Server als OpenSource gibt, und er unter jedem Linux kompilierbar ist.<br />
<br />
Der Vorteil der Cable-Server-Lösung ist, dass man den Win Driver nicht mehr benötigt und Impact von hausaus alle Xilinx-ICs unterstützt.<br />
<br />
Eine inoffizielle Version des cblsrv (Version enthält einen Bugfix für das Parallel-Cable-III) gibt es hier:<br />
http://www.oxed.de/fpga/cblsrv-0.2-src.tar.bz2<br />
<br />
===ISE9.1 Impact und Cableserver===<br />
Für die Verwendung des CableServers mit der ISE9.1 Version ist es unbedingt erforderlich mindestens auf SP3 upzudaten, da sich in Impact ein Fehler im Kommunikationsprotokol mit dem CableServer eingeschlichen hat!<br />
<br />
===Impact und 64Bit Linux mit WinDriver-Emulation===<br />
Es ist auch möglich den in Impact integrierten (lokalen) Cableserver, ohne das WinDriver Kernelmodul, unter einem 64Bit Linux zu nutzen. Dazu benötigt man eine Library, die das Kernelmodul im Userspace emuliert. Die Library ist hier erhältlich: http://www.rmdir.de/~michael/xilinx/<br />
<br />
Da Impact als 32Bit Programm keine 64Bit Libraries laden kann, muss die Library als 32Bit Library kompiliert werden. Dazu muss im Makefile bei den CFLAGS zusätzlich -m32 angegeben werden (Beispiel: CFLAGS=-Wall -O2 -fPIC -m32). Alternativ kann eine 32Bit-chroot-Umgebung benutzt werden. <br />
<br />
Zum Kompilieren benötigt man außerdem eine 32Bit Version der libusb.a [1]. Das Paket muss/kann nicht installiert werden, aber es reicht, wenn man es entpackt und aus der enthaltenen Datei data.tar.gz die libusb.a extrahiert und nach /usr/lib32/libusb.a kopiert. Danach sollte die Library erfolgreich kompilieren.<br />
<br />
Wenn man USB-JTAG-Kabel von Xilinx verwenden möchte, muss man sich auch noch eine 32Bit Version der libusb.so erzeugen, worauf man aber verzichten kann, wenn man nur ein Parallel-Cable-III verwendet.<br />
<br />
Beim Parallel-Cable-III benötigt man Schreibrechte auf /dev/parport0 (Benutzer zur Gruppe lp hinzufügen; Unter Ubuntu zusätzlich in der /etc/modules "lp" auskommentieren, damit man überhaupt ein /dev/parport0 hat). <br />
<br />
Zum Starten von impact empfiehlt es sich die Impact-Binärdatei in "impact_bin" umzubenennen und ein "impact" Script zu schreiben, welches so aussehen könnte: "export LD_PRELOAD=/path/to/libusb-driver.so && /path/to/impact_bin". <br />
<br />
Wenn man das ISE nutzt, empfielt es sich auch die ISE Binärdatei in "ise_bin" umzubenennen und ein Script "ise" analog zum Script "impact" anzulegen, da das ISE Impact nicht über das Script "impact" startet.<br />
<br />
[1]: http://de.archive.ubuntu.com/ubuntu/pool/main/libu/libusb/libusb-dev_0.1.12-2_i386.deb<br />
(Ubuntu oder Debian)<br />
<br />
===Alternative für Impact===<br />
<br />
Wer mit Spartan3-Bausteinen arbeitet, könnte xc3sprog als Alternative für Impact verwenden. Finden kann man das Programm hier: http://www.rogerstech.force9.co.uk/xc3sprog/<br />
Das Projekt wir auf Sourceforge weiterentwickelt. Neuerungen:<br />
- XC95X, XC2C und Serial Flash programmierung bei XC3SA(N), XC3SE und XC6S<br />
- mehr unterstützte Dateiformate<br />
- Atmel AVR JTAG programmierung<br />
- Mehr unterstützte Adapter, z.&nbsp;B. Xilinx DLC9/10, Amontec und Olimex<br />
- Readback von CPLD und (Serial) Flash<br />
- Bessere Platformunabhängigkeit<br />
Aktuell unter:<br />
svn co https://xc3sprog.svn.sourceforge.net/svnroot/xc3sprog xc3sprog<br />
oder nicht ganz so aktuell aber kompiliert:<br />
http://sourceforge.net/projects/xc3sprog/<br />
<br />
===Digilent NEXYS2-Boards===<br />
<br />
Um den Onboard-Programmer auf Digilent NEXYS2-Boards zu verwenden gibt es hier Informationen:<br />
http://www.fpgarelated.com/usenet/fpga/show/83878-1.php<br />
<br />
===Digilent Plugin für Impact===<br />
Falls nach der Installation vom Digilent Plugin Xilinx Impact abstürzt (SegFault), sobald man "Cable Setup" anklickt, könnte [http://www.mikrocontroller.net/topic/254522#2653234 dieser Hinweis] hilfreich sein.<br />
<br />
===PDF Viewer (Could not find PDF Viewer)===<br />
<br />
Irgendwie hat Xilinx die Konfigurationsmöglichkeit für den PDF-Viewer vergessen.<br />
Durch folgenden Eintrag in die .qt/xilinxrc verschwindet die Fehlermeldung "Could not find PDF Viewer":<br />
<br />
<pre><br />
8.2i/Gq/PDFViewer=/usr/bin/xpdf %1<br />
</pre><br />
<br />
==Anwendung==<br />
<br />
===ERROR:Simulator:222===<br />
<br />
Wer bei der Simulation die Fehlermeldung "ERROR:Simulator:222 - Generated C++ compilation was unsuccessful" erhält, sollte die Dateien<br />
<pre><br />
./gnu/gcc/3.2.3/lin/i686-pc-linux-gnu/bin/ld<br />
./gnu/gcc/3.2.3/lin/bin/ld<br />
</pre><br />
im Xilinx-Installationspfad umbenennen. Siehe auch:<br />
http://groups.google.de/group/comp.arch.fpga/msg/3f6c44c16d3a3f85<br />
<br />
===ERROR:Simulator:170===<br />
<br />
Falls die Simulation mit der Fehlermeldung<br />
<br />
<pre><br />
ERROR:Simulator:170 - work/counter/Behavioral is not compiled properly.<br />
Please recompile work/counter/Behavioral in file<br />
"C:/projects/Xilinx/tutorial2/counter.vhd" without -incremental option.<br />
ERROR:Simulator:199 - Failed when handling dependencies for entity<br />
counter_tbw, architecture testbench_arch <br />
</pre><br />
<br />
abbricht, kann dies ggf. daran liegen, dass der Pfad zu dem Projektverzeichnis ein Leerzeichen oder einen '.' enthält. Zumindest kann das manchmal Abhilfe schaffen.<br />
<br />
===ERROR:Simulator:607===<br />
<pre><br />
ERROR:Simulator:607 - ISE Simulator is unable to elaborate this design due to<br />
specific coding constructs used in the design. Xilinx is actively working on<br />
reducing the number of conditions where this error occurs. For more<br />
information on this error, please consult Answer Record 24067 in Answers<br />
Database at http://www.xilinx.com/support. <br />
</pre><br />
<br />
Nicht ganz klar was das verursacht...<br />
Bei mir liess er sich uebrreden es dennoch zu simulieren indem ich wahllos <br />
synthetisiert / place n route / ... gemacht hab<br />
Danach ging es aufeinmal...<br />
Wobei ich auch noch die ld files gelöscht hab:<br />
./gnu/gcc/3.2.3/lin/i686-pc-linux-gnu/bin/ld<br />
./gnu/gcc/3.2.3/lin/bin/ld<br />
--Sssssss<br />
<br />
[[Kategorie:Xilinx ISE]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105778Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T14:57:35Z<p>Rfr: /* Rechenschaltungen */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
== Rechenschaltungen ==<br />
<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
Der Integrator wird verwendet, um die Integration eines Signales vorzunehmen. Sein Verhalten entspricht im wesentlichem der mathematischen Integration.<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
DerDifferentiator wird verwendet, um die Differrntation eines Signales vorzunehmen. Durc die Eigenschaften des OPAmp wird diese Schaltung selten verwendet.<br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
<br />
=== Potenzieren ===<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105777Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T13:20:25Z<p>Rfr: /* Der Multiplizierer (Mischer) */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
== Rechenschaltungen ==<br />
<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
Der Integrator wird verwendet, um die Integration eines Signales vorzunehmen. Sein Verhalten entspricht im wesentlichem der mathematischen Integration.<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105776Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T13:19:58Z<p>Rfr: /* Der Potentialdifferenzverstärker */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Multiplizierer (Mischer) ===<br />
<br />
<br />
== Rechenschaltungen ==<br />
<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
Der Integrator wird verwendet, um die Integration eines Signales vorzunehmen. Sein Verhalten entspricht im wesentlichem der mathematischen Integration.<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105775Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T13:18:14Z<p>Rfr: /* Rechenschaltungen */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Multiplizierer (Mischer) ===<br />
<br />
<br />
== Rechenschaltungen ==<br />
<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
Der Integrator wird verwendet, um die Integration eines Signales vorzunehmen. Sein Verhalten entspricht im wesentlichem der mathematischen Integration.<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105774Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T13:17:54Z<p>Rfr: /* Der Integrator */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Multiplizierer (Mischer) ===<br />
<br />
<br />
=== Rechenschaltungen ===<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
Der Integrator wird verwendet, um die Integration eines Signales vorzunehmen. Sein Verhalten entspricht im wesentlichem der mathematischen Integration.<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105773Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T11:55:18Z<p>Rfr: /* Der Integrator */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Multiplizierer (Mischer) ===<br />
<br />
<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
Der Integrator wird verwendet, um die Integration eines Signales vorzunehmen. Sein Verhalten entspricht im wesentlichem der mathematischen Integration.<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=105772Operationsverstärker-Grundschaltungen2022-12-30T11:51:33Z<p>Rfr: /* Der Multiplizierer (Mischer) */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
[[Bild:Opamp-symbol.png]]<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
* <math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
* <math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleinste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit, wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Multiplizierer (Mischer) ===<br />
<br />
<br />
=== Der Integrator ===<br />
<br />
<br />
=== Der Differentiator ===<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Siehe auch =<br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass]]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/396747#4567112 Forumsbeitrag]: Pegelanpassung 0 bis 3V auf -15 bis +20V<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/466046?goto=5686087#5686087 Forumsbeitrag]: Strommessung an der Versorgungsspannung, Fehlerbetrachtung und verbesserte Schaltung<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/510652?goto=6542833#6542656 Forumsbeitrag]: "bouncing ball" Schaltung gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/512469#6575560 Forumsbeitrag]: Maximum von zwei 4-20mA Eingängen auf einen 4-20mA Ausgang bilden<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/514936#new Forumsbeitrag]: 1500V Linearverstärker<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/519089#6704061 Forumsbeitrag]: Suche OpAmp RRIO bis 36V out<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/524737?goto=6822386#6820279 Forumsbeitrag]: Sinusgenerator mit HV-Endstufe gesucht<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/532820?goto=6981066#6980991 Forumsbeitrag]: Differenzverstärker für hohe Eingangsspannungen<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/158333?goto=2439071#2439071 Forumsbeitrag]: Audioverstärker mit +/-120V Ausgangsspannung<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf AN-31] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[https://e2echina.ti.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/00-52-01-00-00-04-59-46/OP-amp-for-everyone.pdf Op Amps for Everyone], sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung, englisch <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf, ebenso http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
* [https://sound-au.com/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App], Berechnung von OPVs<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/operationsverstaerker.htm Grundlagen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.elektronikinfo.de/strom/op_rauschen.htm Rauschverhalten von OpAmps]<br />
* [https://www.edn.com/class-ab-inverting-amp-uses-two-floating-amplifier-cells/ Class AB inverting amp uses two floating-amplifier cells], HV-Verstärker mit +/-500V Ausgangsspannung<br />
* [https://www.youtube.com/watch?v=qNeOWJz2oUw#t=21m11s A deeper insight into Differential Amplifiers with high common mode voltage], Youtube-Video<br />
<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Standardbauelemente&diff=103067Standardbauelemente2021-01-24T13:29:23Z<p>Rfr: /* Shuntregler/Spannungsreferenz */</p>
<hr />
<div>Gerade Neulinge kennen das Problem: Man hat eine tolle Schaltung mit vielen Operationsverstärkern, Spannungsreglern, Logikbausteinen, ADCs, was auch immer entwickelt und jetzt geht's an die Realisierung.<br />
<br />
Aber welche Bausteine nehmen in dem Wust der Angebote? Also erstmal auf die Seiten der Hersteller und die Produktpalette durchforsten. Nach einigen Stunden gewissenhafter Recherche hat man dann endlich alle Bauteile beisammen und will bestellen. Und dann kommt das böse Erwachen: Einige Bauelemente gibt's nur bei Reichelt, andere nur bei Conrad. Farnell hat zwar das meiste, aber da kann man als Privatperson leider nicht bestellen. Manche ICs bekommt man nur in 1000er Stückzahlen oder sind halt einfach nur viel zu teuer.<br />
<br />
Nach einigen Jahren praktischer Erfahrung hat man dann seine "Standardbauelemente", die man immer wieder verwendet. Dieser Artikel soll helfen andere von dieser Erfahrung profitieren zu lassen. Ähnliche Anregungen findet man auch in der [http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.2 de.sci.electronics-FAQ: Grundausstattung des Bastlers].<br />
<br />
<br />
== Hinweise ==<br />
Hier soll eine Liste von häufig anzutreffenden, preiswerten und verfügbaren Standardbauelementen entstehen. Diese Liste soll knapp und bündig sein, für technische Daten wird auf die Datenblätter verwiesen. Hier gilt: "weniger ist mehr", exotische Bauelemente sind also unerwünscht. Für hier gelistete Typen sollte gelten:<br />
* für Privatpersonen verfügbar<br />
* preiswert (nicht billig)<br />
<br />
Nicht gelistet werden sollen:<br />
* hunderte Typen, die alle den gleichen Zweck erfüllen, aber keinen Mehrwert bringen. Stattdessen auf die bekanntesten / preiswertesten beschränken.<br />
* Details. Stattdessen die Felder "Besonderheiten" und "Anwendungen" benutzen, z.&nbsp;B. "I²C, 12bit" bei Besonderheiten für einen ADC oder "Präzision, Audio" bei Anwendungen für einen OpAmp.<br />
<br />
Wer eine Sparte, oder eine Anwendung vermisst, aber selber nichts dazu beitragen kann: Einfach hinzufügen. Wer z.&nbsp;B. einen HF OpAmp sucht und hier nicht fündig wird sollte also eine neue Zeile einfügen und in die Spalte Anwendungen "HF" eintragen. Vielleicht kann ja jemand den Rest der Zeile füllen.<br />
<br />
Immer den Grundtypen listen und nicht eine der Varianten, und schon gar nicht alle Varianten einzeln! Also z.&nbsp;B. "LM324" statt "LM324N".<br />
<br />
Wenn möglich Direktlinks auf Datenblätter vermeiden und eine Suchmaschine befragen: "http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=lm324_also_zumindest_so_ähnlich_denn_die_suchmaschine_sucht_hier_nicht_mehr_nach_lm324"<br />
* so werden alle Varianten gefunden<br />
* und tote Links vermieden<br />
<br />
Die wichtigsten, allgemeinen Standard-Typen ganz oben in der Tabelle listen, danach erst die Spezialtypen für bestimmte Anwendungen.<br />
<br />
Und weil es mir so wichtig ist nochmal: Ich rufe geradezu dazu auf, überflüssige, unverfügbare Typen zu löschen!<br />
<br />
= Aktive Bauelemente =<br />
== Analog ==<br />
<br />
=== Transistoren ===<br />
''Siehe auch:'' '''[[Transistor-Übersicht#NPN|Transistor-Übersicht]]'''<br />
====NPN====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BC337 BC337]<br />
| 0,04<br />
| Standardtyp (SMD: [http://www.mikrocontroller.net/part/BC817 BC817])<br />
| bis ~300mA sinnvoll<br />
| R,D,P,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.google.de/search?num=100&hl=de&q=datasheet+bc337+filetype%3Apdf&btnG=Suche&meta=lr%3Dlang_de%7Clang_en PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MMBT2222A MMBT2222A]<br />
| 0,05<br />
| SMD Standardtyp <br />
| bis ~ 300mA sinnvoll <br />
| R,D<br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDEX=0;FILENAME=A100%252F2N2222ASMD%2523FAI.pdf;SID=29Jo9LE6wQAR0AADnPx904c70c3257c398b8b92e44b2052e44b2f PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BC547 BC547]<br />
| 0,03<br />
| Standardtyp, [http://www.mikrocontroller.net/part/BC847 (SMD BC847)]<br />
| bis ~50mA sinnvoll<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I], P<br />
| [http://www.semiconductors.philips.com/acrobat_download/datasheets/BC847_BC547_SER_6.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BC635 BC635]/[http://www.mikrocontroller.net/part/BC639 BC639]<br />
| 0,07<br />
| andere Pinbelegung als BC547 (= BD135 in anderem Gehäuse)<br />
| bis ~500mA sinnvoll<br />
| R,D<br />
| [http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/BC635_BCP54_BCX54_6.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BD433 BD433]/[http://www.mikrocontroller.net/part/BD437 BD437]<br />
| 0,19<br />
| niedrige Sättigungsspannung<br />
| bis ~2A sinnvoll<br />
| R<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/BD%2FBD435.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TIP41C TIP41C]<br />
| 0,24<br />
| Ptot: 65W, geringe Stromverstärkung (max.75)<br />
| Grenzwert 10A<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fairchild/TIP41C.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TIP102 TIP102]<br />
| 0,42<br />
| Ptot bis 80W mit Kühlkörper, hohe Stromverstärkung von über 1000 über einen sehr großen Bereich (Darlington).<br />
| Grenzwert 8A<br />
| R<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/TI%2FTIP102.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TIP3055 TIP3055]<br />
| 0,75<br />
| Ptot bis 90W mit Kühlkörper, Stromverstärkung sehr niedrig (bei großen Strömen << 100)<br />
| Grenzwert 15A <br />
| R<br />
| [http://www.ortodoxism.ro/datasheets/PowerInnovations/mXvutwr.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/2N6284 2N6284]<br />
| 4,50<br />
| Lin. NPN-PowerDarlington, Ptot bis 160W, Stromverstärkung ~ 750<br />
| 100V Ic 20A <br />
| R<br />
| [http://www.ortodoxism.ro/datasheets/SGSThomsonMicroelectronics/mXvsruq.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
====PNP====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BC327 BC327]<br />
| 0,04<br />
| Komplementärtyp zu [http://www.mikrocontroller.net/part/BC337 BC337]<br />
| bis ~300mA sinnvoll<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.google.de/search?num=100&hl=de&q=datasheet+bc327+filetype%3Apdf&btnG=Suche&meta=lr%3Dlang_de%7Clang_en PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BC557 BC557]<br />
| 0,03<br />
| Komplementärtyp zu [http://www.mikrocontroller.net/part/BC547 BC547]<br />
| bis ~50mA sinnvoll<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.semiconductors.philips.com/acrobat_download/datasheets/BC556_557_4.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BC636 BC636]/[http://www.mikrocontroller.net/part/BC640 BC640]<br />
| 0,07<br />
| Komplementärtyp zu [http://www.mikrocontroller.net/part/BC635 BC635]<br />
| bis ~500mA sinnvoll<br />
| R,D<br />
| [http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/BC640_BCP53_BCX53_6.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TIP2955 TIP2955]<br />
| 0,75<br />
| Ptot bis 90W mit Kühlkörper<br />
| Grenzwert 15A<br />
| R<br />
| [http://www.ortodoxism.ro/datasheets/motorola/TIP2955.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
====N-MOSFET====<br />
''Siehe auch:'' '''[[MOSFET-Übersicht#N-Kanal_MOSFET|MOSFET-Übersicht]]'''<br />
<br />
BUZ10, BUZ11 etc. sind wie alle BUZ Typen ziemlich veraltet. Bitte nicht listen; es gibt fast immer was besseres von IRF.<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRF1010N IRF1010N]<br />
| 0,78<br />
| max 50V, max 85A, 11 mOhm On-Widerstand<br />
| Alles, was mit POWER zu tun hat ...<br />
| R<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf1010n.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRF1404 IRF1404]<br />
| 0,96<br />
| max 40V, max 162A, 4 mOhm, 200W<br />
| sehr geringer Rds, TO-220<br />
| R<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf1404.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLZ34N IRLZ34N]<br />
| 0,41<br />
| max 55V, max 30A, 35 mOhm On-Widerstand<br />
| Gatespannung kompatibel mit 5V-Controllern.<br />
| R, D, [https://www.IT-WNS.de/ I], C<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlz34n.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLML2502 IRLML2502]<br />
| 0,17<br />
| max 20V, max 4,2A (cont.), 45 mOhm On-Widerstand<br />
| SOT23 SMD-FET, extrem niedrige V_GS_th, bei niedrigem R_DS_on<br />
| R, D<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irlml2502.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BS170 BS170]<br />
| 0,10<br />
| max 60V, bis 500mA, 5Ω On-Widerstand<br />
| veraltete Technik, aber in bastelfreundlichem TO-92 Gehäuse<br />
| R,D<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/BS/BS170.pdf PDF] (Fairchild)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BSS123 BSS123]<br />
| 0,05<br />
| max 100V, max 170mA (cont.), Thresholdspannung 1,7V, On-Widerstand 1,3Ω<br />
| SOT23 SMD-FET, auch für 3V3-versorgte Schaltungen bestens geeignet<br />
| R,D<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/BS/BSS123.pdf PDF] (Fairchild)<br />
|-<br />
| BUK100-50GL <br />
| 1,15<br />
| Logic-Level Power<br />
| <br />
| R<br />
| [http://www.nxp.com/pip/BUK100-50GL_1.html PDF] (NXP)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLIZ44N IRLIZ44N]<br />
| 1,45<br />
| Logic-Level Power 30A 55V 22mohm<br />
| TO-220<br />
| R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
|<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLR2905 IRLR2905]/[http://www.mikrocontroller.net/part/IRLU2905 IRLU2905]<br />
| 0,60<br />
| Logic-Level Power 36A 55V RDS=27 mOhm<br />
| D-Pak <br />
| R, C, P<br />
|<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLU3410 IRLU3410]<br />
| 0,71<br />
| Logic-Level Power, 100V, 17A, 105mOhm RDS(on), I-PAK<br />
| <br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Datasheets-303/37622.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRF7301 IRF7301]<br />
| 0,91<br />
| Dual N-MOSFET mit nur 70mOhm RDS(on) bei 2.7 V, SO-8<br />
| Laststromschaltung bei kleinen Spannungen, z.&nbsp;B. an Akkus<br />
| C, R<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7301.pdf PDF] <br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PMV30UN PMV30UN]<br />
| 0,35<br />
| max 20V, 5.7A (5s), <36mOhm(@4.5V), <63mOhm(@1.8V) On-Widerstand, Ultra-Low-Level: 1.8V.<br />
| SOT-23 SMD, Treiber f&uuml;r Microcontroller-Ausg&auml;nge, Motortreiber, Verpolschutz.<br />
| D<br />
| (NXP)<br />
|}<br />
<br />
====P-MOSFET====<br />
''Siehe auch:'' '''[[MOSFET-Übersicht#P-Kanal_MOSFET|MOSFET-Übersicht]]'''<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLML6401 IRLML6401]<br />
| 0,20<br />
| max -12V, ca -4,3A (cont.), ca. 0,05Ω On-Widerstand (bei VGS -4,5V)<br />
| SOT-23 SMD FET, extrem niedrige V_GS_th, bei niedrigem R_DS_on<br />
| R, D<br />
| [https://www.infineon.com/dgdl/irlml6401pbf.pdf?fileId=5546d462533600a401535668b96d2634 PDF] Infineon<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRLML6402 IRLML6402]<br />
| 0,21<br />
| max -20V, ca -3,7A (cont.), ca. 0,05Ω On-Widerstand (bei VGS -4,5V)<br />
| SOT-23 SMD FET, extrem niedrige V_GS_th, bei niedrigem R_DS_on<br />
| R<br />
| [https://www.infineon.com/dgdl/irlml6402pbf.pdf?fileId=5546d462533600a401535668d5c2263c PDF] Infineon<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRF7220 IRF7220]<br />
| 0,50<br />
| max -14V, ca -10A (cont.), ca. 0,02Ω On-Widerstand<br />
| Gehäuse SO-8, brauchbar in 3,3V Systemen<br />
| R<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7220.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRFR5305 IRF5305]<br />
| 0,56<br />
| max -55V, -31A (cont.), ca. 0,065Ω On-Widerstand<br />
| Gehäuse D-Pak (SMD, TO-252AA), Uth=-2 bis -4V<br />
| R<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfr5305.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BS250 BS250]<br />
| 0,26<br />
| max -45V, bis -230mA (cont.), 14 (und mehr) Ohm On-Widerstand<br />
| veraltete Technik aber in bastelfreundlichem TO-92 Gehäuse von R lieferbar <br />
| R<br />
| [http://www.vishay.com/docs/70209/70209.pdf PDF] (Vishay)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/NDS0610 NDS0610]<br />
| 0,07<br />
| max -60V, bis -120mA (cont.), 20 (und mehr) Ohm On-Widerstand<br />
| SOT-23 SMD Gehäuse Anwendung z.&nbsp;B. als [http://www.mikrocontroller.net/topic/42113#317220 Verpolschutz mit geringem Spannungsabfall]<br />
| R, D DK<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/ND%2FNDS0610.pdf PDF] (Fairchild)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PMV33UPE PMV33UPE]<br />
| 0.52<br />
| max -20V, 5.3A (5s), <36mOhm(@4.5V), <65mOhm(@1.8V) On-Widerstand, Ultra-Low-Level: 1.8V.<br />
| SOT-23 SMD, Treiber f&uuml;r Microcontroller-Ausg&auml;nge, Motortreiber, Verpolschutz.<br />
| D<br />
| (NXP)<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
====MOSFET-Pärchen====<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/IRF7389 IRF7389]<br />
| 0,51<br />
| 30 V, >2,5 A, 30/60 mOhm On-Widerstand<br />
| Gehäuse SO-8<br />
| D,R<br />
| [http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7389.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Dioden ===<br />
==== Standarddioden ====<br />
''Siehe auch:'' '''[[Dioden-Übersicht]]'''<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/1N4148 1N4148]<br />
| 0,02<br />
| Kleinsignal-Gleichrichterdiode<br />
| 75V/150mA<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/1N/1N4148.pdf D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/1N4007 1N4001]..[http://www.mikrocontroller.net/part/1N4007 1N4007]<br />
| 0,02<br />
| Mehrzweck-Gleichrichterdiode, 1N4001..1N4007 mit gestaffelter Sperrspannung<br />
| 1A 50..1000V<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.fairchildsemi.com/ds/1N/1N4001.pdf D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/UF4001 UF4001]..[http://www.mikrocontroller.net/part/UF4007 UF4007]<br />
| 0,06 - 0,07<br />
| UltraFast-Gleichrichterdiode, gestaffelte Sperrspannung, trr<50ns bzw 75ns<br />
| 1A<br />
| R, D<br />
| [http://www.ortodoxism.ro/datasheets/vishay/uf4001.pdf Datenblatt]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/1N5400 1N5400]..[http://www.mikrocontroller.net/part/1N5408 1N5408]<br />
| 0,06<br />
| Mehrzweck-Gleichrichterdiode, 1N5400..1N5408 mit gestaffelter Sperrspannung<br />
| 3A, 50..1000V<br />
| R, D<br />
| [http://www.ortodoxism.ro/datasheets/fairchild/1N5401.pdf D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/UF5404 UF5404], [http://www.mikrocontroller.net/part/UF5408 UF5408]<br />
| 0,11 bzw 0,22<br />
| UltraFast-Gleichrichterdiode, gestaffelte Sperrspannung, trr<50ns bzw 75ns<br />
| 3A, 50..1000V<br />
| R<br />
| [http://www.vishay.com/docs/88756/uf5400.pdf D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BAT46 BAT46]<br />
| 0,10<br />
| Kleinsignal-Schottky-Diode<br />
| 150mA<br />
| D,R<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=BAT46 D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BAT54 BAT54(A/C/S)]<br />
| 0,04<br />
| sehr schnelle Kleinsignal-(Doppel-)Schottky-Diode<br />
| 200mA<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=BAT54 D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/SB120 SB120]..[http://www.mikrocontroller.net/part/SB160 SB160]<br />
| 0,13<br />
| Schottky-Diode<br />
| 1A 20-60V<br />
| R,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=SB140 D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/1N5817 1N5817]..[http://www.mikrocontroller.net/part/1N5819 1N5819]<br />
| 0,15<br />
| Schottky-Diode, sehr ähnlich zu SB120-140<br />
| 1A 20/30/40V<br />
| R, D, C, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=1N5819 D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/1N5822 1N5822]<br />
| 0,16<br />
| Schottky-Diode<br />
| 3A 40V<br />
| R<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=1N5822 D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BA159 BA159]<br />
| 0,051<br />
| Standard-Diode<br />
| HF 1A 1000V<br />
| R<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=BA159 D]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BAV99 BAV99]<br />
| 0,041<br />
| Standard-Doppeldiode, SOT-23<br />
| ESD-Schutz<br />
| R<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=BAV99 D]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
==== Z-Dioden ====<br />
Nahezu jeder Lieferant von Elektronikbauteilen hat [[Diode#Z-Diode|Z-Dioden]] im Sortiment. Meist gliedert sich das Angebot in die 0,5W und 1,3W-Typen. Für den Handapparat sind fertig gefüllte Sortierkästen eine gute Wahl. Sie enthalten 10-20 Stück jeder Spannung einer Leistungsklasse. Wer weniger braucht, dem seien einige Standardanwendungsfälle angeraten:<br />
* Querregler für kleinste Leistungen, typ. Spannungen 3.3V, 5,1V, 9V, 12V<br />
* Spannungsbegrenzung an MOSFET-Gates 10V<br />
* Bereitstellung von Referenzspannungen 2,4V-15V (bis 10V in 0,3V-Schritten, darüber 1V-Schritte)<br />
* Die Spannung von Z-Dioden unterhalb von 5V ist stark vom Strom abhängig und die Nennspannung wird je nach Typ bei unterschiedlichem Strom spezifiziert, so dass bei verschiedenen 3,3V Typen recht verschiedene Spannungen auftreten können<br />
<br />
==== Suppressordioden ====<br />
Suppressordioden sind praktisch Z-Dioden mit hoher Pulsleistung bei kleiner Bauform. Es gibt diese für Kleinspannung und Hochspannung (Netzanwendungen), wo sie in eingen Fällen Varistoren zur Spannungsbegrenzung ersetzen können. Die Kennlinie von Varistoren ist „weicher“ und erlaubt keine so präzise Spannungsbegrenzung wie mit Suppressordioden. Für Wechselspannungsanwendungen gibt es auch solche mit zwei antiseriellen Z-Dioden gleicher Durchbruchsspannung.<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="suppressordioden"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| P6KExxxA<br />
| <br />
| THT, 600W, 6,8-440V, unidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| P6KExxxCA<br />
| <br />
| THT, 600W, 6,8-440V, bidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| 1V5KExxxA<br />
| <br />
| THT, 1500W, 6,8-440V, unidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| 1V5KExxxCA<br />
| <br />
| THT, 1500W, 6,8-440V, bidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| SMAJxxxA<br />
| <br />
| SMD, 400W, 5-440V, unidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| SMAJxxxCA<br />
| <br />
| SMD, 400W, 5-440V, biidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| SMBJxxxA<br />
| <br />
| SMD, 600W, 5-440V, unidirektional<br />
| <br />
| <br />
|-<br />
| SMBJxxxCA<br />
| <br />
| SMD, 600W, 5-440V, biidirektional<br />
| <br />
| <br />
|}<br />
<br />
==== Leuchtdioden====<br />
Die Auswahl an [[LED|Leuchtdioden]] übersteigt die 2000 Typen. Sie unterscheiden sich nicht nur in der Farbe, der Form und den Bauweisen, auch die Leuchtstärke und der dafür notwendige Strom sind Auswahlkriterien. Wie bei den Z-Dioden sind Sortimente im Fall von Unsicherheit die beste Wahl. Ansonsten sind:<br />
* für Anzeigezwecke Leuchtstärken von 2-50 mcd ausreichend, zumal die Abstrahlwinkel über 90° liegen. <br />
* Bis 2000 mcd sind bereits Schutzmaßnahmen notwendig, denn bei 30° Abstrahlwinkel ist es fürs Auge bereits gefährlich<br />
* Mehr als 4000 mcd sind schon sehr hell, selten sind die Abstrahlwinkel allerdings größer als 15°<br />
<br />
RGB-LEDs gibt es in drei Grundkonfigurationen. Die gemeinsame Anode (common anode) erlaubt die Open-Collector-Ansteuerung der einzelnen Farben per NPN-Transistor. Für die gemeinsame Katode (common cathode) muss man dann einen PNP-Transistor einsetzen oder spezielle Anzeigentreiber. Letztere setzen zu einem wesentlichen Teil auf gemeinsame Katode. Die Ansteuerung mit Logik-Ausgängen hängt davon ab, wieviel Strom der Ausgang verträgt (sink, common anode) oder liefert (source, common cathode).<br />
Die dritte Version enthält einen Deserialisierungs- und PWM-Ansteuerchip, am bekanntesten ist WS8212.<br />
Alle RGB-LEDs sind ''Hybridschaltungen'', bestehen also aus mehreren Chips.<br />
Wegen der verschiedenen Halbleitermaterialien, etwa GaP, GaN und InGaN.<br />
Man braucht sich daher über „schielende“ Billig-RGB-LEDs nicht zu wundern.<br />
<br />
Leistungs-LEDs, die 0,3 A und mehr vertragen, gehören nicht zu den Standardbauteilen, erfreuen sich aber großer Beliebtheit. Da sie grundsätzlich der Kühlung bedürfen und in SMD-Bauweise gefertigt werden, ist der Kauf auf fertigen Kühlträgern empfehlenswert. Diese lassen sich auf größere Kühlkörper schrauben und bieten gut lötbare Anschlussflächen. Die früher beliebten sternförmigen Träger sind inzwischen nicht mehr erhältlich.<br />
<br />
Eine Sammlung aus je 10 LEDs der Farben rot, grün, gelb und weiß, 5 mm Durchmesser und ca. 30 mcd, zzgl. 20 Widerstände 330 Ohm (1/4 W) sind für 5 V und das Steckbrett völlig ausreichend. Für die Unterstützung (warm-)weißer Leistungs-LEDs (je ca. 90 lm) müssen schon Typen mit >2000 mcd (bevorzugt gelb oder orange) vorgesehen werden.<br />
<br />
=== Instrumentenverstärker ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="transistors-npn"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/INA128 INA128]<br />
| 6,37<br />
| Verstärkung über 1 Widerstand einstellbar<br />
| Brückenverstärker , Datenerfassung<br />
| F<br />
| [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina128.pdf#search=%22ina128%22 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/INA326 INA326]<br />
| 3 <br />
| Low Power, läuft an 3.3 oder 5 V<br />
| Medizintechnik (EKG), Sensoren<br />
| DK, C<br />
| [http://www.ti.com/lit/gpn/ina326 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/AD620 AD620]<br />
| 8<br />
| Standardtyp<br />
| EKG, EEG, Brückenverstärker<br />
| R, RS, DK<br />
| [http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/37793330023930AD620_e.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Operationsverstärker ===<br />
<br />
Es sind die ''typical values'' bei ''25°C'' angegeben. Falls es selektierte Versionen gibt (z.&nbsp;B. LM358'''A''') ist der schlechtere Wert des Standardteils angegeben.<br />
<br />
Bei den R2R output Werten immer die Last RL in Ohm mitangeben, ansonsten sind die Werte relativ sinnlos. Teilweise steht auch dabei für welche Versorgungsspannung dies gilt.<br />
Vcc ist Versorgungs-Plus. Vee ist Versorgungs-Minus.<br />
<br />
Bei der Stromaufnahme (supply current) ist der Strom pro IC angegeben. Weil es besser aussieht, ist sie in den Datenblättern oft pro OPV angegeben und muss z.&nbsp;B. bei einem Quad noch mit vier multipliziert werden.<br />
<br />
Der Preis ist für Einzelstücke angegeben und entspricht meistens dem bei Reichelt.<br />
<br />
''' ''Siehe auch:'' [http://www.rn-wissen.de/index.php/Operationsverst%C3%A4rker#Liste_g.C3.A4ngiger_Typen_von_Operationsverst.C3.A4rkern RN - Liste gängiger Typen von Operationsverstärkern]'''<br />
<br />
<center>Die Tabelle lässt sich mit einem Klick auf die Überschriften '''sortieren'''.</center><br />
{| {{Tabelle}} style="font-size:80%" class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- style="writing-mode:sideways-lr"<br />
! Bezeichnung<br />
! OPVs<br />
! Unity- Gain in&nbsp;MHz<br />
! Slew-Rate in V/µs<br />
! <small>Input Offset Spannung in mV</small><br />
! Input Offset Strom<br />
! Input Bias Strom<br />
! R2R in<br />
! R2R out @RL&nbsp;Vcc<br />
! Strom- aufnahme in mA<br />
! Bemerkung<br />
! Daten- blatt<br />
! Lieferant<br />
! Preis (&euro;)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM358 LM358] / [http://www.mikrocontroller.net/part/LM324 LM324]<br />
| 2 / 4<br />
| 1<br />
| 0,5<br />
| 3<br />
| 5 nA<br />
| 45 nA<br />
| Vcc-2V Vee-0,1V<br />
| Vcc-1,5V Vee+5mV @10kΩ 5V<br />
| 0,8<br />
| Standard-OP, Vcc=3V-30V, I<sub>sink</sub>=15mA I<sub>source</sub>=30mA I<sub>sink-max</sub>=40mA<br />
| [http://www.ti.com/lit/gpn/lm358 PDF(358)] / [http://www.ti.com/lit/gpn/lm324 PDF(324)]<br />
| alle<br />
| 0,19<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TL072 TL072]<br />
| 2<br />
| 3<br />
| 13<br />
| 3<br />
| 5 pA<br />
| 65 pA<br />
| Vcc-0V Vee+3V<br />
| Vcc-1,5V Vee+1,5V @10kΩ 30V<br />
| 2,8<br />
| Standard Audio, Low Noise/JFET Eingang, Quad-Version: TL074, single: TL071(mit Offsetkorr.)<br />
| [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tl072.pdf PDF]<br />
| alle<br />
| 0,17<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/NE5532 NE5532]<br />
| 2<br />
| 10<br />
| 9<br />
| 0,5<br />
| 10 nA<br />
| 500 nA<br />
| <br />
| Vcc-2V Vee+2V @600Ω 30V<br />
| 8<br />
| Standard Audio OP, treibt 600Ω, Iout=35mA<br />
| [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ne5532.pdf PDF]<br />
| alle<br />
| 0,23<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MAX4238 MAX4238/4239]<br />
| 1<br />
| MAX4238: 1.0, MAX4239: 6.5<br />
| MAX4238: 0.35, MAX4239: 1.6<br />
| 0,0001<br />
| 2 pA<br />
| 1 pA<br />
| Vcc+0.3V Vee-0.3V<br />
| Vcc-4mV Vee+4mV @10kΩ / Vcc-35mV Vee+35mV @1kΩ<br />
| 0.6 @Vcc=5.5V<br />
| very low offset ("zero offset") 0.1µV, Rail2Rail, Vcc=2.7-5.5V, MAX4239: min. Gain x10<br />
| [http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX4238-MAX4239.pdf PDF]<br />
| F, (R MAX4238)<br />
| 2,55 (1,45)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/OPA333 OPA333]<br />
| 1<br />
| 0.350<br />
| 0.16<br />
| 0.002<br />
| 140 pA<br />
| 70 pA<br />
| Vcc+0.1V Vee-0.1V<br />
| Vcc-30mV Vee+30mV @10kΩ<br />
| 0.017<br />
| micro power, low offset 2µV, Rail2Rail, Vcc=1.8-5.5V, SOT23-5 SO-8, Dual:OPA2333<br />
| [http://focus.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=opa333&fileType=pdf PDF]<br />
| F<br />
| 3,60<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/OPA335 OPA335]<br />
| 1<br />
| 2<br />
| 1.6<br />
| 0.001<br />
| 120 pA<br />
| 70 pA<br />
| Vcc-1.5V Vee-0.1V<br />
| Vcc-15mV Vee+15mV @10kΩ, Vcc-1mV Vee+1mV @100kΩ<br />
| 0.285<br />
| low offset 1µV, Rail2Rail, Vcc=2.7-5.5V, SOT23-5 SO-8, Dual:OPA2335<br />
| [http://focus.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=opa335&fileType=pdf PDF]<br />
| F<br />
| 3,50<br />
<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TL062 TL062]<br />
| 2<br />
| 1<br />
| 3<br />
| 3<br />
| 5 pA<br />
| 30 pA<br />
| <br />
| <br />
| 0,4<br />
| Low Power/JFET Eingang, veraltet<br />
| [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tl062.pdf PDF]<br />
| alle<br />
| 0,17<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TS912 TS912]<br />
| 2<br />
| 1 @5V<br />
| 0,8 @5V<br />
| 2-10<br />
| 1 pA<br />
| 1 pA<br />
| Vcc+0,2V Vee-0,2V over the rail<br />
| Vcc-0,05V Vee+0,04V @10kΩ 5V<br />
| 0,4<br />
| Standard Rail2Rail Typ, Vcc=2,7-16V, Iout=40mA, Quad: TS914<br />
| [http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/2325/ts912.pdf PDF]<br />
| alle<br />
| 0,80<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LMC6484 LMC6484]<br />
| 4<br />
| 1,5<br />
| 0,9<br />
| 3<br />
| 2 pA<br />
| 4 pA<br />
| Vcc+0,2V Vee-0,2V over the rail<br />
| Vcc-0,2V Vee+0,2V @2kΩ 5V<br />
| 3<br />
| Iout=16mA@5V Iout=28mA@15V<br />
| [http://www.national.com/ds.cgi/LM/LMC6484.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 2,35<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/OPA2340 OPA2340]<br />
| 2<br />
| 5,5<br />
| 6<br />
| 0,150<br />
| 1 pA<br />
| 1 pA<br />
| Vcc+0,5V Vee-0,5V over the rail<br />
| Vcc-0,04V Vee+0,04V @2kΩ<br />
| 1,5<br />
| CMOS Vcc=2,5V - 5,5V<br />
| [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opa4340.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 1,65<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LF356 LF356]<br />
| 1<br />
| 5<br />
| 12<br />
| 3<br />
| 3 pA<br />
| 30 pA<br />
| Vcc'''+'''0,1V Vee+3V <br />
| Vcc-2V Vee+2V @10kΩ 30V<br />
| 5<br />
| high bandwidth J-FET, Settling-Time = 1,5µs @0.01% error-voltage, Eingang knapp über Vcc, <br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A200%252FLF355_LF356_LF357%2523STM.pdf; PDF]<br />
| alle<br />
| 0,50<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/OP07 OP07]<br />
| 1<br />
| 0,6<br />
| 0,3<br />
| 0,030<br />
| 0,4 nA<br />
| 1 nA<br />
| Vcc-1,5V Vee+1,5V<br />
| Vcc-2,2V Vee+2,2V @2kΩ 15V<br />
| 0,7 - 2,5<br />
| geringer Offset <80µV je nach Hersteller<br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDEX=0;FILENAME=A200%252FOP07%2523AD.pdf; PDF]<br />
| alle<br />
| 0,25<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LMC6062 LMC6062]<br />
| 2<br />
| 0,1<br />
| 0,015<br />
| 0,1<br />
| 0,01 pA max:2pA<br />
| 0,01 pA max:4pA<br />
| <br />
| Vcc-0,05V Vee+0,05V @25kΩ 5V<br />
| 0,045<br />
| Precision, Micropower, CMOS, Is~40µA (typ.), Iout=8mA<br />
| [http://www.national.com/ds.cgi/LM/LMC6062.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 2,05<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM4250 LM4250]<br />
| 1<br />
| 0,3-0,01<br />
| 1-0,001<br />
| 3-5<br />
| 3-10 nA<br />
| 8-50 nA<br />
| Vcc-0,6V Vee+0,6V<br />
| Vcc-0,6V Vee+0,6V @10kΩ 3V<br />
| 0,008 - 0,09<br />
| Micropower, "programmierbar", Werte jeweils für Is=8µA und 90µA<br />
| [http://www.national.com/ds.cgi/LM/LM4250.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 0,98<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ICL7621 ICL7621]<br />
| 2<br />
| 0,5<br />
| 0,15<br />
| 15<br />
| 30 pA<br />
| 1 pA<br />
| Vcc-0,3V Vee+0,3V unklar <!-- Das Datenblatt sagt folgendes. Bedeutet dies R2R input? Differential Input Voltage [(V+ +0.3) - (V- -0.3)]V --><br />
| Vcc-0,1V Vee+0,1V @100kΩ<br />
| 0,2<br />
| Micropower CMOS Vcc=2V - 16V <br />
| [http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ICL7611-ICL764X.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 1,10<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ICL7611 ICL7611] / [http://www.mikrocontroller.net/part/ICL7612 ICL7612]<br />
| 1<br />
| 0,5<br />
| 0,15<br />
| 15<br />
| 30 pA<br />
| 1 pA<br />
| Vcc-0,3V Vee+0,3V unklar <!-- Das Datenblatt sagt folgendes. Bedeutet dies R2R input? Differential Input Voltage [(V+ +0.3) - (V- -0.3)]V --><br />
| Vcc-0,1V Vee+0,1V @100kΩ<br />
| 0,010 - 1 <br />
| gleich mit ICL7621, aber nur 1 OPV und dafür programmierbar: Is= 10µA, 100µA, 1mA<br />
| [http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ICL7611-ICL764X.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 0,82<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM13700 LM13700]<br />
| 2<br />
| 2<br />
| 50<br />
| 0,5<br />
| 0,1 µA<br />
| 0,4 µA<br />
| <br />
| Vcc-0,8V Vee+0,6V<br />
| 2,6<br />
| OTA - Steilheits-OP 50V/µs<br />
| [http://www.national.com/ds.cgi/LM/LM13700.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 0,90<br />
|-<br />
<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/µA733 µA733]<br />
| 1<br />
| 1200*<br />
| <br />
| <br />
| 6 µA<br />
| 40 µA<br />
| <br />
| Vcc-3,5V Vee+3,5V @2kΩ<br />
| 25<br />
| Video OP, Vcc=12V, I<sub>sink</sub>=2mA; Gains of 10, 100, 400; R<sub>in</sub>=8kΩ; V<sub>Output offset</sub>=0,6V; <br />
| [http://www.national.com/ds.cgi/LM/µA733 PDF]<br />
| R<br />
| 0,50<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/NE592 NE592]<br />
| 1<br />
| 1200*<br />
| <br />
| <br />
| 1 µA<br />
| 9 µA<br />
| <br />
| Vcc-4V Vee+4V @2kΩ<br />
| 20<br />
| Video OP, Vcc=12V, I<sub>sink</sub>=15mA; R<sub>in</sub>=4-30kΩ; V<sub>Output offset</sub>=1,5V; <br />
| [http://www.national.com/ds.cgi/LM/NE592 PDF]<br />
| R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| 0,40<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LT1363 LT1363]<br />
| 1<br />
| 70<br />
| 1000<br />
| 1,5<br />
| 120 nA<br />
| 0,6 µA<br />
| Vcc-1,6V Vee+1,8V<br />
| Vcc-0,9V Vee+0,9V @500Ω 10V<br />
| 7<br />
| Steilheits OP, Vcc=5-15V, I<sub>sink/source</sub>=30-60mA; R<sub>in</sub>=5MΩ*;<br />
| [http://www.linear.com/docs/3603 PDF]<br />
| R<br />
| 3,80<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CA3140 CA3140]<br />
| 1<br />
| 4,5<br />
| 9<br />
| 5<br />
| 0,5 pA<br />
| 10 pA<br />
| Vee-0,5V<br />
| Vcc-2V Vee+0,6V @2kΩ 15V<br />
| 4<br />
| BIMOS-OP - kleiner Eingangsstrom, ideal für Single-Supply, Vcc-min=4V<br />
| [http://www.intersil.com/data/fn/fn957.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 0,47<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TCA0372 TCA0372]<br />
| 2<br />
| 1,1<br />
| 1,3<br />
| 1<br />
| 10 nA<br />
| 100 nA<br />
| Vee to Vcc-1,0V<br />
| Vcc-0,8V Vee+0,8V @0,1A 30V Vcc-1,3V Vee+1,3V @1A 24V <br />
| 5<br />
| Power-OPV, Thermal Shutdown, Io=1A Io(max)=1.5A<br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A200%252FTCA0372%2523MOT.pdf; PDF]<br />
| alle, R<br />
| 0,70<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LA6510 LA6510]<br />
| 2<br />
| <br />
| 0,15<br />
| 2<br />
| 10 nA<br />
| 100 nA<br />
| Vcc-2V Vee+0V<br />
| Vcc-2V Vee+2V @33Ω 30V<br />
| 12<br />
| Power-OPV, current limiter pin, Imax=1A P=2,5W, Gehäuse:SIP10F<br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A200%252FLA6510%2523SAN.pdf; PDF]<br />
| R<br />
| 0,80<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/L272 L272]<br />
| 2<br />
| 0,35<br />
| 1<br />
| 15<br />
| 50 nA<br />
| 300 nA<br />
| <br />
| Vcc-1V Vee+0,3V @0,1A 24V Vcc-1,5V Vee+0,6V @0,5A 24V <br />
| 8<br />
| Power-OPV, Vcc=4V-28V, Io=0,7A P=1W, Thermal Shutdown @160°C<br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A200%252FL272fai.pdf; PDF]<br />
| R<br />
| 0,70<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TLC272 TLC272]<br />
| 2<br />
| 1,7<br />
| 2,9<br />
| 1,1<br />
| 0,1 pA<br />
| 0,7 pA<br />
| Vcc-0.8V Vee-0.3V<br />
| Vcc-1.2V Vee+0V @10kΩ<br />
| 5<br />
| Precision OPV, für hochohmige Messanwendungen, Single: TLC271, Quad: TLC274, weniger Offset: TLC277<br />
| [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc272.pdf PDF]<br />
| R, CSD<br />
| 0,26<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP602 MCP602-I/P]<br />
| 2<br />
| 2,8<br />
| 2,3<br />
| 1<br />
| 1 pA<br />
| 1 pA<br />
| Vcc-1,2V Vee-0,2V<br />
| Vcc-0,1V Vee+0,1V @5kΩ<br />
| 0,5<br />
| Vcc=2,7V-5,5V Vout=20mA<br />
| [http://www.chipcatalog.com/Doc/88306CED2FD891755A0736169A8D31C1.pdf PDF]<br />
| R<br />
| 0,55<br />
|-<br />
<!--<br />
| Bezeichnung<br />
| OPVs pro Gehäuse<br />
| Unity-Gain<br />
| Slew-Rate<br />
| Input Offset Spannung<br />
| Input Offset Strom<br />
| Input Bias Strom<br />
| R2R in<br />
| R2R out<br />
| Stromaufnahme<br />
| Bemerkung<br />
| [http://www. PDF]<br />
| Lieferant<br />
| Preis<br />
|-<br />
--><br />
|}<br />
<br />
Warum findet sich in obiger Liste kein [http://www.mikrocontroller.net/part/LM741 741], war er doch lange Zeit "der" OPV schlechthin? Nun, er wird allgemein als "veraltet" angesehen, da er aus den 60er Jahren stammt (1968 von Fairchild vorgestellt, etwa ab 1969 kommerziell erhältlich) und keine besonderen technischen Daten aufweist. Der immerhin etwa fünf Jahre jüngere 324 (von 1974) kostet häufig ein paar Cent weniger, enthält dafür aber vier statt einen OPV mit besseren Daten.<br />
<br />
=== Lineare NF-Verstärker ===<br />
<br />
{| {{Tabelle}} style="font-size:80%" class="wikitable sortable" id="NFAmps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! Bezeich-<br>nung<br />
! Kanäle<br />
! Ausgangs-<br>strom<br>[A}<br />
! Ausgangs-<br>leistung<br>[W]<br />
! Bemerkung<br />
! Datenblatt<br />
! Lieferant<br />
! <br>Preis<br>[&euro;]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TDA2030 TDA2030]<br />
| 1<br />
| 3,5<br />
| 14<br />
| <br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TDA2030 PDF]<br />
| alle<br />
| 0,73<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TDA2050 TDA2050]<br />
| 1<br />
| 5<br />
| 32<br />
| <br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TDA2050 PDF]<br />
| alle<br />
| 1,00<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TDA7294 TDA7294]<br />
| 1<br />
| 10<br />
| 100<br />
| <br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TDA7294 PDF]<br />
| alle<br />
| 2,10<br />
|}<br />
<br />
=== HF-taugliche Verstärker ===<br />
Für HF-Anwendungen eigenen sich besonders:<br />
<br />
[http://www.mikrocontroller.net/part/LT1222 LT1222]<br />
<br />
=== Komparatoren ===<br />
<br />
Komparatoren sind im Vergleich zu OPVs deutlich schneller. Man sollte sie immer nur als Komparatoren benutzen und nicht als lineare Verstärker. OPVs sollte man nur als Komparatoren beschalten, wenn es nicht um hohe Schaltgeschwindigkeiten geht, siehe [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
<center>Die Tabelle lässt sich mit einem Klick auf die Überschriften '''sortieren'''.</center><br />
{| style="font-size:80%" class="wikitable sortable" id="Komparatoren"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! Name<br />
! Kanäle<br />
! Schalt-<br>zeit<br />
! <small>Input<br>Offset<br>Spannung<br>[mV]</small><br />
! Input<br>Bias<br>Strom<br><br />
! R2R in<br />
! Aus-<br>gang<br />
! Strom-<br>aufnahme<br>[mA]<br />
! Bemerkung<br />
! Daten-<br>blatt<br />
! Liefer-<br>ant<br />
! Preis (&euro;)<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM393 LM393]<br />
| 2<br />
| 1,5us <br />
| 1<br />
| 65 nA<br />
| Vcc-2V Vee+0V<br />
| Open- Collector<br />
| 1,6<br />
| Standard<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=lm393 PDF]<br />
| alle<br />
| 0,10<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM339 LM339]<br />
| 4<br />
| 1,5us<br />
| 1,4<br />
| 60 nA<br />
| Vcc-2V Vee+0V<br />
| Open- Collector<br />
| 1,1<br />
| Standard<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=lm339 PDF]<br />
| alle<br />
| 0,10<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TLC3702 TLC3702]<br />
| 2<br />
| 1,1us<br />
| 1,2<br />
| 5pA<br />
| Vcc-1,5V Vee-0,2V<br />
| PushPull<br />
| 0,02<br />
| Micro-<br>power<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=tlc3702 PDF]<br />
| F, C, R<br />
| 0,80<br />
|-<br />
| MAX9601<br />
| 2<br />
| 0,5ns<br />
| 1<br />
| 6µA<br />
| Vcc-2V Vee+3V<br />
| PECL<br />
| 30<br />
| High Speed<br />
| [https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX9600-MAX9602.pdf PDF]<br />
| F, U<br />
| 7<br />
|-<br />
<br />
<!--<br />
| Bezeichnung<br />
| OPVs pro Gehäuse<br />
| Unity-Gain<br />
| Slew-Rate<br />
| Input Offset Spannung<br />
| Input Offset Strom<br />
| Input Bias Strom<br />
| R2R in<br />
| R2R out<br />
| Stromaufnahme<br />
| Bemerkung<br />
| [http://www. PDF]<br />
| Lieferant<br />
| Preis<br />
|-<br />
--><br />
|}<br />
<br />
=== Spannungsregler ===<br />
==== Linearregler ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="linearregler"<br />
|- bgcolor="#eeeeee" style="writing-mode:sideways-lr"<br />
! Bezeichnung<br />
! Beschreibung<br />
! Eingangs-<br>spannung<br>[V]<br />
! Ausgangs-<br>spannung<br>[V]<br />
! Ausgangs-<br>strom<br>[mA]<br />
! Anwendungen<br />
! Lieferant<br />
! Preis [€]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LP2950 LP2950]<br />
| LDO<br />
| 30<br />
| 2,5, 3, 3,3, 3,6, 5<br />
| 100<br />
| TO-92, Iq=120µA<br />
| R, D<br />
| 0,39 - 0,53<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM2940 LM2940]<br />
| LDO<br />
| 26<br />
| 5, 8, 9, 10, 12, 15<br />
| 1000<br />
| Verpolschutz, TO-220, SOT-223.<br />
| R, D<br />
| 0,40<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM1117 LM1117]<br />
| LDO<br />
| 20<br />
| 1,8, 2,5, 2,85, 3,3, 5<br />
| 800<br />
| SOT-223. 3V3 oder einstellbar<br />
| D, R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| 0,65<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM317 LM317]<br />
| einstellbar<br />
| 40 (Uein-Uaus) <br />
| 1,2 - 37<br />
| 1500<br />
| TO220<br />
| alle<br />
| 0,22<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM337 LM337]<br />
| einstellbar, negativ<br />
| -40 (Uein-Uaus) <br />
| -1,2 - -37<br />
| 1500<br />
| TO220<br />
| alle<br />
| 0,22<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MAX663 MAX663]<br />
| einstellbar, niedriger Iq<br />
| 2-16,5<br />
| 5V, 1,3-16<br />
| 40<br />
| <br />
|<br />
| 1,80<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM7805 LM78xx]<br />
| Fest<br />
| 35<br />
| 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24<br />
| 1000<br />
| <br />
| alle<br />
| <1,00<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM7905 LM79xx]<br />
| Fest, negativ<br />
| -35<br />
| -5, -6, -8, -9, -10, -12, -15, -18, -24<br />
| 1000<br />
| <br />
| alle<br />
| <1,00<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LF33 LF33], LFxx<br />
| LDO<br />
| 18<br />
| 1,25, 1,5, 1,8, 2,5, 2,7, 3, 3,3, 3,5, 4, 4,5, 4,7 5, 5,2, 5,5, 6, 8, 8,5, 9, 12V<br />
| 1000<br />
| TO-220<br />
| R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| <1,00<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP1700 MCP1700]<br />
| LDO, niedriger Iq<br />
| 13,2<br />
| 1,2, 1,5, 1,8, 2,5, 2,8, 3,0, 3,3, 4,0, 5,0<br />
| 200<br />
| TO-92, SOT-89, SOT-23<br />
| R, F, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| <1,00<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM2931 LM2931]<br />
| LDO<br />
| 26<br />
| 3,3, 5, 3-24<br />
| 100<br />
| TO-220, TO-92, SMD, Automotive, Iq=0,4mA<br />
| R<br />
| ~0,30 - 0,40<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM723 &mu;A723]<br>LM723<br />
| <br />
| 40<br />
| 2-37<br />
| 150<br />
| Labornetzteile, DIP-14, SO-14<br />
| alle<br />
| ~0,35<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TL783 TL783]<br />
| hohe Eingangsspannung<br />
| 125<br />
| 1,25-125<br />
| 700<br />
| TO-220<br />
| R<br />
| ~2,00<br />
|}<br />
<br />
Siehe auch:<br />
* [http://www.ti.com/litv/pdf/snva020b AN-1148: Application Note 1148 Linear Regulators: Theory of Operation and Compensation] von National Semiconductor Corporation (PDF)<br />
<br />
==== Schaltregler ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="schaltregler"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:7em" | Bezeich-<br>nung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:6em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM2576 LM2576]<br>LM2575<br>LM2574<br />
| 0,90<br />
| Step-Down (einstellbar/"ADJ" oder Festspannung)<br />
| max 40Vin -> 1,2 - 37Vout, TO220-5 u.a., LM2576 bis 3A, LM2575 bis 1A, LM2574 bis 0,5A, als HV-Typen Vin bis 63V<br />
| alle - Achtung: R liefert u.U. den nur zum LM2596 äquivalenten P3596<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LM2576 PDF]<br>[http://www.mikrocontroller.net/topic/58094#450561 Beitrag]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM2577 LM2577]<br>LM1577<br />
| <br />
| Step-Up (ADJ oder Festsp.), auch als Step-Up/-Down ([http://www.mikrocontroller.net/topic/262140 "buck boost" bzw. SEPIC]) betreibbar<br />
| 3,5 - 40Vin -> 0 - 60Vout, TO220-5 u.a., <br />
| <br />
| [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2577.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [[MC34063 | MC34063A]]<br />
| 0,29<br />
| Step-Up ~0,3A / Step-Down 0,7A / Inverter 0,2A-0,6A<br />
| SO-8/DIP-8; Tool zum Berechnen auf [http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml www.nomad.ee]<br />
| R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063A-D.PDF PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PR4401 PR4401]<br />
| 0,50<br />
| Led-Treiber, Step-Up, Batteriebetrieb mit einer Zelle (bis 0,9 V)<br />
| SO-23<br />
| R, [http://www.ak-modul-bus.de/ AK Modul-Bus], [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.prema.com/images/downloads/Datenblatt_PR4401_PR4402.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LT1930 LT1930]<br>[http://www.mikrocontroller.net/part/LT1932 LT1932]<br />
| 3<br />
| Leistungs-Led-Treiber, Step-Up<br />
| SO-23<br />
| R<br />
| [http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1042,C1031,C1061,P1813 PDF]<br />
<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
==== Shuntregler/[[Spannungsreferenz]] ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="U_ref"<br />
|- bgcolor="#eeeeee" style="text-align:center;writing-mode:sideways-lr" <br />
! style="width:6em" | Bezeichnung<br />
! style="width:3em" | Preis [&euro;]<br />
! style="width:4em" | Spannung [V]<br />
! style="width:5em" | Strom [mA]<br />
! style="width:3em" | Fehler [%]<br />
! style="width:5em" | Temperaturkoeffizient<br>typ/max [ppm/K]<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:5em" | Lieferant<br />
! style="width:3em" | Datenblatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TL431 TL431]<br />
| 0,15<br />
| 2,5-36<br />
| 1-100<br />
| 2<br />
| 20/70 <br />
| Präzise Alternative zur Z-Diode; SO8; TO92<br />
| C, R, DK<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TL431 PDF]<br />
|-<br />
| TLV431A<br />
| 0,30<br />
| 1,25-6<br />
| 0,1-15<br />
| 1<br />
| 70<br />
| Low Current, low Voltage Version des TL431; SOT23<br />
| R, DK<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TLV431 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LT1021 LT1021]<br />
| 5,00<br />
| 5; 7; 10<br />
| 10 <br />
| 1; 0,05<br />
| 2/5<br />
| Präzisionsreferenz, +/-10mA Ausgangsstrom<br />
| C, R, DK<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/pdf/getfile.php?dir=Datasheets-17&file=DSA-321686.pdf&scan= PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LT1004 LT1004]<br />
| 1,90<br />
| 1,235; 2,5 <br />
| 0.01-20 <br />
| 0,8<br />
| 20/50<br />
| niedriger Stromverbrauch, ab 20 µA; 1,2V bessere Eigenschaften; TI != LT<br />
| R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LT1004 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LT1009 LT1009]<br />
| 1,95<br />
| 2,5 <br />
| 1-10<br />
| 0,2<br />
| 20/30<br />
| verbesserter Ersatz für LM336<br />
| R<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LT1009 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM336-2.5 LM336-2.5]<br />
| 0,20<br />
| 2,5; 5,0<br />
| 0,6-10<br />
| 4<br />
| 70/230<br />
| TO92; SO8; 1% erhältlich<br />
| C, R, DK<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LM336 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM385 LM385]<br />
| 0,35<br />
| 1,2V; 2,5<br />
| 0,015-20<br />
| 2<br />
| 30/150<br />
| Präzise Alternative zur Z-Diode; SO8; TO92<br />
| C, R, DK<br />
|[http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A200%252FLM385Z1%252C2%2523TEX.pdf; PDF]<br />
|-<br />
| LM 4041 CIDBZT<br />
| 0,35<br />
| 1,22V-10,0<br />
| 0,045-12<br />
| 0,5<br />
| 20/100<br />
| Battery Powered Equipment<br />
| elpro.org<br />
|[http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0CEYQFjAE&url=http%3A%2F%2Fwww.farnell.com%2Fdatasheets%2F36982.pdf&ei=MCbJU9ShJajy7Ab41YDIBw&usg=AFQjCNEhAH7BdMUd-YWQB1HRbdUNmvzA_Q&bvm=bv.71198958,d.ZGU]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LT1029 LT1029]<br />
| 2,20<br />
| 5,0<br />
| 0,6-10<br />
| 1<br />
| 8/40<br />
| Bandgap TO92; 0,2% erhältlich<br />
| C, R, DK<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LT1029 PDF]<br />
|-<br />
| ADR36x<br />
| 2,20<br />
| 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096; 5 <br />
| -1, +5<br />
| 0,1<br />
| 3/9<br />
| Bandgap; SOT23<br />
| DK, RS, FAR<br />
|[http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=ADR363 PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
[http://www.maxim-ic.com/products/references/ Maxim] und [http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=401&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T TI] haben viele Spannungsreferenzen im Programm.<br />
<br />
=== Stromquelle ===<br />
==== Referenzstromquelle ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="referenzstromquelle"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| LM134<br />
| 0,58 - 1,84<br />
| Referenzstromquelle, 1µA...10mA, TO-92<br />
| Referenzstromquelle<br>Temperatursensor<br />
| R, C<br />
| [http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=lm134&fileType=pdf]<br />
|-<br />
| REF200<br />
| 7,94<br />
| Referenzstromquelle, 2 x 100µA<br />
| Referenzstromquelle<br />
| F<br />
| [http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=ref200&fileType=pdf]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Timer ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="can"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/NE555 555]<br />
| 0,15<br />
| Universeller Zeitgeber mit starker Endstufe<br />
| Für alles, wirklich alles. CMOS-Versionen lassen sich aufgrund ihrer niedrigeren Betriebsspannung besser mit µCs verbinden.<br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=555+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DS1307 DS1307]<br />
| 1,95<br />
| 64 X 8 Serial Real Time Clock. Quarzuhr / Kalender Baustein mit serieller TWI-Schnittstelle. <br />
| Uhrenfunktion, unabhängig vom µC, aber µC-Steuerbar. Batteriepufferbar (3V-Knopfzelle wie CR2032) um die Zeit bei ausgeschalteter Board-Betriebsspannung weiter zu zählen.<br />
| D, R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.google.de/search?q=DS1307 Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PCF8583 PCF8583]<br />
| 1,50<br />
| I²C/TWI Real Time Clock, Calendar, SRAM, Alarm, Timer, Eventcounter<br />
| Auf Basis eines SRAM-chips, deshalb kann ein großer Teil als SRAM genutzt werden (ca 240 bytes). Berechnet Datum (4 Jahre, Jahr 0 = Schaltjahr), Uhrzeit (12/24), Wochentag. ein 32-kHz-Uhrenquarz ist nötig, sonst als Uhr unbrauchbar da störempfindlich. Möglichkeit eines Interruptausganges bei voreingestellter Alarmzeit. Bemerkenswert einfaches Protokoll. Kann umgeschaltet werden in einen Timer-Modus (einfacher Counter mit bestimmter Timebase) oder Event-Counter-Modus (Eingangssignale zählen).<br />
| R<br />
| [http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=PCF8583]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Analogschalter und Multiplexer ===<br />
Die DG2xx DG3xx DG4xx, teilweise auch DG5xx bezeichnen Analogschalter und Multiplexer die sich zum Industriestandard entwickelt haben. Es gibt sie von vielen Herstellern und zahlreichen Ausführungen in allen R(on) Bereichen und sind Pinkompatibel. Anstelle von "DGxxx" benutzen Hersteller für verbesserte/moderne Versionen ihre eigenen Präfixe wie "ADGxxx" von Analog Devices oder "MAXxxx" von Maxim. Für einfache Schalter werden häufig die letzten zwei Ziffern 01 bis 05 und 11-13 benutzt, 06/07/08/09 bezeichnet 16:1 8:1 und 4:1 Multiplexer in Single Ended und Differential Ended. Spannungsbereich geht bis +/-12 oder +/-15 V, die Steuereingänge haben zum Teil TTL-Kompatibilität, andernfalls einen Pin der den Logikpegel definiert (z.&nbsp;B. VCC).<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="can"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DG201 DG201]/[http://www.mikrocontroller.net/part/DG202 DG202]/[http://www.mikrocontroller.net/part/DG212 DG212]<br />
| 2-3<br />
| Vierfach Einzelschalter in SPST, SPDT, <br />
| Zum µC-gesteuerten schalten von Analogsignalen, in Audio, Video, und Messschaltungen, in OP-Schaltungen für programmierbare Verstärkungen<br />
| Maxim, Analog Devices<br />
| [http://search.datasheetcatalog.net/cgi-bin/helo.pl?text=DG202&action=Search]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DG306 DG306]/[http://www.mikrocontroller.net/part/DG406 DG406]<br />
| 4-10<br />
| 16:1 Analog-Multiplexer<br />
| Zum Multiplexen von Analogsignalen, Kanalauswahl für ADC-Messschaltungen.<br />
| Maxim, Analog Devices<br />
| [http://search.datasheetcatalog.net/cgi-bin/helo.pl?text=DG306&action=Search]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DG307 DG307]/[http://www.mikrocontroller.net/part/DG408 DG408]<br />
| 4-10<br />
| Zweifach 8:1 bzw Einfach 8:1 differential ended (8 Doppelkanäle)<br />
| Zum Multiplexen von Analogsignalen, Kanalauswahl für ADC-Messschaltungen auch für differentielle Eingänge. <br />
| Maxim, Analog Devices<br />
| [http://search.datasheetcatalog.net/cgi-bin/helo.pl?text=DG308&action=Search]<br />
|-<br />
| 4051<br>[http://www.mikrocontroller.net/part/74HC4051 74HC4051]<br />
| 0,25<br />
| 1:8 Multiplexer, R_on <100Ω, auch 2:4, 1:16 usw <br />
| Zum µC-gesteuerten schalten von Analogsignalen, in Audio, Video, und Messschaltungen, in OP-Schaltungen für programmierbare Verstärkungen<br />
| <br />
| [http://search.datasheetcatalog.net/cgi-bin/helo.pl?text=74HC4051&action=Search]<br />
|}<br />
<br />
== Digital ==<br />
<br />
<br />
=== CAN ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="can"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP2515 MCP2515]<br />
| 2,55<br />
| CAN 2.0B, [[SPI]]<br />
| <br />
| D,F,R,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q= PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/SJA1000 SJA1000]<br />
| 4,55<br />
| PeliCAN 2.0B<br>8 Bit parallele Schnittstelle<br />
|<br />
| F,R<br />
|<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Logik ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/74HC4050 74HC4050]<br />
| 0,27<br />
| z.&nbsp;B. 5V => 3V<br />
| Pegelwandler unidirektional abwärts<br />
| alle<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=74hc4050 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/HEF4104B HEF4104B]<br />
| 0,77<br />
| z.&nbsp;B. 5V => 12V<br />
| Pegelwandler unidirektional aufwärts<br />
| alle<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=HEF4104B PDF]<br />
|-<br />
<br />
|}<br />
<br />
=== USB ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="usb"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/FT232 FT232]<br />
| 3,59<br />
| USB <-> RS232 Wandler<br />
| Virtueller COM Port<br />
| D, R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT232BL_BQ.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/FT245 FT245]<br />
| 4,79<br />
| USB <-> Seriell Wandler mit paralleler Schnittstelle<br />
| Virtueller COM Port<br />
| D, R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=ft245 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TUSB3410 TUSB3410]<br />
| 3,50<br />
| USB <-> RS232 mit 8052 CPU<br />
| Virtueller COM Port<br />
| DK<br />
| [http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tusb3410.html PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP2200 MCP2200]<br />
| 1,90<br />
| USB <-> UART per fest-vorprogrammiertem PIC<br />
| Virtueller COM Port<br />
| R, RS, F, M, DK, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22228B.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== GPS ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="usb"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| NL-552ETTL (uBlox5) <br />
| 25,43<br />
| GPS-Empfänger<br />
| NMEA Protokoll, TTL<br />
| [http://www.mercateo.com mercato]<br />
| [http://www.navilock.de/produkte/gruppen/13/Boards_und_Module/60721_NL-552ETTL_ublox5.html HTML]<br />
|-<br />
| NL-550ERS (uBlox5) <br />
| 24,95<br />
| GPS-Empfänger<br />
| NMEA Protokoll, RS232<br />
| [http://www.mercateo.com mercato]<br />
| [http://www.navilock.de/produkte/gruppen/13/Boards_und_Module/60418_NL-550ERS_ublox5.html HTML]<br />
|-<br />
| NL-551EUSB (uBlox5) <br />
| 22,56<br />
| GPS-Empfänger<br />
| NMEA Protokoll, USB<br />
| [http://www.mercateo.com mercato]<br />
| [http://www.navilock.de/produkt/60419/pdf.html?sprache=de PDF]<br />
|-<br />
| EM-406A (Sirf III)<br />
| 35<br />
| GPS-Empfänger mit 1PPS-Ausgang<br />
| NMEA Protokoll, TTL<br />
|<br />
| [http://www.navilock.de/produkte/G_60407/merkmale.html HTML]<br />
|-<br />
| CW25-TIM <br />
| 35<br />
| zusätzlicher Frequenz-<br>ausgang (10Hz-30MHz)<br />
| Sehr interesant wenn man einen präzisen Takt braucht (AD-Wandler, Datenlogger, Frequenzzähler etc.)<br />
| [http://www.navsync.com navsync.com]<br />
|<br />
|-<br />
| Timing Multi-GNSS Receiver Module Typ Furuno GT-87<br />
| 48,67<br />
| zusätzlicher Frequenz-<br>ausgang; für alle Satelliten (GPS,GLONASS,usw).<br />
| Interresant für simultane AD-Wandlung an verschiendenen Orten, da zwei Empfänger sehr präzise im Gleichlauf sind.<br />
| Bürklin 64S3190<br />
| [http://www.furuno.com Furuno]<br />
|}<br />
<br />
=== Treiber ===<br />
==== Diverse Treiber ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ULN2003A ULN2003A]<br />
| 0,29<br />
| 7-fach Low-Side Treiber<br />
| 50V/500mA<br />
| R, D, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=ULN2003 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ULN2803A ULN2803A]<br />
| 0,31<br />
| 8-fach Low-Side Treiber<br />
| 50V/500mA<br />
| alle<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=ULN2803 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TBD62083A TBD62083A]<br />
| 0,31<br />
| 8-fach Low-Side Treiber (DMOS) 2 Ohm RDS ON <br />
| 50V/500mA<br />
| alle<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TBD62083A PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TPIC6B595 TPIC6B595]<br />
| 1,00<br />
| 8-fach Low-Side Treiber mit integriertem Schieberegister<br />
| 45V/250mA<br />
| F<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TPIC6B595 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/UDN2981 UDN2981]<br />
| 1,50<br />
| 8-fach High-Side Treiber<br />
| 50V/500mA<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=UDN2981 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ICL7667 ICL7667]<br />
| 1<br />
| Dual inverting MOSFET Treiber<br />
| 18V, 20ns@1nF<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=ICL7667 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/HCPL3120 HCPL3120]<br />
| 3.70<br />
| Optokoppler mit integriertem MOSFET-Treiber<br />
| Schaltnetzteile, etc.<br />
| C<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=HCPL3120 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/SN75179B SN75179B]<br />
| 0.36<br />
| RS-485/422 Receiver/Transmitter, alter IC mit hohem Stromverbrauch (60mA!)<br />
| Serielle Daten (z.&nbsp;B.UART) über weite Strecken<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=SN75174 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MAX485 MAX485]<br />
| 1.50<br />
| RS-485/422 Receiver/Transmitter, moderner CMOS IC mit geringem Stromverbrauch (0,3mA!)<br />
| Serielle Daten (z.&nbsp;B.UART) über weite Strecken<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=MAX485 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LTC1480 LTC1480]<br />
| <br />
| RS-485 Transceiver<br />
| Betriebsspannung 3,3V, "Ultralow Power"<br />
| R, C u.a.<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LTC1480 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MAX3232 MAX3232]<br />
| <br />
| RS-232 Transceiver<br />
| Betriebsspannung 3V bis 5,5V<br />
| R, D, C, [https://www.IT-WNS.de/ I] u.a.<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=MAX3232 PDF]<br />
|-<br />
<br />
|}<br />
<br />
==== 7-Segment LED-Treiber ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="led"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MAX6950 MAX6950 (MAX6951)]<br />
| 9<br />
| 5 (8) Stellen Treiber mit [[SPI]]<br />
| Unterstützt 2.7 bis 5.5 V Versorgungsspannung, für LEDs mit gemeinsamer Kathode, minimierte Anzahl von Ausgangs-PINs - trotzdem alle Segmente/LEDs einzeln angsteuerbar, nur QSOP Package<br />
| Mouser<br />
| [http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX6950-MAX6951.pdf MAX]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/STLED316S STLED316S], [http://www.mikrocontroller.net/part/STLED316SMTR STLED316SMTR]<br />
| 2<br />
| Sechs-Stellen Treiber mit [[SPI]]-ähnlicher Busschnittstelle<br />
| Sechs-Stellen Treiber, der zusätzlich noch ein 8x2 Tastaturdekoder enthält. Die Busschnittstelle ist [[SPI]]-ähnlich, MOSI und MISO liegen auf einem gemeinsamen PIN als DIN/DOUT (SISO). Nur 5 Volt.<br />
| Mouser<br />
| [http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD00181714.pdf ST]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ICM7218 ICM7218C]<br />
| 6<br />
| Acht-Stellen Treiber mit paralleler Busschnittstelle<br />
| Alt, teuer, benötigt viele µC-Pins für die parallele Schnittstelle<br />
| Reichelt<br />
| [http://www.intersil.com/data/fn/FN3159.pdf Intersil]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MAX7221 MAX7221]<br />
| 6<br />
| Acht-Stellen Treiber mit [[SPI]]<br />
| Mit BCD-Dekoder, kann auch beliebige 8x8 LED-Matrix ansteuern, nur 5 Volt<br />
| Reichelt<br />
| [http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX7219-MAX7221.pdf Maxim]<br />
|}<br />
<br />
==== Punkt/Streifen (Dot/Bar) LED-Treiber ====<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="bar"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM3914 LM3914]<br />
| 1,20<br />
| 10-Stellen Balkenanzeigetreiber mit Analogeingang<br />
| Lineare A/D-Wandlung<br />
| Reichelt<br />
| [http://www.national.com/pf/LM/LM3914.html National]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM3915 LM3915]<br />
| 1,40<br />
| 10-Stellen Balkenanzeigetreiber mit Analogeingang<br />
| Logarithmische A/D-Wandlung<br />
| Reichelt<br />
| [http://www.national.com/pf/LM/LM3915.html National]<br />
|}<br />
<br />
=== Analogschalter aus der 4000 Logikreihe ===<br />
Die folgenden Schalter werden digital gesteuert, daher sind sie im Kapitel [[#Digital|Digital]] einsortiert. Sie basieren auf Standard CMOS-Technologien, sind daher weit verbreitet, günstig, haben aber daher auch nur mäßige Eigenschaften und begrenzte Anwendungsbereiche. Analogschalter für Präzisionsanwendungen sind im Kapitel [[#Analog|Analog]]. Zum Schalten Analog- oder Digitalsignalen. Je nach Typ sind Analogsignale bis in den 100 MHz Bereich mit einer Schaltfrequenz bis mehrere 10 MHz möglich. Das gilt aber nur für sehr moderne Analogschalter. Die hier aufgelisteten Klassiker vertragen eher nur einige wenige MHz.<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="can"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CD4051 4051]<br />
| 0,25<br />
| 1x 8:1 Analogmultiplexer<br />
| <br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=4051+datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CD4052 4052]<br />
| 0,11<br />
| 2x 4:1 Analogmultiplexer/<br>-demultiplexer<br />
| <br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=4052+datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CD4053 4053]<br />
| 0,16<br />
| 3x 2:1 Analogmultiplexer/<br>-demultiplexer<br />
| <br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=4053+datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CD4066 4066]<br />
| 0,15<br />
| 4x Analogschalter<br />
| <br />
| alle<br />
| [http://www.datasheets.org.uk/pdf/347282.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CD4067 4067]<br />
| 0,60<br />
| 1x 16:1 Analogmultiplexer/<br>-demultiplexer<br />
|<br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=4067+datasheet Google]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Galvanische Trennelemente ===<br />
<br />
Siehe auch [[Optokoppler]].<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CNY17 CNY17]<br />
| 0,28<br />
| Optisch, Standardtyp<br />
| 3,7kV 50-100kHz<br />
| R,C<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=CNY17 PDF], [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A500%252FCNY17-I_CNY17-II_CNY17-III.pdf; PDF Temic]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/6N137 6N137]<br />
| 0,49<br />
| Optisch, Logikausgang (5V)<br />
| sehr schnell 14MHz<br />
| R,D,[https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=6;OPEN=0;INDEX=0;FILENAME=A500%252F6N137.pdf; PDF]<br />
|-<br />
| ADUM240*<br />
| 10<br />
| Induktiv, 3V/5V Logik<br />
| extrem schnell, EN90650, 5kV<br />
| F<br />
| [http://www.analog.com/en/products/interface-isolation/isolation.html www]<br />
|-<br />
| ISO72*<br />
| 1,25<br />
| Kapazitiv, 3V/5V<br />
| 6kV, bis zu 150MHz<br />
| DK,F<br />
| [http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=897&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PC817 PC817]/827/837/847<br />
| 0,3<br />
| Optisch<br />
| 8x7, x=Anzahl der Optokoppler<br />
| C, R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=897&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T PDF]<br />
|-<br />
| HCNR201<br />
| 4,50<br />
| Optisch<br />
| Linear Optokoppler wie IL300<br />
| F<br />
| [http://www.avagotech.com/docs/AV02-0886EN PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== Displays ===<br />
Bei den Textdisplays eignet sich praktisch jedes [[HD44780]] kompatible Display.<br />
Praktisch jeder Elektronikversender hat eine Auswahl an verschiedenen Größen zu bieten. <br />
Wer keinen besonderen Anforderungen an die Größe der Displays hat sollte sich bei Pollin und in Ebay umschauen.<br />
<br />
=== Speicher ===<br />
<br />
==== [[RAM]] ====<br />
<br />
==== [[EEPROM]] ====<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="EEPROMmemory"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| ST 24C01 BN6, ST 24C02 BN6, ST 24C256 BN6 (allgemein 24C## mit ## Größe in kbit)<br />
| 0,14 - 1,50<br />
| EEPROM Speicher mit seriellem ([[I2C]]) Interface, 1kbit bis 512 kbit Speicher. Viele verschiedene Hersteller.<br />
| Speichern von Konfigurationsdaten <br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=24C PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
== Converter ==<br />
=== ADC ===<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! style="width:8em" | max.<br>Abtastrate<br>[Smps]<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ADC830 ADC830]<br />
| 6<br />
| 8-Bit-ADC, Differentiell, Parallel, (DIL-20)<br />
| 8770<br />
| C,R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=adc830 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LTC2400 LTC2400CS8]<br />
| 8,30<br />
| 24-Bit-ADC, Single Ended, Seriell (SPI), (SO-8) <br />
| 6 <br />
| R<br />
| [https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/2400fa.pdf PDF] <br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/CS5381 CS5381]<br />
| 37,50<br />
| 24 Bit Stereo-Audio-ADC (SOIC-24) <br />
| 192k<br />
| <br />
| [http://www.cirrus.com/en/products/cs5381.html HTML]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/ADS830 ADS830]<br />
| 6,10<br />
| 8 Bit ADC Parallel (SSOP-20) <br />
| 60M<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/A/D/S/8/ADS830.shtml PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP3204 MCP3204]<br />
| 2,65<br />
| 12-Bit-SAR-ADC, Single Ended, 4 Kanäle mit MUX, Seriell (SPI), (DIL-14/SO-14) <br />
| 100k<br />
| C,R<br />
| [http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21298c.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [https://www.ti.com/product/ads1100 ADS1100]<br />
| 5,45<br />
| ratiometrischer ADC 16-bit, PGA, I2C, SOT23-6<br />
| 128<br />
| Mouser<br />
| [https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1100.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [https://www.ti.com/product/ads1115 ADS1115]<br />
| 2,40<br />
| Quad 16-Bit-ADC, Seriell (i2C), (X2QFN)<br />
| 3400<br />
| Mouser<br />
| [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1113.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [https://www.ti.com/product/ads1119 ADS1119]<br />
| 5,50<br />
| Quad 16-Bit-ADC, Seriell (i2C), Vref int und ext, auch ratiometr. Messung möglich<br />
| 1000<br />
| Mouser<br />
| [https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1119.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LTC2440 LTC2440CGN]<br />
| 8,40<br />
| 24-Bit-ADC, Differentiell, Seriell (SPI), (SSOP-16)<br />
| 3500<br />
| R<br />
| [http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/2440fe.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== DAC ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DAC08 DAC08]<br />
| 0,90<br />
| 8-Bit DAC mit parallelem Businterface.<br />
| Alt, preiswert. Benötigt viele µC Pins (min. 8, paralleler Bus) und eine doppelte Spannungsversorgung. Langsamere Version: 0808.<br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=DAC08+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/AD7524 AD7524]<br />
| 3,00<br />
| 8-Bit DAC mit parallelem Businterface<br />
| Benötigt viele µC Pins. Single-Supply (5V bis 15V).<br />
| alle<br />
| [http://www.google.de/search?q=7524+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TDA8444 TDA8444]<br />
| 1,20<br />
| Achtfach 6-Bit DAC mit [[I2C]]. Bezahlbarer sechsfach-DAC, allerdings mit geringer Auflösung.<br />
| Dort wo µC gesteuert viele Ausgangskanäle mit geringer, ungenauer Auflösung benötigt werden.<br />
| R<br />
| [http://www.google.de/search?q=TDA8444+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PCF8591 PCF8591]<br />
| 2,50<br />
| 8-Bit DAC, 8-Bit ADC mit [[I2C]].<br />
| Z.B. in Regelkreisen wo sowohl ein DAC, als auch ein ADC benötigt wird.<br />
| R<br />
| [http://www.google.de/search?q=PFC8591+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TDA8702 TDA8702]<br />
| 2,50<br />
| 8-Bit Video DAC mit parallelem Businterface und Clock-Eingang.<br />
| Schnelle Wandlung bis 30 MHz. Benötigt viele µC Pins.<br />
| R<br />
| [http://www.google.de/search?q=TDA8702+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LTC1661 LTC1661]<br />
| 2,45<br />
| Dual 10-bit DAC mit [[SPI]]<br />
| Guter Kompromiss aus Preis und Leistung. (Achtung, Micro-SO8-Gehäuse)<br />
| F, C (Suchfunktion weigert sich manchmal ihn im Conrad-Shop zu finden), R<br />
| [http://www.google.de/search?q=LTC1661+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LTC1257 LTC1257]<br />
| 6,20<br />
| 12-bit DAC mit kaskadierbarem [[SPI]]<br />
| Genauer µC-steuerbarer DAC.<br />
| C, F, R<br />
| [http://www.google.de/search?q=LTC1257+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LTC1456 LTC1456]<br />
| 10,-<br />
| 12-bit DAC mit kaskadierbarem[[SPI]]<br />
| Genauer µC-steuerbarer DAC.<br />
| C<br />
| [http://www.google.de/search?q=LTC1456+Datasheet Google]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP4922 MCP4922]<br />
| 2,25<br />
| 2Kanal 12-bit DAC mit SPI<br />
| Genauer µC-steuerbarer DAC von Microchip.<br />
| R<br />
| [http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21897a.pdf Datenblatt]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
== Sensoren (aktiv) ==<br />
=== [[Temperatursensor|Temperatur]] ===<br />
<br />
Siehe auch [[Temperatursensor]].<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM75 LM75]<br />
| 1,75<br />
| Temperatursensor mit [[I2C]] (3.3V und 5V Version) (SMD)<br />
| D, R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LM75 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DS1621 DS1621]<br />
| ~5<br />
| Temperatursensor mit [[I2C]] (wie LM75, kein SMD)<br />
| C, D<br />
| <br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/DS18B20 DS18B20]<br />
| 2,95<br />
| Temperatursensor mit 1-Wire Interface<br />
| D, R, [https://www.IT-WNS.de/ I]<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=DS18B20 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM35 LM35]<br />
| 1,19<br />
| Analoger Temperatursensor<br />
| D, R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LM35 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/LM335 LM335]<br />
| 0,87<br />
| Analoger Temperatursensor<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=LM335 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TSIC306 TSIC306]<br />
| 6<br />
| Digitaler Temperatursensor (auch analog oder ratiometrisch)<br />
| R,C<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q=TSIC306 PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/TSIC506 TSIC506]<br />
| 6<br />
| Digitaler Temperatursensor (fertig kalibriert bis zu 0,1K zwischen 0-45°C)<br />
| F<br />
| [http://www.zmd.de/pdf/ZMD%20TSic%20Data%20Sheet%20V3%207.pdf PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
Wenn man z.&nbsp;B. einen Übertemperaturschutz bauen will, bei der es nur eine Schaltschwelle gibt, dann empfiehlt sich die Verwendung eines NTCs. Dessen Kennlinie ist gegenüber den Kennlinien von z.&nbsp;B. LM335 dahingehend im Vorteil, dass eine geringe Temperaturänderung besser messbar ist. Eine detailliertere Übersicht findet sich im Artikel [[Temperatursensor]]en, andere Sensoren sind in der [[:Category:Sensorik|Kategorie Sensorik]] zu finden.<br />
<br />
= Passive Bauelemente =<br />
== Sensoren (passiv)==<br />
=== Licht ===<br />
<br />
Siehe auch [[Lichtsensor / Helligkeitssensor]].<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="Lichtsensor"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! style="width:10em" | Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BPX65 BPX65]<br />
| 4,25<br />
| Fotodiode<br>10µA, 350-1000nm<br />
| schnelle Lichtmessungen (bis MHz Bereich), großer Wellenlängenbereich<br />
| R<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BPW34 BPW34]<br />
| 0,59<br />
| Fotodiode<br>80µA, 400-1100nm<br />
| großer Wellenlängenbereich, preiswert, große Fläche, große Verfügbarkeit<br />
| R<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/BPW21 BPW21]<br />
| 5,25<br />
| Fotodiode<br>10µA, 550nm<br />
| Lichtspektrum des menschlichen Auges<br />
| R<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
=== [[Temperatursensor|Temperatur]] ===<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="T-sensor"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/KTY81 KTY81]<br />
| 0,50<br />
| nichtlinear(*), bis 150°C<br />
| in &#956;C Schaltungen<br />
| R, D<br />
| [http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/KTY84_SERIES_5.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/KTY84 KTY84]<br />
| 0,72<br />
| nichtlinear(*), bis 300°C<br />
| in &#956;C Schaltungen<br />
| R<br />
| [http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/e/0l2lc3p1dl8e5dgghsfh2oee43py.pdf PDF]<br />
|-<br />
| [http://www.mikrocontroller.net/part/PT100 Pt100] / [http://www.mikrocontroller.net/part/PT1000 Pt1000]<br />
| ab 3,00<br />
| lineare Kennlinie<br />
| analoge Messschaltungen<br />
| F C R<br />
| <br />
|-<br />
|}<br />
<br />
(*) Verschaltet man den Sensor als Spannungsteiler (Abgriff an den ADC), so erhält man dadurch eine meist ausreichende Linearisierung!<br />
<br />
== Widerstände ==<br />
Mit einem Widerstandssortiment, welches die E12-Werte enthält, kann man normalerweise nicht falsch liegen. Denn früher oder später benötigt man jeden Widerstandswert der E12-Reihe einmal. Für einen Einstieg eignen sich die Sortimente vom Pollin. Auch ein Blick in Ebay kann sich lohnen, um ein Einstiegssortiment zu bekommen. Wer Schaltungen an Netzspannung entwickelt, sollte auf die ''Operation Voltage'' achten, denn nicht alle Typen weisen die nötige Spannungsfestigkeit auf. Als Daumenregel gilt: &frac12;-Watt-Widerstände oder größer passen immer, zwei bis drei in Reihe geschaltete &frac14;-Watt-Widerständen tun es auch.<br />
<br />
== Kondensatoren ==<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! Bezeichnung<br />
! Preis (&euro;)<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! Lieferant<br />
! Datenblatt<br />
|-<br />
| 100nF Keramik<br />
| ~0.05<br />
| <br />
| [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Abblockkondensator]] zwischen VCC und GND vor allem bei Digital-ICs <br />
| alle<br />
| [http://www.datasheetarchive.com/search.php?q= PDF]<br />
|-<br />
| 100nF Keramik SMD 0603<br />
| ~0.01 (bei 100 Stück)<br />
| SMD 0603<br />
| [[Kondensator#Entkoppelkondensator | Abblockkondensator]] zwischen VCC und GND vor allem bei Digital-ICs<br />
| D<br />
| [http://www.google.de/search?num=100&hl=de&q=datasheet+0603+chip-capacitors+filetype%3Apdf&btnG=Suche&meta=lr%3Dlang_de%7Clang_en PDF]<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
= Mechanische Bauelemente =<br />
<br />
== Taster / Schalter ==<br />
<br />
== Steckverbinder ==<br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:9em" | Bezeichnung<br />
! style="width:5em" | Preis<br>[&euro;]<br />
! Beschreibung<br />
! Anwendungen<br />
! style="width:7em" | Lieferant<br />
! style="width:5em" | Daten-<br>blatt<br />
|-<br />
| WSL 10G<br />
| 0,07<br />
| Wannenstecker, 10-polig, gerade, Raster 2,54 mm<br />
| Verbindung zwischen zwei Platinen mit Flachbandkabel<br />
| R, alle<br />
| -<br />
|-<br />
| PFL 10<br />
| 0,09<br />
| Pfostenleiste, 10-polig, Schneidklemmtechnik, Raster 2,54 mm<br />
| Verbindung zwischen zwei Platinen mit Flachbandkabel<br />
| R,alle<br />
| -<br />
|-<br />
| AWG 28-10G<br />
| 0,70€/m<br />
| Flachbandkabel, 10-polig, 3 Meter, Raster 1,27 mm<br />
| Verbindung zwischen zwei Platinen mit Flachbandkabel<br />
| R,alle<br />
| -<br />
|-<br />
| D-SUB BU 09FB<br />
| 0,50<br />
| D-Sub 9-polig auf 10-polig Pfostenleiste mit Flachbandkabel<br />
| Anschluss für serielle Schnittstelle am PC<br />
| R<br />
| -<br />
|-<br />
| KKxx025C<br />
| 0,35 - 1,20<br />
| Flachkabel-IC-Sockelverbinder, xx-polig (08, 14, 16, 18, 20, 28 erhältlich)<br />
| Übergang von Leiterplatte auf Steckbrett<br />
| R<br />
| -<br />
|-<br />
| Anreihklemmen<br />
| 0,30 <br />
| Reihenklemme/Anreihklemme (verschieden Typen, für Lochraster: Raster 5.08)<br />
| Anschluss der Spannungsversorung, leistungsstarke Verbraucher<br />
| alle<br />
| -<br />
|-<br />
|<br />
| 0,30<br />
| Hohlstecker/DC-Stecker<br />
| siehe englische Wikipedia [http://en.wikipedia.org/wiki/Coaxial_power_connector Coaxial power connector] <br />
| -<br />
| -<br />
|-<br />
| SL 1X40G 2,54<br />
| 0,20<br />
| 40-pol. Stiftleiste ("Jumperleiste"), Raster 2,54mm (auch in anderen Polzahlen)<br />
| z.B. mit Jumper als "Schalter", für DuPont-Kabel, teilbar <br />
| R, alle<br />
| -<br />
|-<br />
| Buchsenleiste<br />
| ca 0,20<br />
| Buchsenleiste, Raster 2,54mm, in versch. Polzahlen erhältlich<br />
| z.B. als Sockel für Stiftleisten ("Jumperleisten"), teilbar (wenn man eine Buchse opfert) <br />
| R, alle<br />
| -<br />
|-<br />
| präzisions Buchsenleiste<br />
| ca 0,40<br />
| präzisions Buchsenleiste, Raster 2,54mm, in versch. Polzahlen erhältlich<br />
| für Jumperkabel oder Drähte, man kann sie anstatt IC-Sockel verwenden, meist teilbar, nicht geignet als Sockel für Stiftleisten ("Jumperleisten") <br />
| R, alle<br />
| -<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
= Lieferanten =<br />
<br />
'''Lokale Lieferanten: [[Lokale Anbieter]]'''<br />
<br><br><br />
Allgemeine Lieferantenliste: [[Elektronikversender]]<br><br />
Metallteile/Mechanik Lieferantenliste: [[Eisenwarenversender]]<br><br />
<br />
{| {{Tabelle}} class="wikitable sortable" id="opamps"<br />
|- bgcolor="#eeeeee"<br />
! style="width:5em" | Kürzel<br />
! style="width:9em" | Name<br />
! style="width:12em" | Webseite<br />
! Kommentar<br />
|-<br />
|<b>B</b><br />
|Bürklin<br />
|[http://www.buerklin.de www.buerklin.de]<br />
|Ladengeschäft in Oberhaching<br />
|-<br />
|<b>C</b><br />
|Conrad<br />
|[http://www.conrad.de www.conrad.de]<br />
|Gigantisches Sortiment, aber sehr hohe Preise. Nur zu empfehlen, wenn die benötigten Teile nirgendwo anders aufzutreiben sind. Trotzdem kann man auch hier gelegentlich ein Schnäppchen machen. Filialen haben nicht alle Katalogartikel auf Lager<br />
|-<br />
|<b>D</b><br />
|CSD-Electronics<br />
|[http://www.csd-electronics.de www.csd-electronics.de]<br />
|Kleiner Shop mit überschaubarem Sortiment und akzeptablen Preisen.<br />Ladengeschäft in Bonn<br />
|-<br />
|<b>DK</b><br />
|Digikey<br />
|[http://de.digikey.com www.de.digikey.com]<br />
|Mindestbestellmenge von 50€, sonst 18€ Versandkosten<br />
|-<br />
|<b>e</b><br />
|elpro<br />
|[http://www.elpro.org/shop/shop.php http://www.elpro.org/shop/shop.php]<br />
|großes Sortiment, sehr preiswert<br />
|-<br />
|<b>F</b><br />
|Farnell<br />
|[http://www.farnell.de www.farnell.de]<br />
|Versand nur Firmen & Studenten. Farnell-Zwischenhändler für Privatkunden: HBE-Shop [http://www.hbe-shop.de] (wenn Ware im Shop nicht gelistet, einfach Farnell-Bestellnummer eingeben)<br />
|-<br />
|<b>I</b><br />
|IT-WNS<br />
|[http://www.it-wns.de www.it-wns.de]<br />
|Kein Mindestbestellwert, geringe Versandkosten ab 2,45€<br />
|-<br />
|<b>K</b><br />
|Kessler electronic<br />
|[https://www.kessler-electronic.de/ www.kessler-electronic.de]<br />
|Kein Mindestbestellwert, geringe Versandkosten ab 2,50€<br />
|-<br />
|<b>M</b><br />
|Meilhaus<br />
|[http://www.meilhaus.de www.meilhaus.de]<br />
|Nur gewerbliche Kunden<br />
|-<br />
|<br />
|Mouser<br />
|[http://www.mouser.com www.mouser.com]<br />
| 20€ Versand, ab 65€ Versandkostenfrei. Großes Sortiment und meist die niedrigsten Preise wenn man größere Stückzahlen benötigt.<br />
|-<br />
|<b>P</b><br />
|Pollin<br />
|[http://www.pollin.de www.pollin.de]<br />
|Hier finden sich viele Schnäppchen und Industrierestposten<br />
|-<br />
|<b>R</b><br />
|Reichelt<br />
|[http://www.reichelt.de www.reichelt.de]<br />
| Mindestbestellmenge von 10€, sonst Zuschlag von 3€, 5,60€ Versand, großes Sortiment und meist gute Preise<br />
|-<br />
|}<br />
<br />
[[Kategorie:Bauteile| ]]<br />
[[Kategorie:Lieferanten]]<br />
[[Kategorie:Liste mit Bauteilen]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=MC34063&diff=102391MC340632020-09-11T19:36:19Z<p>Rfr: </p>
<hr />
<div>Der MC34063 ist ein kleiner, billiger, beliebter und sehr vielseitig einsetzbarer Schaltregler. Er ist seit Jahrzehnten auf dem Markt. Sein Regelverhalten ist etwas anders, als man es von modernen Schaltreglern gewohnt ist.<br />
<br />
=== StepDown (Abwärtswandler)===<br />
<br />
Ein Abwärtswandler erzeugt aus einer Eingangsspannung eine niedrigere Ausgangsspannung. Die häufigste Anwendung dieser Schaltung liegt in der Erzeugung einer stabilisierten, niedrigen Spannung aus einer höheren Eingangsspannung, z.&nbsp;B. 5V und 3,3V für eine µC Schaltung aus einem unstabilisierten Netzteil, das 8-15V liefert.<br />
<br />
====StepDown Schaltungvariante 1====<br />
[[Bild:34063_sdown.gif]]<br />
<br />
Der interne Transistor schaltet die positive Spannung auf eine Spule. Da es ein NPN Transistor ist, ist dieser als Emitterfolger geschaltet. Dies hat den großen Nachteil, dass der Spannungsabfall recht hoch ist. Da es eine Darlingtonschaltung ist, gehen hier 1,0-2,0V je nach Stromstärke verloren.<br />
Von daher kann der Regler auch nicht die vollen 1,5A an Ausgangsstrom liefern, da dann die zulässige Verlustleistung überschritten würde: Bei 1A Ausgangsstrom fallen etwa 1,5V am Transistor ab. Dies ergibt 1,5W Verlustleistung. Da der Transistor maximal 85% der Zeit leitet, ergibt sich so im schlimmsten Fall eine Verlustleistung von etwa 1,3W. Laut Datenblatt kann der MC34063 im DIP Gehäuse maximal 1,25W aufnehmen, wäre also an der Grenze der Belastbarkeit. Bei einem thermischen Widerstand von 100K/W würde sich das IC so auf über 150°C Chiptemperatur bei Raumtemperatur erhitzen. Am Gehäuse würde man sich dann auch die Finger verbrennen!<br />
In der Stepdown Konfiguration sollte man den internen Transistor daher am besten mit nicht mehr als etwa 0,5A Ausgangsstrom belasten. Den Strombegrenzungswiderstand könnte man dann zu etwa 0,5Ω anstelle der minimal zulässigen 0,2Ω wählen, um auf der sicheren Seite zu sein.<br />
<br />
====StepDown Schaltungvariante 2 für höheren Wirkungsgrad ====<br />
[[Bild:34063_sdown2.gif]]<br />
<br />
Diese Variante verwendet einen externen PNP Transistor anstelle des internen Emitterfolgers. Dadurch reduziert sich der Spannungsabfall von etwa 1,0-2V auf 0,3-0,7V, allerdings auf Kosten eines höheren Stromverbrauchs: Denn hier fließt der Basisstrom aus der Eingangsspannung nach Masse ab, nicht wie beim Emitterfolger in die Last. Weiterhin ist diese Schaltung im Eingangsspannungsbereich etwas eingeschränkt, denn der Vorwiderstand R4 muss bei niedriger Spannung ausreichend Strom liefern, bei hohen Spannungen darf der Strom nicht zu hoch werden, bzw. würde der Wirkungsgrad aufgrund des hohen Stroms sinken.<br />
Der 100Ω Widerstand dient weniger als Spannungsteiler mit dem 330Ω Widerstand, sondern vielmehr dazu, den Transistor beim Abschalten schneller sperren zu lassen. Dennoch ist die Schaltung nicht für hohe Taktfrequenzen geeignet, man braucht also eine recht große Spule und liegt eher im hörbaren Bereich.<br />
<br />
=== StepUp (Aufwärtswandler)===<br />
<br />
Ein Aufwärtswandler erzeugt aus einer Eingangsspannung eine höhere Ausgangsspannung. Die häufigste Anwendung dieser Schaltung liegt in der Erzeugung einer höheren Betriebsspannung z.&nbsp;B. aus [[Versorgung aus einer Zelle | Batterien]], oder die Erzeugung von 12 V aus einer vorhanden 5V-Quelle (z.&nbsp;B. USB).<br />
<br />
====StepUp Schaltungvariante 1====<br />
[[Bild:34063_stepup.gif]]<br />
<br />
Der interne Transistor schaltet die Spule periodisch gegen Masse, wodurch beim Abschalten eine höhere Spannung induziert wird. In dieser Dimensionierung liefert die Schaltung 12 V bei etwa 100 mA aus einer Eingangsspannung zwischen 4 und 12 V. Diese Spannung kann z.&nbsp;B. zur Programmierung eines EPROMs oder Mikrocontrollers (Programmierspannung U<sub>PP</sub>) verwendet werden. Da der Strom im Gegensatz zur Stepdown-Schaltung nur impulsartig abgegeben wird, ist ein größerer Elko am Ausgang erforderlich.<br />
<br />
====StepUp Schaltungvariante 2 für höheren Strom====<br />
[[Bild:34063_stepup2.gif]]<br />
<br />
Es gibt eigentlich nur zwei Fälle, in denen der Transistor sinnvoll ist:<br />
*Höherer Ausgangsstrom. Da der interne Transistor nur 1,5 A Spitzenstrom aushält, was bei einem Step-Up-Wandler nicht viel ist (bei 4 V Eingangsspannung sind das gerade mal etwa 1 W Ausgangsleistung), kann man hier einen stärkeren Transistor verwenden.<br />
*Höhere Ausgangsspannung. Da der interne Transistor nur 40 V aushält, kann man die Spannung durch einen externen Transistor erhöhen. Allerdings sollte man beachten, dass der MC34063 nur maximal 85 % Tastverhältnis erreichen kann. Dies entspricht einer um etwa Faktor 6 höheren Ausgangsspannung als die Eingangsspannung. '''Sollte man über diesen Wert gehen, ist bei der Wahl der Spule folgendes zu beachten:'''<br />
<br />
Die Induktivität darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten, um eine bestimmte Leistung übertragen zu können. Gemäß der Formel<br />
<br />
<math>U=L\frac{di}{dt}</math><br />
<br />
kann man den Strom ausrechnen, der bei einer bestimmten Frequenz maximal in der Spule auftreten kann, wenn der Strom zu Beginn 0 ist.<br />
<br />
<math>I=\frac{0,85 \cdot U_{IN}}{f\cdot L}</math><br />
<br />
Und gemäß der Energie in der Spule<br />
<br />
<math>E=\frac{1}{2}L \cdot I^2</math><br />
<br />
und der Kenntnis, dass diese Energie in jedem Takt übertragen wird, kann man nun durch Einsetzen der einen Gleichung in die andere die maximale Induktivität ausrechnen, die es ermöglicht, eine bestimmte Leistung bei einem Tastverhältnis von 85% zu übertragen. Am Ende erhält man dann folgende Formel:<br />
<br />
<math>L_{MAX}=\frac {0,36 \cdot {U_{IN}}^2}{f \cdot P_{AUS}}</math><br />
<br />
Um die Verluste usw. zu berücksichtigen, sollte man die Spule etwa zwischen 30..70 % des oben berechneten Maximalwertes wählen, aber unter keinen Umständen größer, denn dann kann der Wandler die geforderte Leistung nicht liefern und die Spannung bricht bei Belastung zusammen. <math>U_{IN}</math> ist dabei die Eingangsspannung, f die Schaltfrequenz des Wandlers und <math>P_{AUS}</math> die Ausgangsleistung. Während im Normalbetrieb eine zu große Induktivität nicht stört, ist es hier also genau umgekehrt.<br />
<br />
=== Invertierender Wandler ===<br />
<br />
Ein invertierender Wandler erzeugt aus einer positiven Eingangsspannung eine negative Ausgangsspannung. Streng genommen handelt es sich um einen Step-Up-Wandler, bei dem die Spule nicht an der positiven Spannung, sondern an der negativen liegt. Daher sind die Vorzeichen gespiegelt.<br />
<br />
Die häufigste Anwendung dieser Schaltung liegt in der Erzeugung einer negativen Betriebsspannung z.&nbsp;B. für einen Operationsverstärker, oder in der Erzeugung der VLCD Spannung eines [[LCD | LC-Displays]].<br />
<br />
====Invertierende Schaltungsvariante 1 gemäß Datenblatt ====<br />
[[Bild:volt_inv.gif]]<br />
<br />
Der interne Transistor schaltet die positive Spannung. Da es ein NPN Transistor ist, wird dieser als Emitterfolger geschaltet. Dies hat den großen Nachteil, dass der Spannungsabfall recht hoch ist. Da es eine Darlingtonschaltung ist, gehen hier 1,0-1,3V je nach Strom verloren. Da der MC34063 keine negativen Spannungen verarbeiten kann, wird dessen GND Potential nun der Ausgang der negativen Spannung. Die maximal zulässige Ausgangsspannung wird daher durch die Differenz der positiven Betriebsspannung und der negativen Ausgangsspannung begrenzt. Diese darf 40V nicht übersteigen. Da der Bezugspunkt des Feedbackpins des MC34063 die negative Ausgangsspannung ist, sieht der MC34063 Masse als positive Spannung. Der Spannungsteiler aus R3 und R1 wird daher genauso berechnet wie bei jeder anderen Schaltung. Damit der Wandler sicher startet, sollte der Glättungselko am Ausgang nicht zu klein sein, da er beim Einschalten quasi in Reihe zum MC34063 sitzt und dieser sich daher aus dem Elko mit Strom versorgen muss.<br />
<br />
====Invertierende Schaltungsvariante 2 mit externem Transistor gemäß Datenblatt====<br />
[[Bild:volt_inv1.gif]]<br />
<br />
Um den hohen Spannungsverlust am Schalttransistor zu umgehen, kann man einen externen PNP Transistor einsetzen. Sobald der interne Transistor des MC34063 einschaltet, bekommt der externe PNP Transistor seinen Basisstrom und schaltet ein. Somit hat dieser nun einen sehr geringen Spannungsabfall von wenigen 100mV. Der 100Ω Widerstand dient weniger als Spannungsteiler mit dem 220Ω Widerstand, sondern vielmehr dazu, den Transistor beim Abschalten schneller sperren zu lassen. Ein Nachteil dieser Schaltung ist, dass der Basisstrom aus der negativen Spannung stammt, die aufwändig erzeugt wurde. Von den so erzeugten -14,5V gegen GND, also -19,5V gegen 5V werden nur etwa 0,7V benötigt, der Rest wird im Vorwiderstand verheizt.<br />
<br />
Da bei [[LCD]]s die Kontrastspannung als Bezugspunkt die positive Betriebsspannung besitzt, ist es auch sinnvoll, die Regelung des MC34063 nicht an GND, sondern an die positive Betriebsspannung anzuschließen. Dadurch ist die Kontrastspannung auch bei Betriebsspannungsschwankungen konstant.<br />
<br />
====Invertierende Schaltungsvariante 3 mit externem Transistor gemäß Datenblatt von ST====<br />
[[Bild:volt_inv2.gif]]<br />
<br />
Um das Problem mit dem Basisstrom für den externen Transistor aus der negativen Spannung zu beseitigen, liegt es nahe, den Strom aus der Schaltungsmasse anstelle der negativen Spannung zu nehmen. Solch eine Schaltung findet sich sogar in einem Datenblatt des MC34063, allerdings nicht in der eines MC34063 von ON/Motorola, sondern in einem von ST. Diese Schaltung sieht auf den ersten Blick besser aus als die vorhergehende, hat aber dennoch einen gravierenden Nachteil: In der Praxis ist nämlich der Strom im Leerlauf höher als bei der vorhergehenden Schaltung. Dies liegt daran, dass das interne Flipflop anscheinend zwischen GND und V+ hin- und herschaltet, was ja eigentlich gewünscht ist. In diesem Fall wird die Basis-Emitterspannung der Transistoren negativ, und bei etwa -8V bricht die Basis-Emitter Diode durch und wird somit leitend. Auch in der Sperrphase wird daher der erzeugten negativen Spannung ein Strom entnommen, der wieder nachgeliefert werden muss. Zumindest die ICs von Fairchild, ON und TSC verhalten sich so. ICs von ST konnte ich noch keine bekommen, um nachzuprüfen, ob diese vielleicht anders aufgebaut sind. Diese Schaltung ist auf jeden Fall '''nicht empfehlenswert'''.<br />
<br />
====Invertierende Schaltungsvariante 4 mit externem Transistor, Eigenkreation====<br />
[[Bild:volt_inv3.gif]]<br />
<br />
Das Problem mit dem Durchbruch der Basis-Emitter-Diode umgeht diese Schaltung.<br />
Da ein Transistor an sich aus zwei Dioden besteht, kann man bei diesem Emitter und Kollektor vertauschen. Die Basis-Kollektor-Diode hat nämlich den Vorteil, dass sie eine sehr viel höhere Spannung aushält, die meist genauso groß ist wie die zulässige Kollektor-Emitter Spannung, in diesem Fall also 40 V. Da der Transistor ein Darlingtontransistor ist und hier nur wenig Basisstrom benötigt wird, wird nur der schwache Treibertransistor als Transistor verwendet und der eigentliche Schalttransistor dient als Diode, um den Basistrom des PNP Transistors über den Treibertransistor nach Masse abzuführen. Dieser Betrieb ist in keinem Datenblatt erwähnt, aber auch nirgends verboten, von daher kann man nicht mit Sicherheit sagen, dass diese Schaltung zulässig ist. Ich verwende die Schaltung aber schon seit Jahren ohne Probleme. Der Wirkungsgrad dieser Schaltung ist deutlich höher als bei den zuvor gezeigten. Der offene Emitterpin schwingt wie erwartet zwischen etwa + 0,7 V und negativer Ausgangsspannung hin und her.<br />
<br />
====Invertierende Schaltungsvariante 5 für bipolare Spannungen====<br />
[[Bild:vlcd_bipol.gif]]<br />
<br />
Die letzte Variante erzeugt gleichzeitig eine positive und eine negative Spannung aus einer niedrigeren positiven Spannung. Dies ist z.&nbsp;B. für Operationsverstärker oder aber auch für TFT-Displays wichtig, die häufig +15 V und -10 V benötigen. Bei der Schaltung handelt es sich um einen Step-Up-Wandler, der über D1 an C1 eine positive Spannung erzeugt, die über den Spannungsteiler zurückgeführt und geregelt wird. Die Spannung an Pin 1 schwingt daher zwischen 0 V (eingeschaltetem Transistor) und Ausgangsspannung + Diodenspannung (Spannungsspitze bei abgeschaltetem Transistor) hin und her. Diese Wechselspannung wird über C4 und D2-3 gleichgerichtet und zwar in negativer Richtung. C5 lädt sich daher auf eine um eine Diodenspannung niedrigere Spannung (und negativem Vorzeichen) als die Spannung an C1 auf. Diese Spannung ist an sich nicht geregelt, aber über C4 mit der geregelten positiven Spannung verkoppelt. Lediglich der Spannungsabfall an C4 und D2-D3 wird nicht ausgeregelt.<br />
<br />
=== Weitere Anwendungen===<br />
<br />
* verlustarme [[Konstantstromquelle]]<br />
<br />
=== Wichtig zu wissen ===<br />
<br />
* Das IC verwendet ein maximales Tastverhältnis von ca. 0,857. Dieses Tastverhältnis wird jedoch durch den Spannungsabfall an Rsc verkürzt.<br />
*# Vorzeitiges Ausschalten des Ausgangstransistors wird eingestellt durch Rsc. Da der Ladestrom der Timing-Kapazität von der Spannungsdifferenz an Rsc abhängt und den Entladestrom übersteigen kann, darf der Strom in der Spule nicht zu schnell ansteigen. Andernfalls kann die Timing-Kapazität nach Erreichen des Thresholds nicht mehr entladen werden und die fallende Flanke bleibt aus. Als Folge hiervon steigt die Spannung an der Kapazität bis auf die Betriebsspannung, der Strom durch den Ausgangstransistor wird nicht abgeschaltet und die Ausgangsspannung kann Werte über der mit dem Spannungsteiler eingestellten erreichen(!!). Die Spule muss also eine bestimmte Mindestinduktivität bezogen auf den Wert von Rsc haben und sollte ausserdem nicht in die Sättigung kommen. Im Step-Up-Fall sollte auch eine bestimmte Maximalinduktivität nicht überschritten werden, damit die Spule in der durch C definierten Zeit auch aufgeladen werden kann. <br />
*# Verspätetes Einschalten durch eine zu hohe Ausgangsspannung (entspricht einer zu hohen Eingangsspannung an CII) vor dem Beginn eines Zyklus. Sinkt die Spannung nicht innerhalb der ersten 85,7% des Zyklus auf oder unter die Referenzspannung, entfällt sogar der gesamte Impuls.<br />
<br />
* Der für die Schaltfrequenz zuständige Oszillator und der für den Vergleich mit der Referenzspannung zuständige Komparator sind nicht synchronisiert. Dies bedeutet, das oben erwähnte verspätete Einschalten erfolgt bei zwei aufeinander folgenden Impulsen normalerweise zu völlig unterschiedlichen Zeitpunkten. Das Tastverhältnis variiert ständig. Normalerweise würde man bei stabiler Eingangsspannung und stabiler Last ein Einpendeln auf ein stabiles Tastverhältnis erwarten. Das ist beim MC34063 prinzipbedingt unwahrscheinlich.<br />
<br />
* Die Regelschleife des ICs ist nur im diskontinuierlichen Betrieb (Spulenstrom fällt in jedem Takt wieder auf 0) stabil. Im kontinuierlichen Betrieb, besonders bei zu hoher Spuleninduktivität, kann es zu Regelartefakten kommen. Dann steigt z.&nbsp;B. der Spulenstrom, bis doch die Überstromabschaltung greift, die Regelschleife schwingt. Dies liegt daran, dass der Komparator aufgrund der Bauweise des ICs den Ausgangsimpuls innerhalb der ersten 85,7% eines Zyklus zwar einschalten, aber nicht mehr ausschalten kann. Einmal eingeschaltet laufen entweder die ersten 85.7% eines Zyklus ab und es wird an diesem Zeitpunkt normal abgeschaltet, oder die Strombegrenzung schaltet den Impuls vorzeitig ab.<br />
<br />
* Bei niedriger Last geschieht die Spannungsregelung über das Auslassen von Impulsen (Pulsfrequenzmodulation). Dies kann dazu führen, dass der Ripple der Ausgangsspannung eine sehr viel niedrigere Frequenz aufweist als die Schaltfrequenz.<br />
<br />
* Die im Datenblatt angegebenen 1,5A sind der Spitzenstrom des internen Transistors, nicht der Ausgangsstrom des Schaltreglers. Insbesondere in der Step-Up-Konfiguration ist der Ausgangsstrom viel geringer.<br />
<br />
* Step-Up- oder Inverterbetrieb mit einem Spannungsverhältnis über 6,5 ist nur im diskontinuierlichen Betrieb möglich. Daraus ergibt sich eine Obergrenze für die Induktivität.<br />
<br />
* Der Strombegrenzungswiderstand Rsc dient nicht nur als Strombegrenzung für den Ausgangsstrom, sondern ist auch wichtig, um den Spulenstrom in jedem Schaltzyklus zu begrenzen: Geht die Spule z.&nbsp;B. bei 0,15A in die Sättigung, muss Rsc so dimensioniert werden, dass der Strom die 0,15A nie übersteigt (der passende Wert wäre hierfür also Rsc=0,33V/0,15A=2,2Ω.) Ansonsten verringert sich der Wirkungsgrad der Schaltung stark.<br />
<br />
* Wunder bezüglich Wirkungsgrad darf man von MC34063-basierten Schaltungen nicht erwarten. Schaltregler mit FET-Schaltern vermeiden Verluste durch den Basisstrom und der U<sub>CE</sub>-Restspannung. Schaltregler mit integrierten Push-Pull-Ausgängen verringern bzw. vermeiden die Verluste in der Schottky-Diode. Das Störspektrum ist bei Schaltreglern mit Pulsweitenmodulation kalkulierbarer. Einige modernere ICs arbeiten mit deutlich höheren Schaltfrequenzen und benötigen eine weitaus kleinere (und damit oftmals widerstandsärmere) Induktivität für die gleiche Leistung.<br />
<br />
=== Vergleich 34063 vs. LM257x ===<br />
<br />
Der MC34063 und der LM257x (x = 4, 5 oder 6) sind von den Daten her in etwa vergleichbar, der 34063 kann auch als Step-Up eingesetzt werden, was mit dem LM257x nicht möglich ist.<br />
<br />
Im Schaltverhalten unterscheiden sich beide Regler deutlich, wie nachfolgende Messungen zeigen. Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden bei beiden die gleichen Spulen, Dioden und Elkos verwendet. Auch das Platinenlayout war vergleichbar. <br />
Die Eingangsspannung betrug 12 V, die Ausgangsspannung 5 V. Verwendet wurden ein TS34063 und ein LM2575-5 (mit LM2574 und LM2576 sind identische Ergebnisse zu erwarten). Beim 34063 wurde die Strombegrenzung mit 0,5Ω auf etwa 0,6 A eingestellt. Für den Oszillator wurden 470 pF verwendet, was etwa 50 kHz ergibt, um im gleichen Bereich wie der LM257x zu liegen.<br />
Belastet wurde der Ausgang mit 50Ω bzw. 100Ω, was einen Laststrom von 100mA bzw. 50mA ergibt.<br />
Am Eingang wurde ein normaler 100 µF Elko verbaut, am Ausgang ein 220 µF SMD Elko.<br />
Gemäß Datenblatt wäre für diesen niedrigen Strom beim LM257x eigentlich eine weitaus größere Induktivität von etwa 680 µH notwendig. Die Schaltung ist aber bewusst auf einen höheren Strom dimensioniert und nur mit einem geringen Strom belastet worden, da dieser Zustand in der Praxis häufig vorkommt und hier die Unterschiede zwischen beiden Reglern am deutlichsten ausfallen. Für den 34063 entspricht die Größe der Induktivität sogar den Empfehlungen aus dem Datenblatt.<br />
<br />
==== Messung 1: 100 mA Last ====<br />
[[Datei:LM257x_100mA.gif|thumb|250x250px|LM2575, 100 mA<br>rot: Ausgangsspannung<br>grün: Ausgangsripple]]Das Ergebnis ist wie erwartet: Die Spannung am Ausgang des LM2575 (rot) ist ein sauberes Rechteck, das zwischen Vin-Vsat und 0 V - V Diode, also zwischen etwa 10,5 V und -0,5 V pendelt. Der Ripple auf der Ausgangsspannung (grün) ist dreieckförmig, ein Zeichen, dass der Ripple vor allem durch den ESR des Ausgangselkos in Verbindung mit dem dreickförmigen Spulenstrom entsteht. Die Amplitude beträgt etwa 120 mVss. Das ist nicht wirklich gut, aber akzeptabel. Die Ursache liegt darin, dass es sich bei den Elkos nicht um Low ESR Elkos handelt.<br />
<br />
[[Datei:34063_100mA.gif|thumb|250x250px|34063, 100 mA<br>rot: Ausgangsspannung<br>grün: Ausgangsripple]]An der Ausgangsspannung erkennt man beim 34063 deutlich, dass der Regler im diskontinuierlichen Betrieb arbeitet, der Spulenstrom erreicht den Wert Null, der Ausgang des Reglers wird dann über die Spule auf Höhe der Ausgangsspannung gezogen und schwingt aufgrund parasitärer Kapazitäten. Dieses Verhalten entsteht dadurch, dass der 34063 die Impulsbreite nur durch einen Überstrom oder durch eine hohe Feedbackspannung zu Beginn einer Taktperiode verkürzen kann. Ist beides nicht der Fall, erfolgt ein voller Zyklus. Dies führt dazu, dass die Regelung durch Auslassen einzelner Impulse (hier jedes zweiten Impulses) geschieht. Dadurch halbiert sich in diesem Fall die effektive Schaltfrequenz auf etwa 25 kHz, was logischerweise den Ripple auf der Ausgangsspannung vergrößert. Die Amplitude beträgt daher etwa 175 mVss, etwas mehr als beim LM257x, aber noch im grünen Bereich für übliche Anwendungen.<br />
<br />
==== Messung 2: 50 mA Last ====<br />
[[Datei:LM257x_50mA.gif|thumb|250x250px|LM2575, 50 mA<br>rot: Ausgangsspannung<br>grün: Ausgangsripple]]Auch hier ist das Ergebnis wie erwartet: Aufgrund des geringen Stromes arbeitet der LM257x im diskontinuierlichen Betrieb, der Spulenstrom erreicht also den Wert Null. Dennoch liegt der Ripple auf der Ausgangsspannung bei gerade mal etwa 100 mVss. Dieser niedrige Wert liegt an der kurzen Einschaltdauer und dem dementsprechend niedrigeren Spitzenstrom in der Spule, der logischerweise zu einem geringeren Spannungsabfall am ESR des Ausgangselkos führt. Die Arbeitsfrequenz liegt wie auch bei der 100 mA Messung bei knapp über 50 kHz, ist also unabhängig vom Strom.<br />
<br />
[[Datei:34063_50mA.gif|thumb|250x250px|34063, 50 mA<br>rot: Ausgangsspannung<br>grün: Ausgangsripple]]Auf den ersten Blick sieht man schon: Das Verhalten des 34063 bei geringen Lasten ist chaotisch und nur schwer vorherzusagen, da der Zufall eine große Rolle spielt.<br />
Dieses chaotische Schaltverhalten macht sich oft auch akustisch in der Spule bemerkbar: Man hört ein Rauschen.<br />
Ursache für dieses Verhalten ist das Funktionsprinzip des 34063: Ist während seiner Einschaltdauer die Eingangsspannung oberhalb des Schwellwertes des internen Komparators, bleibt der Ausgang abgeschaltet. Ist die Eingangsspannung zu Beginn des Zyklus schon niedriger, ist der interne Transistor für eine ganze Einschaltdauer (0,85*Periodendauer) eingeschaltet. Unterschreitet die Spannung dagegen während der Einschaltdauer den Schwellwert, schaltet der 34063 für den Rest der Zeit ein. Dadurch entstehen diese unterschiedlich langen Einschalt- und Ausschaltzeiten. Da der Zeitpunkt, zu dem der interne Komparator schaltet, von sehr vielen Faktoren abhängig ist (Ausgangsspannung, Spulenstrom [also vorhergehende Zyklen], Störungen usw.), lässt sich das genaue Verhalten nicht vorhersagen, der 34063 schaltet mehr oder weniger zufällig.<br />
<br />
Die Arbeitsfrequenz lässt sich hier daher nicht wirklich bestimmen, da nahezu jeder Impuls eine andere Länge hat. Der Ripple liegt bei etwa 180mVss, fast dem doppelten Wert, den der LM257x bei diesem Strom aufweist. Das Hauptproblem an dem Ripple ist aber nicht der hohe Ripple selbst, sondern die unberechenbare Frequenz, die eine Dimensionierung eines Filters am Ausgang erschwert.<br />
<br />
Dass der Ripple sich hier dennoch in Grenzen hält, liegt vor allem daran, dass sich beim Step-Down-Wandler die Änderungen direkt auf den Ausgang auswirken: Ein Einschaltzyklus führt zu einem höheren Spulenstrom und somit zu einer höheren Ausgangsspannung, was wiederum zu einer höheren Feedbackspannung führt. Ein gewisser Ripple auf der Ausgangsspannung ist für das Regelverhalten sogar hilfreich, da er hilft, die Hysterese des Komparators zu überwinden und somit zu einer höheren Schaltfrequenz führt.<br />
Im Step-Up-Modus ist der Zusammenhang zwischen Tastverhältnis und übertragener Energiemenge nicht ganz so einfach, denn wenn das Tastverhältnis zu hoch ist, wird die Spule in der Ausschaltphase die Energie nicht los, was dazu führt, dass effektiv weniger Energie am Ausgang ankommt, stattdessen der Spulenstrom von Zyklus zu Zyklus weiter ansteigt. Dies setzt sich solange fort, bis die Strombegrenzung anspricht. Diese ist daher im Step-Up-Modus zwingend erforderlich.<br />
<br />
==== Fazit ====<br />
<br />
Für Schaltungen, die eine saubere Spannung benötigen und eine stark wechselnde Stromaufnahme haben (es also vorkommen kann, dass die Stromaufnahme recht gering ist, wie hier gezeigt), sollte man auf den etwas teureren LM257x (oder andere PWM Regler) zurückgreifen, da sich dessen Spannung gut filtern lässt. Der 34063 eignet sich dagegen für alle Anwendungen, bei denen es nicht zu sehr auf den Ripple ankommt, wie z.&nbsp;B. Digitalschaltungen oder Motoren.<br />
Wenn der 34063 mit einem ausreichend hohen Strom belastet wird bzw. die Spule ausreichend groß dimensioniert wird, erreicht er zumindest im Step-Down-Betrieb aber auch gute Werte.<br />
Möchte man den Ripple weiter wegfiltern, ist hinter den Ausgangselko ein LC Filter zu setzen. Der Abgriff des Feedbackanschlusses erfolgt aber weiterhin am bisherigen Ausgangselko, denn wie weiter oben beschrieben wurde, ist der Ripple für die Regelung des 34063 notwendig. Ohne diesen Ripple verhält sich der 34063 wie ein Zweipunktregler: Die Spannung pendelt zwischen zwei Werten. Durch die zusätzliche Zeitverzögerung des LC-Filters würde sich das Pendeln sogar noch verstärken (dies trifft bei den meisten Reglern zu, denn die zusätzliche Phasenverschiebung kann die Regelschleife destabilisieren).<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
* [[Spule | Spulenauswahl für Schaltregler]]<br />
* [[Transformatoren und Spulen]]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/250362#2580874 Forumsbeitrag]: 180V@25mA Step Up mit externem MOSFET für Nixiröhren<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/293167?page=1#3201292 Forumsbeitrag]: Hochspannungserzeugung für einen Geiger-Müller Zähler (Pollin Bausatz)<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
*[http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC34063A-D.PDF Datenblatt MC34063]<br />
*[http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF AN920 Theory and Applications of the MC34063 and µA78S40 Switching Regulator Circuits] Die bekannteste und wichtigste Application Note für den MC34063 und seinen Verwandten 78S40. Mit vielen Schaltungsbeispielen, Herleitungen der Berechnungsformeln und Beispielrechnungen.<br />
*[http://www.dos4ever.com/flyback/flyback.html Flyback Converters for Dummies]<br />
*[http://ludens.cl/Electron/Magnet.html Guter Grundlagenartikel über Trafos in Englisch]<br />
*[http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler Layout für Schaltregler], von Lothar Miller<br />
<br />
=== Werkzeuge ===<br />
<br />
*[http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html Ausführliche Seite mit Onlineberechnung verschiedener Schaltnetzteiltypen, und Grundlagenwissen]<br />
*[http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml Ein Tool um die Bauteile zu dimensionieren]<br />
*[http://sourceforge.net/projects/mc34063uc/files/ Ein Universaltool zum Berechnen der Bauteile für alle Operationsmodi]<br />
<br />
=== SPICE Modelle ===<br />
<br />
Für den MC34064 gibt es brauchbare SPICE-Modelle.<br />
<br />
* [http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063A%20SPICE%20MODEL.ZIP OnSemi] Die Dateien im ZIP-Archiv tragen die Bezeichnung MC3'''3'''063. Das ist die Variante des MC34063 für einen grösseren Temperaturbereich. Ansonsten ist der MC33063 identisch.<br />
* [http://perso.wanadoo.fr/cbasso/Downloads/PSpice/34063.zip PSpice-Modell] Von Christophe Basso für PSpice erstelltes/angepasstes Modell (Siehe auch seine [http://www.amazon.com/Christophe-P.-Basso/e/B001IOH604/ SMPS-Bücher]) <br />
* [http://perso.wanadoo.fr/cbasso/Downloads/IsSpice/MC34063.zip IsSpice-Modell] Von Christophe Basso für IsSpice erstelltes/angepasstes Modell<br />
* leider gehen alle Links bis auf den ersten derzeit nicht.<br />
<br />
[[Kategorie:Bauteile]]<br />
[[Kategorie:Spannungsversorgung und Energiequellen]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Konstantstromquelle&diff=100049Konstantstromquelle2018-12-03T19:24:27Z<p>Rfr: /* Weblinks */</p>
<hr />
<div>Eine '''Konstantstromquelle''' ist eine Schaltung, deren Zweck es ist, den Strom durch eine Last (z.&nbsp;B. eine [[LED]]) möglichst konstant zu halten, das heißt Änderungen des Stroms infolge von Lastwiderstandsänderung durch Variation der Betriebsspannung und/oder des Innenwiderstands entgegen zu wirken.<br />
<br />
Es gibt, je nach Erfordernissen unterschiedliche Schaltungen, die zu diesem Zweck eingesetzt werden. Sie unterscheiden sich in ihrer Präzision (d.h. der Regelgenauigkeit und Regelgeschwindigkeit), der erforderlichen Betriebsspannung (wegen der benötigten Spannungsregelreserve) sowie den Kosten aufgrund des jeweiligen Bauteilaufwands.<br />
<br />
Es sollen hier nur einige besonders einfache Schaltungen vorgestellt werden.<br />
<div class="toclimit-2"><br />
__TOC__<br />
</div><br />
<br />
== Konstantstromquelle mit J-FET ==<br />
<br />
=== Beschreibung ===<br />
<br />
Eine sehr einfache Konstantstromquelle lässt sich mit einem [[FET|JFET]] realisieren. Der resultierende Strom ist durch den verwendeten FET bestimmt, dabei wird die Eigenschaft genutzt, dass der JFET selbstleitend ist, also bei einer Gate-Source-Spannung von 0V seinen maximal möglichen Strom leitet und bei ansteigender negativer Gate-Source-Spannung U_GS den Drain-Source-Kanal zunehmend abschnürt. Es werden Bauteile angeboten, bei denen die Verbindung zwischen Gate und Source des FET schon intern vorgenommen wurde (Konstantstromdiode, engl. current regulator diode). Diese werden mit engeren Toleranzen gefertigt und erlauben daher eine genauere Definition des Stroms. Außerdem benötigen diese keinen Widerstand in der Sourceleitung und haben damit weniger Spannungsabfall im Betrieb.<br />
<br />
=== Vorteile === <br />
<br />
* Großer Betriebsspannungsbereich, nach oben nur durch die maximale Drain-Source-Spannung (V_DS) des FETs und seine maximale Verlustleistung begrenzt.<br />
* Einfachster Aufbau<br />
<br />
=== Nachteile === <br />
<br />
* Beeinflussung durch Toleranzen der Fertigungsparameter des FET, typ. +/- 10%<br />
* hohe Sättigungsspannung über dem FET, typ. 1-3V<br />
* nur mäßig temperaturstabil<br />
* selbstleitende FETs für Ströme größer als 30mA sind selten und entsprechend teuer<ref>Es gibt aber einige Depletion-Mode Mosfets mit sehr hohen Sperrspannungen und z.T. auch grösseren Strömen.</ref><br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
[[Bild:Konstantstrom.gif]]<br />
<br />
=== Weblinks ===<br />
* [http://www.vishay.com/docs/70596/70596.pdf Vishay AN103 - The FET Constant-Current Source/Limiter]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0207011.htm ELKO: FET als Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm ELKO: Der Transistor-LED-und der FET-Konstantstromzweipol]<br />
* [[Mosfet-Übersicht#N-Kanal J-FET | Liste von J-FETs]]<br />
* [http://search.datasheetcatalog.net/key/LM334 LM334] betagter, aber guter IC, programmierbare Konstantstromquelle mit 1µA-10mA, 0,8-1V Spannungsabfall, kann per Transistor auf deutlich größere Ströme erweitert werden.<br />
<br />
=== Weblinks ===<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm ELKO: Transistor als Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currled.htm ELKO: Die Transistor-LED-Konstantstromquelle mit ein oder zwei Transistoren und Konstantstromquelle mit Bandgap und Opamp]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm ELKO: Der Transistor-LED-und der FET-Konstantstromzweipol]<br />
* [http://www.ferromel.de/tronic_6.htm Verschiedene Konstantstromquellen mit Beschreibung]<br />
* [http://www.elexs.de/kap5_9.htm Konstantstromquelle bei ELEXS]<br />
{{Absatz}}<br />
<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit bipolaren Transistoren ==<br />
[[Datei:Ksq.png|thumb|right|231px|U<sub>BE</sub>-Konstantstromquelle]]<br />
Die auch als U<sub>BE</sub>-Konstantstromquelle bekannte Stromquelle funktioniert folgendermaßen:<br />
Über R2 wird ein Strom in die Basis von T1 eingespeist, dadurch fließt in T1 ein Kollektorstrom, welcher gleichzeitig der Laststrom ist, welcher konstant gehalten werden soll. Die Summe aus Kollektor- und Basisstrom von T1 fließt durch R1 und erzeugt über ihm einen Spannungsabfall. Wenn die Spannung über R1 die Basis-Emitter-Flußspannung von T2 überschreitet (ca. 0,7V), beginnt ein Kollektorstrom durch T2 zu fließen. Dadurch fließt ein Teil des Basisstroms von T1 in den Kollektor von T2 ab. Da der Basisstrom von T1 nun nicht weiter ansteigen kann, weil jeder Zuwachs als Kollektorstrom von T2 abfließt, bleibt der Strom durch R1 und damit auch die Last konstant. So stellt sich diese Schaltung auf eine konstante BE-Spannung von ca. 0,7V über R1 ein, je nach verwendetem Transistor. R1 berechnet sich daher wie folgt:<br />
:<math><br />
\begin{align}<br />
R1 & = \frac{U_{BE,T2}}{I_{\text{soll}}} = \frac{0.7\text{V}}{I_{\text{soll}}}<br />
\end{align}<br />
</math><br />
<br />
R2 wird so ausgelegt, dass T1 grundsätzlich sättigen kann. Siehe dazu [[Basiswiderstand]]. Ein guter Richtwert bei 5V Vcc ist 4,7kΩ. Anstatt '''T2''' kann auch eine Leuchtdiode verwendet werden, dazu den Basisanschluss weglassen. Die LED leuchtet auf, wenn die Stromquelle regelt, und verlischt bei Leerlauf. So lassen sich einfache Konstantstrom-Ladegeräte mit Kontrollanzeige aufbauen. Eine temperaturstabile Präzisions-Stromquelle entsteht durch Ersetzen von '''T2''' durch einen TL431[http://www.mikrocontroller.net/part/TL431].<br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
<br />
* Gut bei niedriger Betriebsspannung, da Schaltung bereits mit kleiner Restspannung am Transistor T1 läuft und die Regelung auch dann erfolgt, wenn nur noch wenige hundert mV zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T1 anliegen.<br />
:: <math>U_{BE,T2}+U_{CE,T1} \approx 0{,}65\,\text{V}+0{,}15\,\text{V}</math><br />
* Einfachster Aufbau mit Standardbauteilen, d.h. kann aus Resten aus der Bastelkiste aufgebaut werden<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
<br />
* Nicht temperaturkompensiert, der Strom schwankt um ca. 0,26%/K<br />
:: <math>\frac{\Delta U_{BE}}{R1} \quad\text{ mit }\quad \Delta U_{BE} \left(\Delta\vartheta\right) \approx -1{,}7 \,\frac{\text{mV}}{\text{K}} \cdot \Delta\vartheta</math><br />
[[Datei:Ksq_2T_sim.svg|thumb|right|300px|Analyse bei steigender Versorgungsspannung]]<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Operationsverstärker und Transistor ==<br />
<br />
[[Datei:Ksq_opv.png|thumb|right|231px|Konstantstromquelle mit OPV und Bipolartransistor]]<br />
<br />
Der Strom, welcher konstant gehalten werden soll, wird durch R2 gemessen (Shunt). Der OPV arbeitet als Spannungsfolger und versucht, die Spannung am - Eingang so groß wie am + Eingang zu halten. Ist z.B. die Spannung am - Eingang etwas kleiner als am + Eingang (Bruchteile von mV!), dann steigt die Ausgangsspannung des OPV um einige mV und erhöht damit die Basis-Emitter-Spannung von T1 und damit den Basisstrom. Dadurch fließt ein höherer Kollerktorstom, welcher wiederum einen höheren Spannungsabfall über R2 verursacht, bis die Spannungen am - und + Eingang des OPV wieder absolut gleich sind (die Offsetspannung wird hier zunächst vernachlässigt). Die Beispielschaltung hier ist bei ausreichender [[Kühlkörper|Kühlung]] für T1 für ca. 1A brauchbar. Der Strom wird mit 0-100mV eingestellt. Der [[Basiswiderstand]] R4 wird nicht klassisch berechnet, da er hier eine etwas andere Funktion hat. Er dient mehreren Zwecken:<br />
* Strombegrenzung des OPV im Extremfall, wenn die Last am Kollektor nicht angeschlossen ist. Dann versucht der OPV mit maximaler Ausgangsspannung den Strom durch R2 zu treiben, schafft das aber nicht.<br />
* Verringerung der Verstärkung des Regelkreises. Damit kann man je nach Schaltung und OPV den Regelkreis stabil bekommen, falls er schwingt. Das ist auch von der internen Kompensation des OPVs abhängig und kann sehr verschieden sein.<br />
* Schutz des OPV-Ausgangs im Fall der Überlastung von T1. Sollte dieser wegen Überlastung, Überspannung etc. kaputt gehen, so kann die Kollektorspannung an den OPV-Ausgang gelangen und diesen zerstören. Durch R4 wird der Strom begrenzt und damit eine Zerstörung verhindert.<br />
Die Dimensionierung ist ein Kompromiss dieser drei Aufgaben, wobei man entscheiden muss, welche wichtiger ist. Um den den optimalen Wert zu finden, muss man meist auch einige Versuche durchführen. <br />
<br />
Nachteilig ist, dass der Basisstrom von T1 nicht durch die Last fließt, aber durch R2 und somit die Konstantstromregelung verfälscht. Als Gegenmaßnahme nutzt man einen Darlingtontransistor mit sehr hoher Stromverstärkung von 1000 und mehr, was bedeutet, dass der verfälschende Basisstrom nur noch 1 Promille Fehler verursacht. Alternativ kann man mit gerade mal zwei clever platzierten Widerständen den Fehler des Basisstroms nahezu vollständig kompensieren, wie es in diesem [http://www.edn.com/design/power-management/4318484/Error-compensation-improves-bipolar-current-sinks Artikel] in [http://m.eet.com/media/1128969/12734-figure_3.pdf Figure 3] dargestellt ist. Das hat den Vorteil, dass man einfache Bipolartransistoren nutzen kann, welche deutlich höhere Grenzfrequenzen als Darlingtons aufweisen. <br />
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines MOSFET, dieser hat Gateströme (Leckströme) im Bereich von unter einem Mikroampere. Dieser Fehler fällt bei 99,9% der Anwendungen nicht ins Gewicht. Prüfen sollte man dabei, dass der MOSFET für [[FET#Linearbetrieb_von_MOSFETs | Linearbetrieb]] geeignet ist, denn das sind viele Hochleistungs-MOSFETs nicht! Hier wird noch ein zusätzlicher Widerstand vor dem Gate des MOSFETs geschaltet, um die hohe Kapazität des Gates vom OPV-Ausgang zu entkoppeln, welche viele OPVs wieder instabil machen würde.<br />
<br />
[[Datei:Ksq_opv_mosfet.png|thumb|right|231px|Konstantstromquelle mit OPV und N-Kanal-MOSFET]]<br />
<br />
Wichtig sind R1 und C1. In vielen Schaltungen im Internet fehlen sie, die Spannung über R2 geht direkt an den - Eingang des OPV. Das ist aber falsch und funktioniert oft nur durch Zufall. Denn R1 und C1 sind wichtig für die Frequenzgangkompensation des OPV. Die Schaltung ist ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Regelkreis Regelkreis] und diese sind für notorische Instabilitäten bekannt, d.h. sie schwingen. Durch Rechnung oder Probieren muss der richtige Wert für R1 und C1 gefunden werden, bei denen die Stromquelle ausreichend schnell reagiert ohne zu schwingen. Testen kann man das u.a. dadurch, dass man einen Sprung auf den Eingang gibt, z.B. mit einem Funktionsgenerator oder einfach einem NE555 als Taktgeber. Dabei beobachtet man die Spannung über R2 mit dem Oszilloskop, ggf. auch am Ausgang des OPV. Hier sieht man wie schnell die Stromquelle reagiert und ob sie schwingt.<br />
<br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
* Große Ströme können sehr genau und schnell geregelt werden, nur durch T1 und dessen Kühlung begrenzt<br />
* einfacher Aufbau mit Standardkomponenten<br />
* wird oft als Stromregler in elektronischen Lasten benutzt<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* bei sehr hohen Strömen muss man eine Vierdrahtmessung an R2 vornehmen<br />
* hohe Verlustleistung bei kleinen Lastwiderständen und hoher Betriebsspannung (lineare Stromquelle)<br />
* nur Einquadrantenbetrieb möglich<br />
<br />
=== Weblinks ===<br />
*Analog by Design Show - Hosted by Bob Pease<br />
** [http://www.youtube.com/watch?v=411f0DvXu18 Konstantstromquellen]<br />
** [http://www.youtube.com/watch?v=2N6cjGS7lUE Präzise 1A Konstantstromquelle ]<br />
<br />
== Stromspiegel als Konstantstromquelle ==<br />
<br />
[[Datei:Stromspiegel als Konstantstromquelle.svg|miniatur|Stromspiegel mit Widerstand]]<br />
Bei stabiler Versorgungsspannung eignet sich ein Stromspiegel mit Widerstand als Spannungs-Stromwandler und findet sich beispielsweise in älteren Operationsverstärkern wie dem LM741. Das Konzept des Stromspiegels wird an dieser Stelle nicht weiter erläutert.<br />
<br />
Die Widerstände R2 und R3 reduzieren die Auswirkungen von Bauteiltoleranzen und den Temperaturdrift. Als grober Richtwert sollte deren Spannungsabfall 0,2 V oder mehr betragen. T1 und T2 sind identische Transistortypen (z.B. BC557B), die idealerweise von einer Bauteilrolle stammen.<br />
<br />
Bei geeigneter Wahl von R2 und R3 oder Parallelschaltung von Transistoren wird aus dem Stromspiegel ein Stromvervielfacher. Bei gleichen Transistoren und gleichen Widerständen entsteht ein 1:1 Stromspiegel.<br />
<br />
Berechnung:<br />
<br />
Die Versorgungsspannung U<sub>B</sub> und der gewünschte Strom I sind bekannt<br />
<br />
:<math>I_{ref} = \frac{U_B - 0{,}65 V}{R1+R2}</math> (Ausgangsformel)<br />
:<math>R3 = R2</math> (1:1 Stromspiegel)<br />
:<math>I = I_{ref}</math><br />
:<math>R1 + R2 = R_g = \frac{U_B - 0{,}65 V}{I}</math><br />
:<math>U_{R2} \approx 0{,}2 V</math><br />
:<math>R2 = \frac{U_{R2}}{I}=\frac{0{,}2 V}{I}</math><br />
:<math>R1 = R_g - R2</math><br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
<br />
* wenige, günstige Bauteile<br />
* sehr einfache Konstruktion<br />
* mäßiger Spannungsabfall (ca. 1V)<br />
* schnell, da keine ausgeprägte Rückkopplung vorhanden<br />
* zur Stromsenke umformbar (Überkopf stellen und npn-Typen verwenden)<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
<br />
* geringer Wirkungsgrad, doppelt wegen Referenzstrom<br />
* mäßig hoher Quellenwiderstand (einfacher Stromspiegel)<br />
<br />
== PTAT-Konstantstromquelle ==<br />
<br />
:→ siehe [[PTAT-Stromquelle]]<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Linearreglern ==<br />
<br />
=== Grundschaltung mit LM317 ===<br />
<br />
[[Bild:LM317_constant_current.png|thumb|right|280px|Konstantstromquelle mit LM317]]<br />
<br />
Eine sehr einfache, günstige und doch genaue Konstantstromquelle kann mittels LM317 aufgebaut werden (R_1 = 1,25 V / I_out). Für einen LED-Strom von 20mA ist ein R1 von 62,5 Ω erforderlich, praktisch wird man 68Ω wählen. Dabei ist zu beachten, daß die Eingangsspannung ''V''<sub>in</sub> mindestens 3,5V + ''U''<sub>f,LED</sub> ([[LED#Flußspannung|Flußspannung der LED]]) betragen muss.<br />
{{Absatz}}<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
<br />
* temperaturstabil<br />
* sehr wenige, billige Bauteile<br />
<br />
==== Nachteile ====<br />
<br />
* Überschwinger beim Einschalten können vorkommen, so dass sensible Lasten zerstört werden können.<br />
* Hoher Spannungsabfall über der Schaltung von mind. 3,5V<br />
* Verlustleistung<br />
:: <math>PV_\text{LM317} = I_\text{out}\cdot (V_\text{in}- U_\text{f,LED} -1,25\,\mathrm V)</math><br />
* Abhängig vom Gehäuse ist bei höheren Eingangsspannungen ein [[Kühlkörper]] am LM317 nötig:<br />
** TO220: 1W<br />
** TO92: 500mW<br />
** SO-8: 600mW<br />
* Bei niedrigen Strömen unter 3.5 mA ungenau (min. Load Current 3.5 mA laut Datenblatt)<br />
<br />
==== Schrittweise einstellbare Variante ====<br />
<br />
Eine schrittweise voreinstellbare Variante der Grundschaltung wurde 2008 von einem Mitarbeiter von National Semiconductor (Hersteller des LM317) im EDN-Magazin vorgestellt: [http://m.eet.com/media/1132369/14758-figure_1.pdf Programmable current source requires no power supply]. Dabei ist hier mit ''programmable'' manuell voreinstellbar gemeint, nicht Mikrocontroller-gesteuert. Auch der Teil des Titles ''requires no power supply'' ist irreführend. Die Konstantstromquelle benötigt sehr wohl eine externe Stromversorgung. Die Schaltung benötigt lediglich keine zusätzlichen Hilfsspannungen, entspricht sie doch der oben genannten Grundschaltung.<br />
<br />
Mittels dreier 0−9 BCD-Schalter werden geschickt gewählte Widerstände zwischen ADJ und OUT parallel geschaltet. Die Widerstände sind so gewählt, dass der erste Schalter mit seinen zehn Stellungen und Widerständen zwischen 0 mA und 9 mA in 1 mA Schritten zum Gesamtstrom beiträgt, der zweite 0 mA bis 90 mA in 10 mA Schritten und der dritte 0 mA bis 900 mA in 100 mA Schritten. <br />
<br />
In dieser Kombination ergibt das eine einstellbare Konstantstromquelle bis 999 mA in 1mA-Schritten bei rund 2% Genauigkeit.<br />
<br />
Insgesamt werden <br />
<br />
* 45 Widerstände, alle 1%, 1/4 W<br />
** 15 × 1,24 kΩ<br />
** 15 × 124 Ω<br />
** 15 × 12,4 Ω<br />
* ein LM317<br />
* drei 0−9 BCD-Schalter und<br />
* Gehäusematerial (Gehäuse, Kühlkörper für den LM317, Polklemmen, ...)<br />
benötigt.<br />
<br />
Der LM317 wird bei dieser einstellbaren Stromquelle gerade noch innerhalb seiner Spezifikation betrieben - wenn man den Spannungsabfall über ihn gering hält. Im Stromquellen-Beispiel im Datenblatt wird ein maximaler Widerstand von 120 Ω genannt, wohingegen die einstellbare Stromquelle bis zu 1,24 kΩ (nominell 1 mA Ausgangsstrom) und ∞ Ω (offen, nominell 0 mA Ausgangsstrom) verwendet. Mit etwas Geduld kann man aus dem Datenblatt herauslesen, dass 1,24 kΩ gerade noch ausreichen, damit die Regelung des LM317 nicht aussetzt. Dies findet man im Datenblatt in der Grafik ''Minimum Operating Current'' und im Beispiel ''1.2V-20V Regulator with Minimum Program Current''. Mit ∞ Ω ist man definitiv außerhalb des Arbeitsbereiches.<br />
<br />
Der Strom bei der Einstellung 000 mA (Widerstand → ∞ Ω, d.h. offen) entspricht nicht 0,0 mA, sondern dem Strom aus dem ADJ-Anschluss für den nicht spezifizierten Fall, dass der LM317 außerhalb seines Arbeitsbereiches betrieben wird. Die im Datenblatt angegebenen 50 µA (typ.), 100 µA (max.) für den Arbeitsbereich können dabei je nach Exemplar überschnitten werden und sind nicht konstant. <br />
<br />
Die Messung an neueren Chargen (gefertigt nach 2006) des LM317 diverser Hersteller zeigt, dass auch 1mA nicht sicher erreichbar sind. Es ist vielmehr so, das diese KSQ erst korrekt ab 003 mA bis hoch zu den 999 mA funktioniert. Das heißt konkret, die Einstellungen 000 mA, 001 mA und 002 mA sind nicht mehr stromstabilsiert. Das sollte man beachten, sofern man unbedingt den LM317 bei sehr kleinen Strömen einsetzen möchte.<br />
<br />
In der Praxis lohnt es sich besonders bei kleinen Strömen ein Strommessgerät in Reihe zu schalten. Dabei ist Vorsicht bei billigen Multimetern geboten<ref>Bei billigen Multimetern ist auch aus anderen Gründen immer Vorsicht geboten. Siehe [http://gps.sozialnetz.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaaaaajxn Schwerpunktaktion „Handmultimeter“ der hessischen Marktüberwachung ...]</ref>. Deren niedrige Strommessbereiche sind häufig mit einer 200 mA oder 250 mA Schmelzsicherung abgesichert. Schaltet man die Stromquelle versehentlich über 200 mA, beziehungsweise 250 mA, ist ein Sicherungswechsel fällig.<br />
<br />
==== Weblinks ====<br />
<br />
* National Semiconductor Datenblatt [http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf LM117/LM317A/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator]<br />
* [http://www.roboternetz.de/phpBB2/konstantstrom.php Passenden Widerstand für Konstantstromschaltung mit LM317 berechnen]<br />
* [http://www.lumitronixforum.de/viewtopic.php?t=2611&highlight=lm317 Einfachste Konstantstromquelle mit dem LM317]<br />
* [http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlung/Strom/Quelle/Stromquelle.html Konstantstromquelle bis 3A mit LM2576](Link nicht verfügbar)<br />
*[http://www.edn.com/contents/images/6566536.pdf Programmable current source requires no power supply](Link nicht verfügbar)<br />
<br />
==== Preise ====<br />
<br />
; LM317:<br />
* TO3: 1,90 €<br />
* TO-220: < 0,25 €<br />
* TO-92: < 0,15 €<br />
* SO-8: < 0,20 €<br />
<br />
=== Andere Linearregler ===<br />
<br />
Der zuvor beschriebene LM317 eignet sich besonders gut als Stromquelle, da er seine Regelspannung auf der 'high-side' erwartet (1,25 V zwischen Vout und ADJ) und man den Regelpfad als Konstantstrompfad missbrauchen kann (ADJ als Ausgang nach GND, wobei der Strom über den Widerstand und nicht von ADJ geliefert wird)).<br />
<br />
==== Mittels Shunt und Messverstärker ====<br />
<br />
Die meisten anderen Linearregler messen ihre Regelspannung im Bezug auf GND. Um einen solchen Regler als Konstantstromquelle zu benutzen, kann man einen Stromsensor und einen Messverstärker verwenden. Letzterer steuert dann die Regelung des Linearreglers. Maxim hat in [http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/921] ein Beispiel veröffentlicht, das so oder so ähnlich auch mit anderen Linearreglern funktioniert. Maxim misst den Strom auf der Eingangsseite. Vorteil: der Innenwiderstand des Ausgangs des Linearreglers wird durch den Messwiderstand nicht erhöht. Nachteil: Der Eigenverbrauch des Linearreglers wird mitgemessen.<br />
<br />
Man kann den Strom auch auf der Ausgangsseite messen.<br />
<br />
Das gleiche Prinzip funktioniert für Schaltregler, siehe zum Beispiel [[#LM2576_Step_Down| LM2576 Step Down]] auf dieser Seite.<br />
<br />
==== Im Regelpfad - High-Side ====<br />
<br />
.-----------.<br />
VCC IN | | OUT<br />
------------o o------>----.<br />
| | I | |<br />
| | | |<br />
| | .-. |<br />
| | | | |<br />
| | | | Rload, R1 |<br />
| | '-' |<br />
| | | |<br />
| | FB | |<br />
| o------<----o |Vout<br />
| | Iref | | |<br />
| | | | |<br />
| | .-. | |<br />
| | | | | Vref |<br />
| | | | R2 | |<br />
'-----o-----' '-' | |<br />
| GND | | |<br />
| | | |<br />
=== === v v<br />
GND GND<br />
<br />
<br />
Iref << I<br />
<br />
<br />
Die meisten einstellbaren Linearregeler werden durch einen Spannungsteiler (R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub>) zwischen Ausgangsspannung (V<sub>out</sub>) und Masse (GND) eingestellt. Der Spannungsteiler wird dabei so dimensioniert, dass eine vorgegebene Spannung V<sub>ref</sub> (meist 1,25 V) gegen GND an der Anzapfung des Spannungsteilers abfällt, die dann zum Regeleingang des Linearreglers geführt wird. Dabei wird üblicherweise angenommen, dass der Strom I<sub>ref</sub> in den Regler hinein vernachlässigbar ist.<br />
<br />
Dann gilt für den Strom I im Spannungsteiler:<br />
<br />
:<math>I = I_{R_1} = I_{R_2} = \frac{V_\text{out}}{R_1 + R_2}</math><br />
<br />
und <br />
<br />
:<math>I_{R_2} = \frac{V_\text{ref}}{R_2}</math><br />
<br />
Der Strom I im Spannungsteiler ist somit alleine durch Wahl von R<sub>2</sub> bestimmt und unabhängig von R<sub>1</sub> bei vorgegebenem R<sub>2</sub>.<br />
<br />
Ersetzt man daher R<sub>1</sub> durch die Last, so erzeugt der Linearregler durch Steuerung von V<sub>out</sub> einen konstanten Strom<br />
<br />
:{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"<br />
|<math>I = \frac{V_\text{ref}}{R_2}</math><br />
|}<br />
<br />
durch die Last.<br />
<br />
Dabei muss man die Grenzen des Linearreglers beachten:<br />
<br />
Der maximale Strom ''I''<sub>max</sub> des Reglers darf nicht überschritten werden. Damit die Annahme gilt, dass der Reglerstrom ''I''<sub>ref</sub> gegenüber dem Strom ''I'' im Spannungsteiler vernachlässigbar ist muss R<sub>2</sub> klein gegenüber dem Innenwiderstand des Regeleingangs sein. Dass bedeutet, dass R<sub>2</sub> so zu wählen ist, dass immer gilt:<br />
<br />
:{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"<br />
|<math>\frac{V_\text{ref}}{I_\text{max}} \leqq R_2 \ll R_\text{in,ref} = \frac{V_\text{ref}}{I_\text{ref}}</math><br />
|}<br />
<br />
Es muss ein Minimalstrom ''I''<sub>min</sub> durch den Spannungsteiler fließen, damit die Regelung nicht aussetzt. Für diesen Strom gilt gegenüber dem Regelstrom ''I''<sub>ref</sub>:<br />
<br />
:<math>I_\text{min} = \frac{V_\text{out,min}}{R_1 + R_2} \gg I_\text{ref}</math><br />
<br />
Mit <br />
<br />
:<math>V_\text{out,min} = V_\text{ref}\,</math><br />
<br />
folgt<br />
<br />
:<math>R_1 \ll \frac{V_\text{ref}}{I_\text{ref}} - R_2 = R_\text{in,ref} - R_2</math><br />
<br />
Angenähert:<br />
<br />
:{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"<br />
|<math>R_\text{load} \approx R_1 \ll \frac{V_\text{ref}}{I_\text{ref}}</math><br />
|}<br />
<br />
Neben diesen Einschränkungen ist auch zu beachten, dass Die Last R<sub>1</sub> auf der High-Side hängt und nicht gegen GND.<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Schaltregler ==<br />
Am günstigsten erscheinen Tiefsetzsteller (StepDown-Schaltregler), die mit einer großen Drossel im nichtlückenden Bereich arbeiten. Dann ist der Strom-Ripple (Wechselspannungsanteil) durch die Induktivität und Schaltfrequenz vorgegeben. Ein weiteres Glätten des Stromes ist dann gar nicht mehr erforderlich. Es sind nahezu beliebig große Gleichströme bereitstellbar.<br />
=== MC34063, Step Up ===<br />
==== Beschreibung ====<br />
<br />
Der Ausgangsstrom beträgt 1,25V/Rx. Die Stromquelle ist '''nicht''' kurzschlussfest. Der Widerstand Rsc dient der Strombegrenzung der einzelnen Strompulse (Schaltregler), was u.a. einen gewissen Überlastschutz für den MC34063 darstellt. Rsc = 0.3/I_max, wobei I_max der maximale Pulsstrom ist und dieser kleiner 1.5A sein muss, weil der IC nicht mehr hergibt. In den meisten Anwendungen nimmt man hier 0,22Ω oder mehr. Das Ganze kann man z.&nbsp;B. für mehrere LEDs in Reihe verwenden um diese mit 5V oder mit 4x 1,5V Batterien zu betreiben. Die Schaltung wird durch Einfügen der Z-Diode D2 und des Widerstands R1 leerlauffest. Dabei wird im Leerlauf nur eine geringe Verlustleistung in der Z-Diode umgesetzt, weil diese durch den Trick mit R1 schon bei sehr kleinen Strömen der Regelung den Sollstrom vortäuscht (R1 wirkt wie ein 1k Shunt, der schon bei 1,25mA die volle Nennspannng am Eingang CII erreicht). Die maximale Ausgangsspannung im Leerlauf wird mit der Z-Diode eingestellt und sollte unter 40V liegen, mehr Sperrspannung verträgt der Schalttransistor im IC nicht. Aufgrund des Elkos am Ausgang ist die Stromquelle recht träge, d.h. schnelle PWM mit hohen Frequenzen ist eher nicht möglich. Achtung! Es darf keine LED oder ähnliches im laufenden Betrieb angeschlossen werden, weil sich dann zuerst einmal der Ausgangskondensator C2 in die LED pulsartig entlädt und die LEDs damit schädigt oder gar zerstört! Die Last muss immer vor dem Einschalten angeschlossen werden!<br />
Die Bauteilwerte sind alle relativ unkritisch. Je nach Betriebsspannung sind die Bauteilwerte etwas anzupassen um den optimalen Wirkungsgrad und die beste Leistung zu erzielen. Die eingezeichneten Bauteilwerte sind für geringe Ströme (<100mA) und Eingangsspannungen zwischen 5 und 15V ausgelegt. R2 sollte bei hohen Spannungen vergrößert werden. Wie man die Werte genau berechnet, steht in der Application Note AN920/D.<br />
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF<br />
<br />
Stromquellen sollten grundsätzlich ''keinen'' Ausgangselko aufweisen! Wie die Schaltregler-Schaltung dann stabil arbeitet muss gesondert herausgefunden werden.<br />
<br />
==== Schaltung ====<br />
<br />
[[Bild:mc34063_constant_current.gif]]<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
* überschüssige Spannung wird nicht verheizt<br />
<br />
==== Nachteile ====<br />
* nicht kurzschlussfest<br />
* träge beim Einschalten<br />
<br />
=== MC34063, Step Down ===<br />
==== Beschreibung ====<br />
<br />
Die Step-Down Version funktioniert im Prinzip genauso wie die normale, lineare Konstantstromquelle, nur dass die ungenutzte Spannung nicht sinnlos verheizt wird. Der Ausgangsstrom beträgt 1,25V/Rx. Die Eingangsspannung muss mindestens 2V größer sein als die Ausgangsspannung.<br />
<br />
Diese Version ist auch ohne die Z-Diode leerlauffest. Kurzschlussfest wird sie durch Rsc. Allerdings entlädt sich der Elko erstmal in die Last, wenn man diese im Betrieb anklemmt. Dadurch kann die Last und der MC34063 beschädigt werden, der Widerstand R1 verhindert aber letzteres.<br />
<br />
Bei der Step-Down Version kann man die Elkos etwas kleiner machen, als bei der Step-Up Version, da der Stromfluss durch die Spule in die Last nahezu konstant ist. Wenn man die Spule vergrößert, wird der Strom gleichmäßiger und man kann die Elkos verkleinern. Allerdings wird der Wirkungsgrad aufgrund des höheren Gleichstromwiderstands der Spule schlechter und die Schaltung reagiert langsamer auf Laständerungen. Wie immer ist es also ein Kompromiss zwischen Wirkungsgrad, Kosten und Bauteilgröße.<br />
<br />
Konstantstromregler sollten grundsätzlich ''keinen'' Ausgangskondensator haben, weil dieser den gewünschten Regeleffekt zunichte macht. Wie die Rückführung zum Regelverstärker im Schaltregler regelschwingungsfrei gemacht wird muss dann gesondert herausgefunden werden.<br />
<br />
==== Schaltung ====<br />
<br />
[[Bild:mc34063_constant_current_2.gif]]<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
* überschüssige Spannung wird nicht verheizt<br />
* leerlauf <br />
* kurzschlussfest<br />
<br />
==== Nachteile ====<br />
* träge beim Ausschalten<br />
<br />
Besser ist hier eine [[Konstantstromquelle fuer Power LED]].<br />
<br />
=== LM2576 Step Down ===<br />
In einem [http://www.mikrocontroller.net/topic/97838#new Beitrag] im Forum wird folgende [http://www.mikrocontroller.net/attachment/34179/current_source.pdf Schaltung] genannt. Der vollständige Artikel ist [http://www.edn.com/Home/PrintView?contentItemId=4342728 hier] verfügbar.<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Komparatoren ==<br />
=== Einfache Abwärtswandlung (Vout < Vin)===<br />
<br />
==== Beschreibung ====<br />
<br />
Diese Schaltung wurde eigentlich für 1W LEDs entworfen, kann aber sicherlich auch anderweitig verwendet werden. Sie ähnelt sehr der eines vollintegrierten Schaltreglers wie MC34063 oder LM2576, ohne jedoch einen solchen zu verwenden.<br />
Der Komparator vergleicht den Spannungsabfall über einem Shunt mit dem einer Referenzspannungsquelle. Ist die Spannung über dem Shunt zu groß, so schaltet er ab und der P-Kanal MOSFET sperrt. Umgekehrt, ist die Spannung über dem Shunt kleiner als die Referenzspannung, leitet der P-FET. Q4 arbeitet als [[Konstantstromquelle]] und sorgt dafür, dass die Gateansteuerung auch bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen immer gleich bleibt. Die Referenzspannung von 100mV wird hier einfach durch eine Z-Diode und einen Spannungsteiler eingestellt. Für D4 muss eine schnelle Diode eingesetzt werden, entweder eine Schottkydiode oder schnelle Siliziumdiode! Q2 und Q3 dienen als sehr einfacher [[FET|MOSFET]]-[[Treiber]]. D3 ist nur aus Sicherheitsgründen vorhanden, um die Gate-Source Spannung des MOSFETs zu begrenzen, sie kann ggf. auch weggelassen werden. Über den Anschluß PWM kann ein invertiertes [[PWM]]-Signal zur Dimmung eingespeist werden. Hierbei muss das PWM-Signal im HIGH-Zustand größer als ca. 1V sein, ein einfaches 3,3V oder 5V Logiksignal ist also voll OK.<br />
<br />
Der Ausgangsstrom kann durch Veränderung von R1 eingestellt werden. Der Wert kann einfach über die Formel<br />
<br />
<math>I_{aus}=\frac{V_{Ref}}{R1} = \frac{100mV}{R1}</math><br />
<br />
bestimmt werden.<br />
<br />
==== Schaltung ====<br />
<br />
Platinendatei im Eagle-Format gibt es [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/3/38/LED_Stromregler.sch hier].<br />
<br />
[[Bild:LED_Stromregler.png|thumb|left|600px| Einfacher Stromregler aus Standardbauteilen]]<br />
<br />
[[Bild:LED_Stromregler_brd.png|thumb|left|600px| Beispiel eines Platinenlayouts]]<br />
<br />
{{clear}}<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
<br />
* Kurzschlussfest<br />
* guter Wirkungsgrad bei hohen Eingangsspannungen, Energie wird nicht wie bei einem Linearregler in Wärme umgesetzt<br />
* einfachste Komponenten<br />
* sehr preiswert, max. 2 EUR <br />
* Dimmung per [[PWM]] möglich<br />
* Eingangsspannungsbereich sehr groß, ca. 6-30V<br />
* sehr einfach auch auf anderen Strom einstellbar<br />
<br />
<!--<br />
== Platzhalter == <br />
=== Beschreibung ===<br />
=== Vorteile ===<br />
=== Nachteile ===<br />
=== Schaltung ===<br />
--><br />
<br />
== Threads im Forum ==<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/75355#new Philosophiestunde Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/71573#new Suche regelbare Konstantstromquelle für ACULED]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/67593#new Konstantstrom für Windmessung]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/66825#new Konstantstromdiode]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/66033#new Konstantstromquelle als IC und einstellbar]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/59467#new Konstantstromquelle für einen Haufen LEDs]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/58036#new Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/61778#new temperaturunabhängige Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/45039#new Konstanter Strom für LED bei 2,5V bis 5,5V]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/221395#2217701 Konstantstromquelle zur digitalen Lasermodulation]<br />
* [https://www.mikrocontroller.net/topic/349022#3875273 Konstantstromquelle zur linearen Lasermodulation]<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle Konstantstromquelle bei Wikipedia]<br />
* [http://www.dcdcselector.com/de/dc-dc-led-driver DC/DC LED Treiber IC parametrische Suche]<br />
* [http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm DSE FAQ]<br />
* [http://www.led-treiber.de Seite zu LED Treibern]<br />
* [http://www.christiankoch.de/archiv/led-ksq/ Diskrete LED-Konstantstromquelle auf Schaltregler-Basis]<br />
* [http://www.national.com/an/AN/AN-1392.pdf NATIONAL Application Note 1392: LM3485 LED Demo Board]<br />
* [http://www.circuit-fantasia.com/circuit_stories/understanding_circuits/current_source/howland_current_source/howland_current_source.htm Howland Current Source]<br />
* [http://www.national.com/an/AN/AN-1515.pdf "A Comprehensive Study of the Howland Current Pump", Application Note von National Semiconductior, engl.]<br />
* [http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml MC34063A Design Tool (engl.)]<br />
* [http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC34063A-D.PDF Datenblatt des MC34063 bei ON Semi]<br />
* [http://www.stromflo.de/dokuwiki/doku.php?id=led-tutorial LED_Tutorial]<br />
* [[Konstantstromquelle fuer Power LED]]<br />
* [http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap3/Kapitel3_2.html weitere Beispiele von Konstantstromquellen]<br />
* [http://www.edn.com/design/power-management/4318484/Error-compensation-improves-bipolar-current-sinks Error compensation improves bipolar current sinks, EDN, engl.]<br />
*[http://www.nxp.com/documents/application_note/AN10739.pdf] Diskreter LED Treiber, Konstantstromquellen<br />
<br />
== Fußnoten ==<br />
<br />
<references /><br />
<br />
<br />
[[Kategorie:Spannungsversorgung und Energiequellen]]<br />
[[Kategorie:Grundlagen]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=97801Operationsverstärker-Grundschaltungen2017-11-26T09:02:09Z<p>Rfr: /* Weblinks */</p>
<hr />
<div>== Idealisiertes Modell eines OPV==<br />
<br />
=== Anschlüsse ===<br />
Ein Operationsverstärker hat zwei Eingänge (+) und (-) und einen Ausgang<br />
(UA). Außerdem verfügt er über eine positive und eine negative<br />
Spannungsversorgung (V+) und (V-).<br />
<br />
=== Spannungsversorgungen ===<br />
Die Spannungsversorgungen sollen zunächst nicht interessieren. Sie<br />
werden in Schaltungen oft nicht eingezeichnet. <br />
In der Praxis ist es jedoch wichtig zu wissen, dass die Ausgangsspannung immer zwischen (V+) und (V-) liegt. Die Ausgangsspannung des OPV kommt schließlich dadurch zustande, dass der Ausgang über einen Transistor mehr oder weniger hochohmig mit den beiden Versorgungsspannungen verbunden wird.<br />
<br />
Wenn man einen OPV also mit +5V versorgt, so kann der OPV im besten Fall am Ausgang +5V erzeugen. Man würde in diesem Fall von einem "Rail-to-Rail" Operationsverstärker sprechen.<br />
Bei vielen Operationsverstärkern ist die maximal mögliche Ausgangsspannung geringer als die Versorgungsspannung. Ein mit +5V Spannungsversorgung beschalteter OPV kann dann beispielsweise nur +4V Ausgangsspannung erzeugen.<br />
<br />
<br />
| \<br />
| \<br />
-- | - \<br />
| \_______<br />
| /<br />
-- | + /<br />
| /<br />
| /<br />
<br />
=== Ausgang ===<br />
Der Ausgang des OPV ist eine ideale Spannungsquelle. Das bedeutet, dass die<br />
Ausgangsspannung unabhängig davon ist, was ausgangsseitig an den OPV<br />
angeschlossen wird.<br />
In der Praxis gilt dieses Modell häufig nur bei "sinnvollen Anwendungen". So ist beispielsweise der Ausgangsstrom des OPV nach oben begrenzt (typischerweise im mA-Bereich), und manche OPV schwingen sehr leicht, wenn man sie kapazitiv belastet.<br />
<br />
=== Eingänge ===<br />
Die Eingänge eines OPV sind hochohmig, d. h., es handelt sich nur um "Messfühler", die keinen Strom führen.<br />
Achtung: Die Eingangsschutzbeschaltung (Dioden von GND und gegen VCC) bei manchen OPVs kann jedoch dazu führen, dass Strom in den Eingang fliesst, wenn dessen Betriebsspannung z.B. abgeschaltet ist.<br />
<br />
=== Funktionsweise ===<br />
Der OPV mißt zu jeder Zeit die Differenz <math>U_D = U(+) - U(-)</math> der<br />
Eingangsspannungen.<br />
<br />
Ist die Spannung an (+) größer als an (-), so erhöht der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
Ist die Spannung an (+) niedriger als an (-), so vermindert der OPV die<br />
Ausgangsspannung.<br />
<br />
Das Ergebnis dieses Vorgangs wird häufig über die Gleichung:<br />
<br />
<math>U_a = v \cdot U_D</math> <br />
<br />
beschrieben, wobei <math>v</math> eine sehr große Zahl (10^4...10^6) ist. <br />
<br />
Mit Hilfe der beschriebenen Funktionsweise lassen sich alle grundlegenden Schaltungen herleiten.<br />
<br />
=== Beispiel ===<br />
<br />
Betrachtet wird die invertierende Grundschaltung nach Abbildung a) im Abschnitt [[Operationsverstärker-Grundschaltungen#Verstärkergrundschaltungen|Verstärkergrundschaltungen]].<br />
<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]]<br />
<br />
Für die Pfeilrichtungen der Spannungen und Ströme gilt:<br />
<br />
<math>U_e</math>: von oben nach unten<br />
<br />
<math>I_{R3}</math>: von links nach rechts<br />
<br />
Die Spannung am (+)Eingang ist gleich Null. Die Spannung am (-)Eingang wird durch die Spannungsquelle <math>U_e</math> und durch die im OPV befindliche und mit dem Ausgang verbundene Spannungsquelle des OPV manipuliert.<br />
<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang negativ, so erhöht der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang positiver. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
* Ist die Spannung am (-)Eingang positiv, so vermindert der Operationsverstärker die Ausgangsspannung. Dadurch wird durch die Rückführung über den Widerstand auch die Spannung am (-)Eingang negativer. Und zwar so lange, bis die Spannung am (-)Eingang gleich groß ist, wie die Spannung am (+)Eingang, also U(-)=0V.<br />
<br />
Der Operationsverstärker wird also die Spannungen an (+) und (-) angleichen. Das passiert immer dann, wenn der Ausgang mit dem (-)Eingang verbunden ist. Der Trick in dieser Schaltung besteht darin, dass von der Ausgangsspannung nur ein Teil wieder rückgeführt wird. Die Spannung U_e ist daher höher, als der Teil der benötigt wird, um die Spannungen an den Eingängen aneinander anzugleichen.<br />
Man nennt das Prinzip "Gegenkopplung". Auf diese Art und Weise funktionieren alle analogen OPV-Schaltungen.<br />
<br />
Da an (+) Massepotential anliegt, wird somit auch (-) daran angeglichen, und so liegt an <math>R_3</math> die Spannung <math>U_e</math> an. Daher gilt: <br />
<math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}.</math><br />
<br />
Da der (-)Eingang hochohmig ist, fließt <math>I_{R3}</math> über <math>R_4</math> weiter zum OPV-Ausgang.<br />
<br />
Ua ist die Spannung vom Ausgang zur (virtuellen) Masse am (-)Eingang.<br />
(--> Pfeil einzeichnen und klarmachen, daß es egal ist, ob der Pfeil vom<br />
Ausgang zur Masse geht oder vom Ausgang "entgegen der Stromrichtung" zur<br />
virtuellen Masse an (-)!)<br />
<br />
Mit Hilfe von <math>I_{R3}=\frac{U_e}{R_3}</math> ergibt sich:<br />
<br />
<math>U_a = -R_4 \cdot I_{R3} = -{{R_4} \over {R_3}} \cdot U_e.</math><br />
<br />
Die Energie für den Stromtransport über <math>R_4</math> stammt vom OPV! Sobald die Ladungen ausgehend von der Spannungsquelle <math>U_e</math> die virtuelle Masse an (-) erreicht haben, hat <math>U_e</math> seine gesamte Energie abgegeben.<br />
<br />
== Reale OPVs / Kennwerte ==<br />
Abweichend vom idealen OPV besitzen reale OPVs diverse Einschränkungen und Kennwerte, die sie für verschiedene Einsätze mehr oder weniger prädestinieren.<br />
<br />
=== Leerlaufverstärkung ===<br />
Die Leerlaufverstärkung gibt an, wie stark sich das Ausgangssignal i.A. der Änderung eines Eingangsignals statisch ändert, bzw nach dem Einschwingen erreichen könnte, wenn es nicht durch die Betriebsgrenzen limitiert wäre.<br />
<br />
=== Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ===<br />
Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt gibt an, bei welcher Verstärkung welche Bandbreite erreicht werden kann. Durch Rückkopplung kann die Verstärkung eingestellt werden. Bei kleinerer Verstärkung ergibt sich somit eine höhere Bandbreite, wenn das Produkt aus beiden konstant ist. Die Bandbreite bei der Verstärkung eins heißt Transitfrequenz (englisch "Unity Gain Frequency"). Das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt ist entscheidend für das Kleinsignalverhalten.<br />
<br />
=== Anstiegsgeschwindigkeit ===<br />
Bestimmend für das Großsignalverhalten ist neben dem Verstärkungs-Bandbreiteprodukt die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate), da bei hohen Ausgangsamplituden die Ausgangskurve eventuell zu steil wird, um richtig wiedergegeben zu werden.<br />
<br />
=== Gleichtaktverstärkung ===<br />
Infolge des inhomogenen Aufbaus der internen Verstärkerstufen werden die beiden Eingangssignale nicht exakt gleich verstärkt, was in einen Gleichanteil und einen Differenzanteil aufgeteilt werden kann. Die nicht erwünschte Gleichtaktverstärkung bzw. ihr Gegenstück, die Gleichtaktunterdrückung (engl. ''common mode rejection ratio, CMRR'') ist dabei ein Maß für die Qualität des OPVs. Klassische (VFB) OPV haben immer ein mit der Frequenz fallendes (-20 dB/Dekade) CMRR.<br />
<br />
=== Ein- und Ausgangsbereich ===<br />
Wie weiter oben schon angesprochen ist die Ausgangsspannung eines OPVs begrenzt von der Versorgungsspannung und dem internen Aufbau des OPVs. Standard-OPV erreichen meist einen Ausgangsbereich, der bis circa 1-2 V an Versorgungsspannungen heran reicht, während sogenannte Rail-to-Rail (R2R) OPV sehr nah (bei niedriger Last bist auf wenige mV) an die Versorgungsspannungen herankommt. Das ist jedoch mit Abstrichen verbunden, sodass es in der Regel besser ist R2R OPV nur wenn nötig zu verwenden.<br />
<br />
Ähnliche Beschränkungen gibt es auch für die Eingänge eines OPVs, hier werden im Wesentlichen drei Arten unterschieden:<br />
<br />
* Klassisch: Eingangsspannung darf nur bis wenige Volt an die Versorgung herankommen.<br />
* Ground-Sensing: Die Eingangsspannung darf bis zur negativen Versorgung heruntergehen, klassische Vertreter sind LM324/LM358.<br />
* Rail-to-Rail Input/Output (RRIO): R2R OPV, wo sowohl Eingänge als auch Ausgänge bis an die Versorgungsspannungen reichen.<br />
<br />
Bei klassischen Operationsverstärkern ist zu beachten, dass manche ein Verhalten namens ''phase reversal'' (Phasenumkehr) zeigen, wenn die Eingangsspannung den zulässigen Bereich überschreitet. Bei der Phasenumkehr dreht sich die Phase in der Eingangsstufe des OPVs um 180° und Rückkopplung wird zur Mitkopplung. Ein bekannter Vertreter dieser Art ist die TL06x/TL07x/TL08x Familie von OPV.<br />
<br />
== Verstärkergrundschaltungen ==<br />
=== Grundbeschaltung mit Berechnung ===<br />
[[Bild:Op-verstaerker-a.png]] [[Bild:Op-verstaerker-b.png]]<br />
<br />
In a) und b) verwenden wir den OPV als Verstärker und nutzen hier die Möglichkeit der Gegenkopplung, um definierte Verstärkungen zu erhalten. Wir gehen wieder davon aus, dass der OPV ein ideales Bauteil ist und daher seine Leerlaufverstärkung unendlich ist. Ebenso betrachten wir den Eingangswiderstand als unendlich.<br />
<br />
In '''a)''' ist ein invertierender Verstärker mit einem OPV dargestellt. Durch die Widerstände R3 und R4 wird die Verstärkung bestimmt:<br />
<br />
:<math>V = \frac{U_a}{U_e} = -\frac{R_4}{R_3}</math><br />
<br />
Das Verhältnis der beiden Widerstände bestimmt also die Verstärkung und somit die Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a = -\frac{R_4}{R_3} \cdot U_e </math><br />
<br />
oder auch<br />
<br />
:<math>U_a = V \cdot U_e</math><br />
<br />
Das negative Vorzeichen drückt aus, dass es sich um einen invertierenden Verstärker handelt.<br />
<br />
Beim nichtinvertierenden Verstärker '''b)''' finden wir auch eine Rückkopplung über R6 zum invertierenden Eingang des OPVs. Die Verstärkung wird durch das Gegenkopplungsnetzwerk R6 und R7 bestimmt. Hier ist:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_6}{R_7}</math><br />
<br />
Eine Verstärkung von 1 ist sinnvoll, wenn eingangsseitig eine Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand verwendet wird. Für <math>\frac{R_6}{R_7} \to 0</math> heißt die Schaltung "Spannungsfolger".<br />
<br />
Kleinere Werte als 1 lassen sich nicht realisieren. Die Ausgangsspannung errechnet sich also so:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )</math><br />
<br />
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 k&Omega; vorgegeben. Also ist das Verhältnis<br />
<br />
:<math>\frac{R_6}{R_7} = V - 1</math><br />
<br />
Bei einem Wert von 10 k&Omega; für R7 errechnet sich R6 zu<br />
<br />
:<math><br />
R_6 = (V - 1) \cdot R_7<br />
= (10 - 1) \cdot 10\,\mathrm{k\Omega}<br />
= 90\,\mathrm{k\Omega}<br />
</math><br />
<br />
Die Ausgangsspannung Ua wird also:<br />
<br />
:<math><br />
U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_6}{R_7}\right )<br />
= 0{,}5\,\mathrm{V} \cdot \left (1 + \frac{90\,\mathrm{k\Omega}}{10\,\mathrm{k\Omega}}\right)<br />
= 5\,\mathrm{V}<br />
</math><br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker mit Offset ===<br />
Eine Abwandlung des nichtinvertierenden Verstärkers erlaubt es, einen konstanten Offset vorzugeben. D.h. von der zu verstärkenden Eingangsspannung U(e) wird eine konstante Spannung U(o) abgezogen und die Differenz verstärkt. Auf der Ausgangsspannung U(a) findet sich die Offsetspannung U(o) allerdings wieder.<br />
[[Bild:Op-verstaerker-offset.png]]<br />
<br />
Es gilt:<br />
<br />
Offsetspannung: <br />
:<math><br />
U_o = U_V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}<br />
</math><br />
mit U(V) = Versorgungsspannung an R1<br />
<br />
Verstärkung:<br />
:<math><br />
V = 1 + \frac{R_3}{\frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}}<br />
</math><br />
<br />
Ausgangsspannung:<br />
:<math><br />
U_a = (U_e - U_o) \cdot V + U_o<br />
</math><br />
<br />
Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß nur die Differenz verstärkt wird. Damit kann eine größere Verstärkung gewählt werden. Zu berücksichtigen ist dabei, daß die Ausgangsspannung U(a) um die Offsetspannung U(o) überlagert ist.<br />
<br />
=== Spannungsfolger (Impedanzwandler) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger1.png]]<br />
<br />
Eine Abart des nichtinvertierenden Verstärkers stellt der Spannungsfolger dar. Beim nichtinvertierenden Verstärker errechnet sich die Ausgangsspannung aus:<br />
<br />
:<math>U_a = U_e \cdot \left (1 + \frac{R_2}{R_1}\right )</math><br />
<br />
Wenn wir R2 auf 0Ω (mit R1 > 0) oder R1 auf unendlich (mit R2 < ∞) ändern, erhalten wir daher:<br />
<br />
:<math>V = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1</math><br />
<br />
Ein Spannungsfolger hat also eine Verstärkung V von 1.<br />
<br />
Umgezeichnet sieht die Schaltung so aus: <br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger2.png]]<br />
<br />
Was soll das nun? Wir nutzen die Eigenschaft, dass ein idealer OP einen unendlichen Eingangswiderstand und einen Ausgangswiderstand von 0Ω 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 20Ω 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.<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger3.png|left]]<br />
<br />
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 mit lediglich Widerstand und Zenerdiode hat. Bei einer Zenerdiode hängt die genaue Spannung davon ab, welcher Strom durch sie fliesst. Dieser Strom (und damit auch die Höhe der Zenerspannung) würde sich aber ändern, wenn ein Verbraucher die Zenerdiode direkt mit seinem Stromfluss belasten würde. Als Folge davon würde die Spannungslage der Zenerdiode je nach Verbraucher leicht schwanken. Durch den Spannungsfolger wird das verhindert, weil der jetzt den vom Verbraucher gezogenen Strom bereitstellt.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
[[Bild:Op-spannungsfolger4.png|left]]<br />
<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre das hochohmige Auskoppeln einer Brückenspannung. Die Brückenschaltung selbst wird durch Folgeschaltungen nicht mehr belastet, alle anderen Eigenschaften bleiben erhalten.<br />
<br />
{{Clear}}<br />
<br />
=== Der Komparator ===<br />
<br />
[[Bild:Op-komp-a.png]] [[Bild:Op-komp-b.png]]<br />
<br />
<br />
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.<br />
<br />
Achtung: nicht jeder OP ist als Komparator verwendbar! Manche haben Schutzdioden zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Eingang, die bei einem zu großen Spannungsunterschied das Signal kurzschließen. Ob das bei einem konkreten OP-Typ der Fall ist, findet man im Datenblatt: bei den absolute maximum ratings ist die "Differential Input Voltage" angegeben. Wenn dort nur 1 bis 2 Volt stehen, ist der OP nicht als Komparator einsetzbar.<br />
Die sichere Alternative ist jedoch, einen speziellen Komparator-IC zu verwenden. Diese sind im Grunde auch nur OPs, aber für den Komparator-Betrieb optimiert. <br />
<br />
Beim Komparator gibt es zwei Möglichkeiten der Beschaltung: die invertierende nach a) und die nichtinvertierende Beschaltung nach b). <br />
<br />
'''Berechnungsbeispiel für Schaltung b)'''<br />
<br />
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:<br />
<br />
:<math>U_a = V_0 \cdot U_e = 40000 \cdot 0{,}1\,\mathrm{V} = 4000\,\mathrm{V}</math><br />
<br />
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?<br />
<br />
:<math>U_e = V_{cc} / V_0 = 24\,\mathrm{V} / 40000 = 0{,}6\,\mathrm{mV}</math><br />
<br />
Das bedeutet, dass eine Spannung von 0,6 mV ausreicht um den Komparator in die Begrenzung zu treiben.<br />
<br />
Das gleiche gilt auch für den invertierenden Komparator, allerdings wird hier der OP in die negative Begrenzung gebracht.<br />
<br />
:<math>-U_a = V_0 \cdot U_e</math><br />
<br />
Diese beiden einfachsten Komparatorschaltungen werden so nur sehr selten verwendet, weil sie keine Hysterese haben. D.h. es gibt nur eine Umschaltschwelle. Dadurch kann der Ausgang schwingen, wenn das Eingangssignal sehr nah an der Umschaltschwelle liegt, weil kleineste Störungen im Signal den Komparator mehrfach schalten lassen (dafür reichen wenige mV!). Ausserdem sind Operationsverstärker als Komparator relativ langsam, das liegt am inneren Aufbau. Echte Komparatoren sind deutlich schneller und sie haben auch kein Problem damit wenn der Ausgang in die Sättigung geht. Darum beschaltet man einen OPV bzw. Komparator meistens mit Hysterese. Das nennt man dann einen [[Schmitt-Trigger]].<br />
<br />
=== Der Addierer (Summierverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-addierer.png]]<br />
<br />
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.<br />
<br />
In einem invertierenden Verstärker wird sich die Ausgangsspannung immer so einstellen, dass der invertierende Eingang Massepotential hat. Die virtuelle Masse (VM) unterscheidet sich von einer "normalen" Masse dadurch, dass das Potential durch einen Regelungsvorgang zustande kommt. <br />
An der virtuellen Masse (VM) gilt die Knotenpunktregel, wonach die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist.<br />
<br />
:<math>I_1 + I_2 = -I_3</math><br />
<br />
Sofern <math>U_{e1}</math> und <math>U_{e2}</math> bekannt sind, lässt sich die Gleichung umformen in:<br />
<br />
:<math>\frac{U_{e1}}{R_1} + \frac{U_{e2}}{R_2} = -\frac{U_a}{R_3}</math><br />
<br />
Nach Ua aufgelöst ergibt sich:<br />
<br />
:<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><br />
<br />
Einen Sonderfall gibt es, wenn die Widerstände R1 und R2 gleich sind. Dann gilt<br />
<br />
:<math>R_1 = R_2 = R_x</math> <br />
<br />
und damit<br />
<br />
:<math>-U_a = \frac{R_3}{R_x} \cdot (U_{e1} + U_{e2})</math>.<br />
<br />
=== Der Subtrahierer (Differenzverstärker) ===<br />
<br />
[[Bild:Op-subtrahierer.png]]<br />
<br />
Ein Subtrahierer ist 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).<br />
<br />
Für den 1. Fall (nichtinvertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
Für den 2. Fall (invertierender Verstärker) gilt:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
Der dritte Fall ist die Ansteuerung beider Eingänge:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = -U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> + U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
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<br />
<br />
:<i>U<sub>e2+</sub> = U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>)</i><br />
<br />
ein. Wenn wir das berücksichtigen, erhalten wir endlich einen richtigen Subtrahierer:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> (1 + R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> ) R<sub>7</sub>\(R<sub>5</sub> + R<sub>7</sub>) - R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
Dies gilt für alle Subtrahierer, obwohl es natürlich auch hier wieder zwei Sonderfälle gibt; nämlich a) wenn alle Gegenkopplungswiderstände gleich sind:<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub> = R<sub>7</sub> = R<sub>4</sub> = R<sub>5</sub></i><br />
<br />
dann ist <br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = U<sub>e2</sub> - U<sub>e1</sub></i><br />
<br />
oder b) wenn die Widerstandsverhältnisse gleich sind :<br />
<br />
:<i>R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> = R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub></i><br />
<br />
Dann ergibt sich für Ua:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> R<sub>7</sub>\R<sub>5</sub> ) - (U<sub>e1</sub> R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub> )</i><br />
<br />
oder noch einfacher:<br />
<br />
:<i>U<sub>a</sub> = (U<sub>e2</sub> -U<sub>e1</sub>) R<sub>6</sub>\R<sub>4</sub></i><br />
<br />
=== Addierer/Subtrahierer mit unterschiedlichen Faktoren ===<br />
Legt man nicht den + sondern den - Eingang des Operationsverstärkers als Bezugspunkt zur Masse mit einem Widerstand fest, übernimmt der Vorwiderstand vom - Eingang, R4 die Aufgabe von R5.<br />
<br />
[[Bild:Op-addsub.png]]<br />
<br />
Hier die Schaltung die addieren und subtrahieren kann, mit unterschiedlichen Faktoren.<br />
Sie kann verwendet werden für Aufgaben wie: Gesucht ist eine Schaltung, die aus 0...2.56 V eine Spannung von -10V...10V macht. Für dieses Beispiel wird hier die Dimensionierung durchgeführt:<br />
<br />
{| class="wikitable" style="text-align: left" <br />
|<math>U_{e1} = 5\,\mathrm{V}</math><br />
|Einfach festgelegt, muss nur ein positiver Wert sein<br />
|-<br />
|<math>R_6 = 200\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Einfach festgelegt, könnte auch 100k oder 500k sein<br />
|-<br />
|<math>U_{e2i} = 0\,\mathrm{V},\, U_{ai} = -10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter momentaner ''Zustand 1'', Ue2 = 0V ist günstig für Berechnung, Ua ist die dazupassende Ausgangsspannung<br />
|-<br />
|<math>U_{e2ii} = 2{,}56\,\mathrm{V},\, U_{aii} = 10\,\mathrm{V}</math><br />
|gewählter beliebiger ''Zustand 2''<br />
|-<br />
|<math>U_m = U_{e2}</math><br />
|Gleichgewicht am Eingang<br />
|-<br />
|<math>I_a + I_b = I_c</math><br />
|In den Eingang fließt "kein" Strom<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_a-U_{e2}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_4} = \frac{U_{e2}}{R_c}</math><br />
|Gleichung mit den Unbekannten R4 und Rc<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{ai}-U_{e2i}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2i}}{R_4} = \frac{U_{e2i}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 1'' eingesetzt, bildet 1. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>\frac{U_{aii}-U_{e2ii}}{R_6} + \frac{U_{e1}-U_{e2ii}}{R_4} = \frac{U_{e2ii}}{R_c}</math><br />
|Variablen für ''Zustand 2'' eingesetzt, bildet 2. Gleichung<br />
|-<br />
|<math>R_4=-\frac{R_6\cdot U_{e1}}{U_{ai}}</math><br />
|2 Gleichungen mit 2 Unbekannten, Lösung durch Umformen der 1. Gleichung nach R4 und einsetzen von Ue2i=0 (freundlicherweise fällt die 2. Unbekannte dabei raus)<br />
|-<br />
|<math>R_4 = 100\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|restliche Werte eingesetzt<br />
|-<br />
|<math>R_c=\frac{R_6\cdot U_{e1}\cdot U_{e2ii}}{U_{aii}\cdot U_{e1}-U_{ai}\cdot (U_{e1}-U_{e2ii})-U_{e1}\cdot U_{e2ii}}</math><br />
|Ergebnis für R4 in die 2. Gleichung einsetzen und Umformen nach Rc<br />
|-<br />
|<math>R_c = 41{,}6\,\mathrm{k\Omega}</math><br />
|Werte eingesetzt<br />
|}<br />
<br />
=== Der Instrumenten-Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild:Instrument.png]]<br />
<br />
Ein Nachteil des Subtrahierers ist sein geringer Eingangswiderstand. Um den nahezu unendlichen Eingangswiderstand des verwendeten Operationsverstärkers zu erreichen, kann man einfach vor beide Eingänge je einen Impedanzwandler vorschalten.<br />
Die hier beschriebene Schaltung ist um drei Widerstände erweitert und ermöglicht die Einstellung der Differenz-Verstärkung über nur einen Widerstand, nämlich R2.<br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1A gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a1}-U_{e1}}{R_1}-\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Am invertierenden Eingang von IC1C gilt (Knotenregel):<br />
<br />
:<math>\frac{U_{a2}-U_{e2}}{R_1}+\frac{U_{e1}-U_{e2}}{R_2}=0</math><br />
<br />
Subtrahiert man die beiden Gleichungen voneinander, erhält man:<br />
<br />
:<math>U_{a2}-U_{a1}=(U_{e2}-U_{e1})\cdot\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Letztere Differenz ist die Eingangsspannung eines normalen Subtrahierers mit der Verstärkung 1.<br />
<br />
Also ergibt sich als Ausgangsspannung:<br />
<br />
:<math>U_a=(U_{e2}-U_{e1}) \cdot \left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2}\right )</math><br />
<br />
Die Differenzverstärkung beträgt demnach:<br />
<br />
:<math>V=\left (1+\frac{2\cdot R_1}{R_2} \right )</math><br />
<br />
Anwendung: Auswertung von Brückenschaltungen, wie Drucksensoren oder Dehnungsmessstreifen, die durch den Eingangswiderstand der Messschaltung nicht belastet werden dürfen.<br><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.<br />
<br />
Da die Gleichtaktunterdrückung hauptsächlich von der Übereinstimmung der Widerstände abhängt, sind für viele Standardanwendungen, insbesondere solche mit niedriger erforderlicher Bandbreite, integrierte Instrumentenverstärker zu bevorzugen.<br />
<br />
=== Der Multiplizierer (Mischer) ===<br />
<br />
=== Der Potentialdifferenzverstärker ===<br />
<br />
[[Datei:Potentialdifferenzverstärker.png|400px]]<br />
<br />
Der Potentialdifferenzverstärker ist eine OPV-Schaltung zum gewichteten Addieren und Subtrahieren beliebiger Spannungen.<br />
<br />
Falls die Bedingung <br />
<math><br />
\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}<br />
</math><br />
erfüllt ist, vereinfacht sich der Term für die Ausgangsspannung zu folgendem Term:<br />
<br />
<math><br />
U_{a}=\sum\frac{R_{0}^{'}}{R_{i}^{'}}U_{i}^{'}-\sum\frac{R_{0}}{R_{i}}U_{i}<br />
</math><br />
<br />
=== Der Logarithmierer ===<br />
Logarithmierer werden mit der Kennlinie einer Diode konstruiert, die einen eingeprägten Strom in eine Spannung übersetzt.<br />
<br />
= Spannungsversorgung und Beschaltung =<br />
<br />
== Betrieb mit einfacher Versorgungsspannung ==<br />
<br />
Häufig möchte man eine Wechselspannung wie z.B. ein Audiosignal, das auch negative Spannungen enthält, mit einem Opamp verstärken, hat aber nur eine einfache, in Bezug zu Masse positive Versorgungsspannung zur Verfügung. Dafür bieten sich folgende Schaltungen an, die in der Literatur leider häufig vernachlässigt werden.<br />
<br />
Durch die Kondensatoren können die Operationsverstärker in geeigneten Arbeitspunkten betrieben werden, obwohl die Eingangs- und Ausgangsspannungen echte Wechselspannungen sind. Nachteil ist die Hochpasswirkung der Kondensatoren in Verbindung mit den verwendeten Widerständen. Die Grenzfrequenz der Hochpässe muss tief genung gewählt werden, um den gewünschten Frequenzbereich verstärken zu können. Zur Verstärkung von Gleichspannungen (z.B. aus Temperatursensoren) sind diese Schaltungen nicht geeignet. <br />
<br />
=== Nichtinvertierender Verstärker ===<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp1.png]]<br />
<br />
Der positive Eingang wird mit einem Spannungsteiler (R3 und R5) auf die halbe Betriebsspannung gelegt. Dieser Spannung wird dann die zu verstärkende Eingangswechselspannung überlagert. Mit den Kondensatoren am Eingang (C1) und Ausgang (C2) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt.<br />
<br />
Die Verstärkung hat in diesem Beispiel für Wechselspannung den Wert 11 (Formel wie oben), für Gleichspannung aber den Wert 1, da C4 für Gleichspannung einen unendlichen Widerstand darstellt. C3 sollte dorthin führen, wo das Eingangssignal seinen Bezugspunkt hat, also die Abschirmung der Cinch-Buchse, während R5 dorthin führt, von wo der Operationsverstärker seine negative Versorgungsspannung bekommt, falls das nicht die gleichen Potentiale, hier GND, sein sollten.<br />
<br />
=== Invertierender Verstärker ===<br />
<br />
Das Prinzip funktioniert analog auch für die invertierende Beschaltung:<br />
<br />
[[Bild: Ss_opamp2.png]]<br />
<br />
== Betrieb mit negativer Hilfsspannung ==<br />
<br />
Alternativ lässt sich auch eine negative Hilfsspannung erzeugen. Damit bekommt der Operationsverstärker seine "Plus-Minus"-Versorgung, und er kann Wechselspannungen um das Ground-Potential herum problemlos verstärken.<br />
<br />
Die negative Hilfsspannung erzeugt man zweckmässigerweise mit einer Ladungspumpe. Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten an:<br />
<br />
* einen speziellen IC nach der Art eines ICL 7660<br />
* eine Rechteckspannung auf einen Spannungsverdoppler geben. Dieser besteht aus 2 Dioden und 2 Kondensatoren. Die Konfiguration sollte natürlich so sein, dass eine negative Hilfsspannung erzeugt wird. Schaltbeispiele gibt's im Netz. Als Rechteckspannung kann ein unbenutzter PWM-Ausgang dienen, der mit 50% Tastverhältnis läuft.<br />
<br />
Ein Ripple auf der negativen Hilfsspannung wird von modernen Operationsverstärkern wirkungsvoll unterdrückt. Die PSRR (power supply rejection ratio) weist oft Werte um 120 dB auf (bei 120 Hz, darüber fällt sie meist mit 20 dB/Dekade).<br />
<br />
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Ladungspumpe#Negative_Ausgangsspannungen<br />
<br />
= Kaufempfehlung =<br />
LM358 2 OPs in einem Gehäuse oder <br />
LM324 4 OPs in einem Gehäuse<br />
<br />
MCP6001/6004 CMOS OPs mit Rail to Rail Input und Output, tiefem Stromverbrauch, und geringer Versorgungsspannung<br />
<br />
Preis jeweils ca. 0,30€ aus Deutschland oder ca. 2 bis 4 cent aus China (AliExpress, ebay, …).<br />
<br />
Siehe auch [[Standardbauelemente#Operationsverst.C3.A4rker|Standardbauelemente - Operationsverstärker]].<br />
<br />
Wer Audio OpAmps sucht - tangentsoft.net hat mal welche unter die Lupe genommen: [http://www.tangentsoft.net/audio/opamps.html Notes on Audio OpAmps]<br />
<br />
= Weblinks =<br />
*[http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf] - National Semiconductor Application Note 31 mit vielen weiteren OP-Schaltungen<br />
*[http://www.foxcomputer.se/Op%20Amps%20For%20Everyone%20SLOD006B.pdf Op Amps for Everyone] - englischsprachiges, sehr umfangreiches Dokument zu OPV und deren Anwendung <!-- ursprünglicher Link ist tot: http://www-s.ti.com/sc/psheets/slod006b/slod006b.pdf --><br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm Operationsverstärker im ElKo]<br />
*[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)<br />
* [http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker RN-Wissen Operationsverstärker]<br />
* [http://www.national.com/AU/design/0,4706,268_0_,00.html Online Seminar] von National Semiconductor<br />
* [http://www.franzis.de/elo-das-magazin/grundlagen-und-ausbildung/operationsverstaerker/der-operationsverstaerker ELO-Online-Magazin, Franzis-Verlag], [http://www.franzis.de/online-shop/elektronik/lernpakete-elektronik/lernpaket-elektronik-mit-ics Lernpaket Elektronik mit ICs] "Elektronische Experimente mit integriertem Schaltkreis", Kasten mit Steckbrett/Bauelementen (ca. 40EUR), <br />
* [[Schmitt-Trigger]]<br />
* [[Aktiver RC-Bandpass|Aktiver RC-Bandpass auf Operationsverstärker-Basis]]<br />
* [http://sound.whsites.net/appnotes/an001.htm Präzisionsgleichrichter], engl.<br />
* [https://web.archive.org/web/20130828131053/http://elektronikwissen.net/opamp/9-opamp-wissen.html OpAmp Praxis], Praktikertipps + schwingende Operationsverstärker in den Griff bekommen <!-- ursprünglicher Link ist tot --><br />
* [https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_multiplier Frequenzvervielfacher]<br />
[[Category:Grundlagen]]<br />
[[Category:Bauteile]]<br />
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wdcreative.elektropro ElektroEasy-App (Automatische Berechnung von OPs)]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Diskussion:Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen&diff=93633Diskussion:Operationsverstärker-Grundschaltungen2016-08-13T22:00:47Z<p>Rfr: Neuer Abschnitt /* Frage gestellt. */</p>
<hr />
<div>Hallo Leute,<br />
<br />
könnte vielleicht jemand erklären, wie eine einfache einstellbare Phasenverschiebung zu realisieren ist?<br />
<br />
=== Engl. Fachbegriffe ===<br />
Im Text fehlen die englischen Fachbegriffe, etwa »slew rate«. Eine Anführung in Klammern, etwa (engl. slew rate) erscheint mir ausreichend. Außerdem ist der INA102 nicht der einzige Instrumentenverstärker, nicht einmal aus dem Hause Texas Instruments (INA105, -110, -114, -117). [[Benutzer:Bohnsorg|Bohnsorg]] ([[Benutzer Diskussion:Bohnsorg|Diskussion]]) 08:24, 27. Feb. 2014 (CET)<br />
<br />
<br />
== Insturmentenverstärker ==<br />
Wäre es nicht schöner, wenn die Rückkopllungswiderstände R3 (und R3) auch geändert werden würden, zu R3 und R4?<br />
Denn dadurch könnte man eine viel alg. Formel anwenden (einfach eine Ergäzung von (R4(dann der Gegenkopplungswiderstand)/R3) als Produkt in die Formel). Denn ansonsten sehe Ich weniger Sinn in dem 3.OP. -Guest 15:21, 23.6.2014<br />
<br />
== Eingangswiderstand Komparator ==<br />
<br />
Sind die Eingangswiderstände in den Komparatorschaltungen notwendig? Da keine hier Rückkopplung besteht, sollte es doch eigentlich nicht zur "virtuellen Masse" kommen, oder? Damit wäre auch der invertierende Komparator hochohmig am Eingang.<br />
<br />
== Frage gestellt. ==<br />
<br />
Ich würde gerne wissen, warum die Formeldarstellungen nicht funktionieren.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=90074Freiberufler und Angestellte2015-10-19T15:32:16Z<p>Rfr: Tippfehler beseitigt</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
==== Vertragssituation ====<br />
Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen damit auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen.<br />
<br />
==== Sozialsystem ====<br />
Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. Arbeitnehmer sind meistens vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
==== Rechtliche Situation ====<br />
Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen, die dem Freiburfler verwehrt beleiben. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer nur der Arbeitgeber. Dasselbe gilt bei der Verletzung von Rechten Dritter, z.B. bei Patenten.<br />
<br />
==== Arbeitsentgelt ====<br />
Arbeitnehmer erhalten unabhängig von der Zahl der Krankheitstage, der Feiertage oder der genommenen Urlaubstage im Monat ein festgelegtes Arbeitsentgelt. Sie sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
==== Unterscheidung der Beschäftigungsverhältnis ====<br />
Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei meistens zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
==== Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit ====<br />
Der Freiberufler gilt ungeachtet dessen, als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberufe ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfällen kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
==== Sozialversicherungspflicht ====<br />
Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher unanhänhig vom Einkommen eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl freiwillig gesetzlich, als auch privat). Privat versichern können sich Angestellte dageben nur, wenn er über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 48k, Rente ca 71k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist für Freiberufler in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. (Die Beitragsgrenzen wurden im Jahre 2009 angepassst). Die privaten Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann, da diese einkommensunabhänig berechnet werden. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in der Hinsicht, dass er keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall oder eine Rente bei Berufsunfähigkeit erhält.<br />
<br />
==== Einkommensverhältnisse ====<br />
Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem als Angestellten einzustufenden Scheinselbständigen sind trotz mehrere Anläufe der Politik, hier Klarheit zu schaffen, immer noch nicht völlig eindeutig, was regelmäßig zu Problemen bei Freiberuflern und Auftraggebern führt.<br />
<br />
Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==== Offizielle Rechtsprechung ====<br />
Die tatsächliche Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler, in Einzelfällen aber auch gegen sie. In der jüngeren Vergangenheit wurden aber verschiedene, ehemals harte Kriterien wieder aufgeweicht sowie nicht mehr zeitgemäße verworfen. Beispielsweise wurde kürzlich die zeitliche Grenze für eine Beschäftigungen bei nur einem Projektgeber, bei der der Selbständigenstatus noch bejaht wird, deutlich ausgeweitet. Im konkreten Fall war ein Programmierer 4 Jahre bei demselben Arbeitgeber tätig. Auch die klassische Regelung, nachdem ein Freiberufler innerhalb eines Steuerjahres nicht mehr, als 5/6tel seines Einkommens von einem Projektgeber beziehen darf, wurde häufiger ingoniert und die Betrachtung auf mehre Jahre ausgedehnt, da typische Projekte im Ingenieursbereich regelmäßig länger dauern und andererseits viele Firmen mit taktischen Umbesetzungen die Projektdauern limitieren. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
==== Offizielles Feststellungsverfahren ====<br />
Die gesetzliche Rentenversicherung (GRV) bietet potenziellen Freiberuflern ein formelles Feststellungsverfahren an, in dem der eigene Status geprüft werden kann. Damlit lässt sich amtlich sicherstellen, dass die GRV keine Ansprüche erheben wird. Allerdings raten Anwälte davon ab, weil dies erstens regelmässig aktualisiert werden müsste, zweitens jeweils sehr lange dauern kann und drittens meistens (und oftmals zu unrecht) gegen den Freiberuflerstatus ausgeht und gerichtlich angefochten werden muss.<br />
<br />
==== Die Reale Praxis ====<br />
Um eventuelle Forderungen der GRV abzuwehren, hat es sich eingebürgert, Projekte nur noch in Form von Arbeitnehmerüberlassung oder über Zwischenprojektgeber abzuwickeln, die im Zweifelsfall für die Rentenbeiträge haften müssen. Somit werden praktisch 80% aller freiberuflichen Aufträge im deutschen Markt heute über Zwischenprojektnehmer vergeben, die formell als Auftragnehmer auftreten und die tatsächliche Arbeit an Subunternehmer weitergeben, die dann wieder vorort beim Kunden tätig werden. Damit ist zwar der Endkunde geschützt, der Freiberufler kann jedoch jederzeit nachträglich zur Zahlung von Rentenversicherungsbeiträgen gezwungen werden, wenn sein Status im Fall von Betriebsprüfungen aberkannt wird.<br />
<br />
Für den Freiberufler kommt es deshalb darauf an, erst gar keine Situation entstehen zu lassen, in der die arbeitsrechtliche Einstufung unsicher ist. Daher ist darauf zu achten, dass alle Indizien, die auf eine Scheinselbständigkeit schließen lassen, nicht einfach verschleiert werden, sondern schlichtweg nicht der Fall sein sollten. Dazu sind die Verträge hinsichtlich der inhaltlichen Leistungen sowie der Randbedingungen bez Arbeitszeit, Arbeitsumfang etc entsprechend zu gestalten. Anhand von Kriterien kann selbst geprüft werden, ob ein Angebot eines Projektgebers wirklich eine freiberufliche Tätigkeit darstellt, oder sie sich nicht doch besser in Form einer temporären Beschäfigung bei lösen lässt. Diese Methode der indirekten Übernahme ist mitunter für beide Seiten sinnvoll, da der Freiberufler hier ein relativ hohes Gehalt verhandeln kann und der AG trotzdem günstig fährt. Allerdings schließen viele Projektgeber diese Abwerbung in ihren Projektverträgen bei Strafe aus.<br />
<br />
==Marktsituation für Angestellte und Freiberufler==<br />
=== Marktteilnehmer und Auftraggeber ===<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
=== Angebote an Freiberufler ===<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenzen zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
=== Vertragserfüllung ===<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweise in Teilbeträgen gezahlt wird. So ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
<br />
<br />
*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
<br />
== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Aufgrund unterschiedlicher Leistungen durch den Arbeitgeber / Auftraggeber sowie der Besteuerung unterscheiden sich der Nettoverdienst bei beiden stark von einander:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält zunächst ein Bruttogehalt, von dem er berufsbedingte Fahrten zum Arbeitplatz, Beiträge zu Berufsgenossenschaften und Aufwände für Bewerbung und sonstige Sicherstellung der Arbeitskraft, z.B. auch Kuren und eigene Weiterbildung sowie Bücher abziehen kann. Von diesem Gehalt werden die Lohnsteuer und eventuell Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Daneben bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu und er erhält kostenlose Weiterbildungen und Schulungen durch den AG.<br />
<br />
* Der Freiberufler führt zunächst von allen Einnahmen ("Erlöse") die vom Auftraggeber eingenommene Umsatzsteuer ab und erhält umgekehrt für Leistungen und erworbene Produkte des geschäftlichen Betriebes die gezahlte Umsatzsteuer zurück. Von diesen Nettoeinnahmen zieht er alle betriebsbedingten Kosten (Büro, Fahrzeug, Arbeitsmittel, Telefon) ab und rechnet umgekehrt virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) wieder hinzu und errechnet daraus den geschäftlichen Gewinn, wobei er die Privatanteile ebenfalls umsatzversteuern muss. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt wie beim Angestellten der normalen Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Projektort kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler die Krankenkasse (seit 2010 vollständig) und andere Pauschbeträge steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund des komplett steuerfreien AG-Anteils bei der Rentenversicherung steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn weniger Netto bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen bei einer Projektdauer von etwa 6 Monaten zwischen 60,- und 90,- die Stunde, für kürzere Einsätze etwa 10,- darüber. Für Tageseinsätze im Bereich IT liegen die Sätze bei bis zu 200,- Euro/h.<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe diee Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit ca 48500,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
<br />
Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
<br />
Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung im Jahre 2012, über einen Rentenversicherungszwang nachzudenken. Diese Überlegung wurde aber schon in 2013 wieder fallengelassen und liegt seither auf Eis.<br />
<br />
== Foren-Links ==<br />
* Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161<br />
* Thema GRV und Beiträge: http://www.mikrocontroller.net/topic/340632<br />
* Verpflichtung zur Rentennachzahlung: http://www.mikrocontroller.net/topic/310256<br />
* Gesetzliche Rentenversicherung: http://www.mikrocontroller.net/topic/245435<br />
* Privatauto geschäftlich Nutzen: http://www.mikrocontroller.net/topic/240034<br />
* Unterscheidung Angestellter / Freiberufler http://www.mikrocontroller.net/topic/angestellter-oder-freiberufler<br />
* Erfahrungen mit Auftraggebern: http://www.mikrocontroller.net/topic/325890<br />
* Diskussion Selbständigkeit http://www.mikrocontroller.net/topic/257714<br />
* Mindesstundensatz für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/102614#new<br />
* Stundensatz berechnen: http://www.mikrocontroller.net/topic/225269<br />
* Was bleibt vom Stundensatz http://www.mikrocontroller.net/topic/78693<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
* Vor- und Nachteile des Freiberuflertums: http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
* Plattforum für Gründer: http://www.gruendungszuschuss.de<br />
<br />
* Beitragsbemessungsgrenzen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beitragsbemessungsgrenze<br />
<br />
* Scheinselbständigkeit: http://www.hensche.de/Rechtsanwalt_Arbeitsrecht_Handbuch_Scheinselbstaendigkeit.html<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=90073Freiberufler und Angestellte2015-10-19T15:30:29Z<p>Rfr: /* Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler */</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
==== Vertragssituation ====<br />
Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen damit auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen.<br />
<br />
==== Sozialsystem ====<br />
Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. Arbeitnehmer sind meistens vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
==== Rechtliche Situation ====<br />
Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen, die dem Freiburfler verwehrt beleiben. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer nur der Arbeitgeber. Dasselbe gilt bei der Verletzung von Rechten Dritter, z.B. bei Patenten.<br />
<br />
==== Arbeitsentgelt ====<br />
Arbeitnehmer erhalten unabhängig von der Zahl der Krankheitstage, der Feiertage oder der genommenen Urlaubstage im Monat ein festgelegtes Arbeitsentgelt. Sie sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
==== Unterscheidung der Beschäftigungsverhältnis ====<br />
Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei meistens zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
==== Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit ====<br />
Der Freiberufler gilt ungeachtet dessen, als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberufe ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfällen kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
==== Sozialversicherungspflicht ====<br />
Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher unanhänhig vom Einkommen eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl freiwillig gesetzlich, als auch privat). Privat versichern können sich Angestellte dageben nur, wenn er über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 48k, Rente ca 71k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist für Freiberufler in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. (Die Beitragsgrenzen wurden im Jahre 2009 angepassst). Die privaten Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann, da diese einkommensunabhänig berechnet werden. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in der Hinsicht, dass er keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall oder eine Rente bei Berufsunfähigkeit erhält.<br />
<br />
==== Einkommensverhältnisse ====<br />
Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem als Angestellten einzustufenden Scheinselbständigen sind trotz mehrere Anläufe der Politik, hier Klarheit zu schaffen, immer noch nicht völlig eindeutig, was regelmäßig zu Problemen bei Freiberuflern und Auftraggebern führt.<br />
<br />
Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==== Offizielle Rechtsprechung ====<br />
Die tatsächliche Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler, in Einzelfällen aber auch gegen sie. In der jüngeren Vergangenheit wurden aber verschiedene, ehemals harte Kriterien wieder aufgeweicht sowie nicht mehr zeitgemäße verworfen. Beispielsweise wurde kürzlich die zeitliche Grenze für eine Beschäftigungen bei nur einem Projektgeber, bei der der Selbständigenstatus noch bejaht wird, deutlich ausgeweitet. Im konkreten Fall war ein Programmierer 4 Jahre bei demselben Arbeitgeber tätig. Auch die klassische Regelung, nachdem ein Freiberufler innerhalb eines Steuerjahres nicht mehr, als 5/6tel seines Einkommens von einem Projektgeber beziehen darf, wurde häufiger ingoniert und die Betrachtung auf mehre Jahre ausgedehnt, da typische Projekte im Ingenieursbereich regelmäßig länger dauern und andererseits viele Firmen mit taktischen Umbesetzungen die Projektdauern limitieren. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
==== Offizielles Feststellungsverfahren ====<br />
Die gesetzliche Rentenversicherung (GRV) bietet potenziellen Freiberuflern ein formelles Feststellungsverfahren an, in dem der eigene Status geprüft werden kann. Damlit lässt sich amtlich sicherstellen, dass die GRV keine Ansprüche erheben wird. Allerdings raten Anwälte davon ab, weil dies erstens regelmässig aktualisiert werden müsste, zweitens jeweils sehr lange dauern kann und drittens meistens (und oftmals zu unrecht) gegen den Freiberuflerstatus ausgeht und gerichtlich angefochten werden muss.<br />
<br />
==== Die Reale Praxis ====<br />
Um eventuelle Forderungen der GRV abzuwehren, hat es sich eingebürgert, Projekte nur noch in Form von Arbeitnehmerüberlassung oder über Zwischenprojektgeber abzuwickeln, die im Zweifelsfall für die Rentenbeiträge haften müssen. Somit werden praktisch 80% aller freiberuflichen Aufträge im deutschen Markt heute über Zwischenprojektnehmer vergeben, die formell als Auftragnehmer auftreten und die tatsächliche Arbeit an Subunternehmer weitergeben, die dann wieder vorort beim Kunden tätig werden. Damit ist zwar der Endkunde geschützt, der Freiberufler kann jedoch jederzeit nachträglich zur Zahlung von Rentenversicherungsbeiträgen gezwungen werden, wenn sein Status im Fall von Betriebsprüfungen aberkannt wird.<br />
<br />
Für den Freiberufler kommt es deshalb darauf an, erst gar keine Situation entstehen zu lassen, in der die arbeitsrechtliche Einstufung unsicher ist. Daher ist darauf zu achten, dass alle Indizien, die auf eine Scheinselbständigkeit schließen lassen, nicht einfach verschleiert werden, sondern schlichtweg nicht der Fall sein sollten. Dazu sind die Verträge hinsichtlich der inhaltlichen Leistungen sowie der Randbedingungen bez Arbeitszeit, Arbeitsumfang etc entsprechend zu gestalten. Anhand von Kriterien kann selbst geprüft werden, ob ein Angebot eines Projektgebers wirklich eine freiberufliche Tätigkeit darstellt, oder sie sich nicht doch besser in Form einer temporären Beschäfigung bei lösen lässt. Diese Methode der indirekten Übernahme ist mitunter für beide Seiten sinnvoll, da der Freiberufler hier ein relativ hohes Gehalt verhandeln kann und der AG trotzdem günstig fährt. Allerdings schließen viele Projektgeber diese Abwerbung in ihren Projektverträgen bei Strafe aus.<br />
<br />
==Marktsituation für Angestellte und Freiberufler==<br />
=== Marktteilnehmer und Auftraggeber ===<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
=== Angebote an Freiberufler ===<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenzen zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
=== Vertragserfüllung ===<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweise in Teilbeträgen gezahlt wird. So ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
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*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
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== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Aufgrund unterschiedlicher Leistungen durch den Arbeitgeber / Auftraggeber sowie der Besteuerung unterscheiden sich der Nettoverdienst bei beiden stark von einander:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält zunächst ein Bruttogehalt, von dem er berufsbedingte Fahrten zum Arbeitplatz, Beiträge zu Berufsgenossenschaften und Aufwände für Bewerbung und sonstige Sicherstellung der Arbeitskraft, z.B. auch Kuren und eigene Weiterbildung sowie Bücher abziehen kann. Von diesem Gehalt werden die Lohnsteuer und eventuell Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Daneben bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu und er erhält kostenlose Weiterbildungen und Schulungen durch den AG.<br />
<br />
* Der Freiberufler führt zunächst von allen Einnahmen ("Erlöse") die vom Auftraggeber eingenommene Umsatzsteuer ab und erhält umgekehrt für Leistungen und erworbene Produkte des geschäftlichen Betriebes die gezahlte Umsatzsteuer zurück. Von diesen Nettoeinnahmen zieht er alle betriebsbedingten Kosten (Büro, Fahrzeug, Arbeitsmittel, Telefon) ab und rechnet umgekehrt virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) wieder hinzu und errechnet daraus den geschäftlichen Gewinn, wobei er die Privatanteile ebenfalls umsatzversteuern muss. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt wie beim Angestellten der normalen Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Projektort kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler die Krankenkasse (seit 2010 vollständig) und andere Pauschbeträge steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund des komplett steuerfreien AG-Anteils bei der Rentenversicherung steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn weniger Netto bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen bei einer Projektdauer von etwa 6 Monaten zwischen 60,- und 90,- die Stunde, für kürzere Einsätze etwa 10,- darüber. Für Tageseinsätze im Bereich IT liegen die Sätze bei bis zu 200,- Euro/h.<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe diee Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit ca 48500,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger, als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
<br />
Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
<br />
Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung im Jahre 2012, über einen Rentenversicherungszwang nachzudenken. Diese Überlegung wurde aber schon in 2013 wieder fallengelassen und liegt seither auf Eis.<br />
<br />
== Foren-Links ==<br />
* Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161<br />
* Thema GRV und Beiträge: http://www.mikrocontroller.net/topic/340632<br />
* Verpflichtung zur Rentennachzahlung: http://www.mikrocontroller.net/topic/310256<br />
* Gesetzliche Rentenversicherung: http://www.mikrocontroller.net/topic/245435<br />
* Privatauto geschäftlich Nutzen: http://www.mikrocontroller.net/topic/240034<br />
* Unterscheidung Angestellter / Freiberufler http://www.mikrocontroller.net/topic/angestellter-oder-freiberufler<br />
* Erfahrungen mit Auftraggebern: http://www.mikrocontroller.net/topic/325890<br />
* Diskussion Selbständigkeit http://www.mikrocontroller.net/topic/257714<br />
* Mindesstundensatz für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/102614#new<br />
* Stundensatz berechnen: http://www.mikrocontroller.net/topic/225269<br />
* Was bleibt vom Stundensatz http://www.mikrocontroller.net/topic/78693<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
* Vor- und Nachteile des Freiberuflertums: http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
* Plattforum für Gründer: http://www.gruendungszuschuss.de<br />
<br />
* Beitragsbemessungsgrenzen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beitragsbemessungsgrenze<br />
<br />
* Scheinselbständigkeit: http://www.hensche.de/Rechtsanwalt_Arbeitsrecht_Handbuch_Scheinselbstaendigkeit.html<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=90072Freiberufler und Angestellte2015-10-19T15:28:09Z<p>Rfr: /* Vertragserfüllung */</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
==== Vertragssituation ====<br />
Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen damit auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen.<br />
<br />
==== Sozialsystem ====<br />
Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. Arbeitnehmer sind meistens vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
==== Rechtliche Situation ====<br />
Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen, die dem Freiburfler verwehrt beleiben. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer nur der Arbeitgeber. Dasselbe gilt bei der Verletzung von Rechten Dritter, z.B. bei Patenten.<br />
<br />
==== Arbeitsentgelt ====<br />
Arbeitnehmer erhalten unabhängig von der Zahl der Krankheitstage, der Feiertage oder der genommenen Urlaubstage im Monat ein festgelegtes Arbeitsentgelt. Sie sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
==== Unterscheidung der Beschäftigungsverhältnis ====<br />
Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei meistens zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
==== Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit ====<br />
Der Freiberufler gilt ungeachtet dessen, als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberufe ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfällen kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
==== Sozialversicherungspflicht ====<br />
Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher unanhänhig vom Einkommen eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl freiwillig gesetzlich, als auch privat). Privat versichern können sich Angestellte dageben nur, wenn er über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 48k, Rente ca 71k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist für Freiberufler in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. (Die Beitragsgrenzen wurden im Jahre 2009 angepassst). Die privaten Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann, da diese einkommensunabhänig berechnet werden. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in der Hinsicht, dass er keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall oder eine Rente bei Berufsunfähigkeit erhält.<br />
<br />
==== Einkommensverhältnisse ====<br />
Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem als Angestellten einzustufenden Scheinselbständigen sind trotz mehrere Anläufe der Politik, hier Klarheit zu schaffen, immer noch nicht völlig eindeutig, was regelmäßig zu Problemen bei Freiberuflern und Auftraggebern führt.<br />
<br />
Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==== Offizielle Rechtsprechung ====<br />
Die tatsächliche Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler, in Einzelfällen aber auch gegen sie. In der jüngeren Vergangenheit wurden aber verschiedene, ehemals harte Kriterien wieder aufgeweicht sowie nicht mehr zeitgemäße verworfen. Beispielsweise wurde kürzlich die zeitliche Grenze für eine Beschäftigungen bei nur einem Projektgeber, bei der der Selbständigenstatus noch bejaht wird, deutlich ausgeweitet. Im konkreten Fall war ein Programmierer 4 Jahre bei demselben Arbeitgeber tätig. Auch die klassische Regelung, nachdem ein Freiberufler innerhalb eines Steuerjahres nicht mehr, als 5/6tel seines Einkommens von einem Projektgeber beziehen darf, wurde häufiger ingoniert und die Betrachtung auf mehre Jahre ausgedehnt, da typische Projekte im Ingenieursbereich regelmäßig länger dauern und andererseits viele Firmen mit taktischen Umbesetzungen die Projektdauern limitieren. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
==== Offizielles Feststellungsverfahren ====<br />
Die gesetzliche Rentenversicherung (GRV) bietet potenziellen Freiberuflern ein formelles Feststellungsverfahren an, in dem der eigene Status geprüft werden kann. Damlit lässt sich amtlich sicherstellen, dass die GRV keine Ansprüche erheben wird. Allerdings raten Anwälte davon ab, weil dies erstens regelmässig aktualisiert werden müsste, zweitens jeweils sehr lange dauern kann und drittens meistens (und oftmals zu unrecht) gegen den Freiberuflerstatus ausgeht und gerichtlich angefochten werden muss.<br />
<br />
==== Die Reale Praxis ====<br />
Um eventuelle Forderungen der GRV abzuwehren, hat es sich eingebürgert, Projekte nur noch in Form von Arbeitnehmerüberlassung oder über Zwischenprojektgeber abzuwickeln, die im Zweifelsfall für die Rentenbeiträge haften müssen. Somit werden praktisch 80% aller freiberuflichen Aufträge im deutschen Markt heute über Zwischenprojektnehmer vergeben, die formell als Auftragnehmer auftreten und die tatsächliche Arbeit an Subunternehmer weitergeben, die dann wieder vorort beim Kunden tätig werden. Damit ist zwar der Endkunde geschützt, der Freiberufler kann jedoch jederzeit nachträglich zur Zahlung von Rentenversicherungsbeiträgen gezwungen werden, wenn sein Status im Fall von Betriebsprüfungen aberkannt wird.<br />
<br />
Für den Freiberufler kommt es deshalb darauf an, erst gar keine Situation entstehen zu lassen, in der die arbeitsrechtliche Einstufung unsicher ist. Daher ist darauf zu achten, dass alle Indizien, die auf eine Scheinselbständigkeit schließen lassen, nicht einfach verschleiert werden, sondern schlichtweg nicht der Fall sein sollten. Dazu sind die Verträge hinsichtlich der inhaltlichen Leistungen sowie der Randbedingungen bez Arbeitszeit, Arbeitsumfang etc entsprechend zu gestalten. Anhand von Kriterien kann selbst geprüft werden, ob ein Angebot eines Projektgebers wirklich eine freiberufliche Tätigkeit darstellt, oder sie sich nicht doch besser in Form einer temporären Beschäfigung bei lösen lässt. Diese Methode der indirekten Übernahme ist mitunter für beide Seiten sinnvoll, da der Freiberufler hier ein relativ hohes Gehalt verhandeln kann und der AG trotzdem günstig fährt. Allerdings schließen viele Projektgeber diese Abwerbung in ihren Projektverträgen bei Strafe aus.<br />
<br />
==Marktsituation für Angestellte und Freiberufler==<br />
=== Marktteilnehmer und Auftraggeber ===<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
=== Angebote an Freiberufler ===<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenzen zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
=== Vertragserfüllung ===<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweise in Teilbeträgen gezahlt wird. So ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
<br />
<br />
*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
<br />
== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Aufgrund unterschiedlicher Leistungen durch den Arbeitgeber / auftraggeber, sowie der Besteuerung unterscheiden sich der Nettoverdienst bei beiden stark von einander:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält zunächst ein Bruttogehalt, von dem er berufsbedingte Fahrten zum Arbeitplatz, Beiträge zu Berutfsgenossenschaften und Aufwände für Bewerbung und sonstige Sicherstellung der Arbeitskraft, z.B. auch Kuren und eigene Weiterbildung sowie Bücher abziehen kann. Von diesem Gehalt werden die Lohnsteuer und eventuell Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Daneben bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu und er erhält kostenlose Weiterbildungen und Schulungen durch den AG.<br />
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* Der Freiberufler führt zunächst von allen Einnahmen ("Erlöse") die vom Auftraggeber eingenommene Umsatzsteuer ab und erhält umgekehrt für Leistungen und erworbene Produkte des geschäftlichen Betriebes die gezahlte Umsatzsteuer zurück. Von diesen Nettoeinnahmen zieht er alle betriebsbedingten Kosten (Büro, Fahrzeug, Arbeitsmittel, Telefon) ab und rechnet umgekehrt virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) wieder hinzu und errechnet daraus den geschäftlichen Gewinn, wobei er die Privatanteile ebenfalls umsatzversteuern muss. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt wie beim Angestellten der normalen Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Projektort kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler die Krankenkasse (seit 2010 vollständig) und andere Pauschbeträge steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund des komplett steuerfreien AG-Anteils bei der Rentenversicherung steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn weniger Netto bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen bei einer Projektdauer von etwa 6 Monaten zwischen 60,- und 90,- die Stunde, für kürzere Einsätze etwa 10,- darüber. Für Tageseinsätze im Bereich IT liegen die Sätze bei bis zu 200,- Euro/h.<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe diee Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit ca 48500,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger, als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
<br />
Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
<br />
Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung im Jahre 2012, über einen Rentenversicherungszwang nachzudenken. Diese Überlegung wurde aber schon in 2013 wieder fallengelassen und liegt seither auf Eis.<br />
<br />
== Foren-Links ==<br />
* Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161<br />
* Thema GRV und Beiträge: http://www.mikrocontroller.net/topic/340632<br />
* Verpflichtung zur Rentennachzahlung: http://www.mikrocontroller.net/topic/310256<br />
* Gesetzliche Rentenversicherung: http://www.mikrocontroller.net/topic/245435<br />
* Privatauto geschäftlich Nutzen: http://www.mikrocontroller.net/topic/240034<br />
* Unterscheidung Angestellter / Freiberufler http://www.mikrocontroller.net/topic/angestellter-oder-freiberufler<br />
* Erfahrungen mit Auftraggebern: http://www.mikrocontroller.net/topic/325890<br />
* Diskussion Selbständigkeit http://www.mikrocontroller.net/topic/257714<br />
* Mindesstundensatz für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/102614#new<br />
* Stundensatz berechnen: http://www.mikrocontroller.net/topic/225269<br />
* Was bleibt vom Stundensatz http://www.mikrocontroller.net/topic/78693<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
* Vor- und Nachteile des Freiberuflertums: http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
* Plattforum für Gründer: http://www.gruendungszuschuss.de<br />
<br />
* Beitragsbemessungsgrenzen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beitragsbemessungsgrenze<br />
<br />
* Scheinselbständigkeit: http://www.hensche.de/Rechtsanwalt_Arbeitsrecht_Handbuch_Scheinselbstaendigkeit.html<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=90071Freiberufler und Angestellte2015-10-19T15:26:06Z<p>Rfr: /* Angebote an Freiberufler */</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
==== Vertragssituation ====<br />
Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen damit auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen.<br />
<br />
==== Sozialsystem ====<br />
Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. Arbeitnehmer sind meistens vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
==== Rechtliche Situation ====<br />
Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen, die dem Freiburfler verwehrt beleiben. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer nur der Arbeitgeber. Dasselbe gilt bei der Verletzung von Rechten Dritter, z.B. bei Patenten.<br />
<br />
==== Arbeitsentgelt ====<br />
Arbeitnehmer erhalten unabhängig von der Zahl der Krankheitstage, der Feiertage oder der genommenen Urlaubstage im Monat ein festgelegtes Arbeitsentgelt. Sie sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
==== Unterscheidung der Beschäftigungsverhältnis ====<br />
Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei meistens zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
==== Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit ====<br />
Der Freiberufler gilt ungeachtet dessen, als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberufe ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfällen kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
==== Sozialversicherungspflicht ====<br />
Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher unanhänhig vom Einkommen eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl freiwillig gesetzlich, als auch privat). Privat versichern können sich Angestellte dageben nur, wenn er über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 48k, Rente ca 71k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist für Freiberufler in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. (Die Beitragsgrenzen wurden im Jahre 2009 angepassst). Die privaten Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann, da diese einkommensunabhänig berechnet werden. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in der Hinsicht, dass er keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall oder eine Rente bei Berufsunfähigkeit erhält.<br />
<br />
==== Einkommensverhältnisse ====<br />
Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem als Angestellten einzustufenden Scheinselbständigen sind trotz mehrere Anläufe der Politik, hier Klarheit zu schaffen, immer noch nicht völlig eindeutig, was regelmäßig zu Problemen bei Freiberuflern und Auftraggebern führt.<br />
<br />
Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==== Offizielle Rechtsprechung ====<br />
Die tatsächliche Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler, in Einzelfällen aber auch gegen sie. In der jüngeren Vergangenheit wurden aber verschiedene, ehemals harte Kriterien wieder aufgeweicht sowie nicht mehr zeitgemäße verworfen. Beispielsweise wurde kürzlich die zeitliche Grenze für eine Beschäftigungen bei nur einem Projektgeber, bei der der Selbständigenstatus noch bejaht wird, deutlich ausgeweitet. Im konkreten Fall war ein Programmierer 4 Jahre bei demselben Arbeitgeber tätig. Auch die klassische Regelung, nachdem ein Freiberufler innerhalb eines Steuerjahres nicht mehr, als 5/6tel seines Einkommens von einem Projektgeber beziehen darf, wurde häufiger ingoniert und die Betrachtung auf mehre Jahre ausgedehnt, da typische Projekte im Ingenieursbereich regelmäßig länger dauern und andererseits viele Firmen mit taktischen Umbesetzungen die Projektdauern limitieren. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
==== Offizielles Feststellungsverfahren ====<br />
Die gesetzliche Rentenversicherung (GRV) bietet potenziellen Freiberuflern ein formelles Feststellungsverfahren an, in dem der eigene Status geprüft werden kann. Damlit lässt sich amtlich sicherstellen, dass die GRV keine Ansprüche erheben wird. Allerdings raten Anwälte davon ab, weil dies erstens regelmässig aktualisiert werden müsste, zweitens jeweils sehr lange dauern kann und drittens meistens (und oftmals zu unrecht) gegen den Freiberuflerstatus ausgeht und gerichtlich angefochten werden muss.<br />
<br />
==== Die Reale Praxis ====<br />
Um eventuelle Forderungen der GRV abzuwehren, hat es sich eingebürgert, Projekte nur noch in Form von Arbeitnehmerüberlassung oder über Zwischenprojektgeber abzuwickeln, die im Zweifelsfall für die Rentenbeiträge haften müssen. Somit werden praktisch 80% aller freiberuflichen Aufträge im deutschen Markt heute über Zwischenprojektnehmer vergeben, die formell als Auftragnehmer auftreten und die tatsächliche Arbeit an Subunternehmer weitergeben, die dann wieder vorort beim Kunden tätig werden. Damit ist zwar der Endkunde geschützt, der Freiberufler kann jedoch jederzeit nachträglich zur Zahlung von Rentenversicherungsbeiträgen gezwungen werden, wenn sein Status im Fall von Betriebsprüfungen aberkannt wird.<br />
<br />
Für den Freiberufler kommt es deshalb darauf an, erst gar keine Situation entstehen zu lassen, in der die arbeitsrechtliche Einstufung unsicher ist. Daher ist darauf zu achten, dass alle Indizien, die auf eine Scheinselbständigkeit schließen lassen, nicht einfach verschleiert werden, sondern schlichtweg nicht der Fall sein sollten. Dazu sind die Verträge hinsichtlich der inhaltlichen Leistungen sowie der Randbedingungen bez Arbeitszeit, Arbeitsumfang etc entsprechend zu gestalten. Anhand von Kriterien kann selbst geprüft werden, ob ein Angebot eines Projektgebers wirklich eine freiberufliche Tätigkeit darstellt, oder sie sich nicht doch besser in Form einer temporären Beschäfigung bei lösen lässt. Diese Methode der indirekten Übernahme ist mitunter für beide Seiten sinnvoll, da der Freiberufler hier ein relativ hohes Gehalt verhandeln kann und der AG trotzdem günstig fährt. Allerdings schließen viele Projektgeber diese Abwerbung in ihren Projektverträgen bei Strafe aus.<br />
<br />
==Marktsituation für Angestellte und Freiberufler==<br />
=== Marktteilnehmer und Auftraggeber ===<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
=== Angebote an Freiberufler ===<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenzen zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
=== Vertragserfüllung ===<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen, wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweis in Teilbeträgen gezahlt wird. so ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
<br />
<br />
*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
<br />
== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Aufgrund unterschiedlicher Leistungen durch den Arbeitgeber / auftraggeber, sowie der Besteuerung unterscheiden sich der Nettoverdienst bei beiden stark von einander:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält zunächst ein Bruttogehalt, von dem er berufsbedingte Fahrten zum Arbeitplatz, Beiträge zu Berutfsgenossenschaften und Aufwände für Bewerbung und sonstige Sicherstellung der Arbeitskraft, z.B. auch Kuren und eigene Weiterbildung sowie Bücher abziehen kann. Von diesem Gehalt werden die Lohnsteuer und eventuell Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Daneben bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu und er erhält kostenlose Weiterbildungen und Schulungen durch den AG.<br />
<br />
* Der Freiberufler führt zunächst von allen Einnahmen ("Erlöse") die vom Auftraggeber eingenommene Umsatzsteuer ab und erhält umgekehrt für Leistungen und erworbene Produkte des geschäftlichen Betriebes die gezahlte Umsatzsteuer zurück. Von diesen Nettoeinnahmen zieht er alle betriebsbedingten Kosten (Büro, Fahrzeug, Arbeitsmittel, Telefon) ab und rechnet umgekehrt virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) wieder hinzu und errechnet daraus den geschäftlichen Gewinn, wobei er die Privatanteile ebenfalls umsatzversteuern muss. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt wie beim Angestellten der normalen Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Projektort kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler die Krankenkasse (seit 2010 vollständig) und andere Pauschbeträge steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund des komplett steuerfreien AG-Anteils bei der Rentenversicherung steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn weniger Netto bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen bei einer Projektdauer von etwa 6 Monaten zwischen 60,- und 90,- die Stunde, für kürzere Einsätze etwa 10,- darüber. Für Tageseinsätze im Bereich IT liegen die Sätze bei bis zu 200,- Euro/h.<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe diee Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit ca 48500,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger, als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
<br />
Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
<br />
Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung im Jahre 2012, über einen Rentenversicherungszwang nachzudenken. Diese Überlegung wurde aber schon in 2013 wieder fallengelassen und liegt seither auf Eis.<br />
<br />
== Foren-Links ==<br />
* Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161<br />
* Thema GRV und Beiträge: http://www.mikrocontroller.net/topic/340632<br />
* Verpflichtung zur Rentennachzahlung: http://www.mikrocontroller.net/topic/310256<br />
* Gesetzliche Rentenversicherung: http://www.mikrocontroller.net/topic/245435<br />
* Privatauto geschäftlich Nutzen: http://www.mikrocontroller.net/topic/240034<br />
* Unterscheidung Angestellter / Freiberufler http://www.mikrocontroller.net/topic/angestellter-oder-freiberufler<br />
* Erfahrungen mit Auftraggebern: http://www.mikrocontroller.net/topic/325890<br />
* Diskussion Selbständigkeit http://www.mikrocontroller.net/topic/257714<br />
* Mindesstundensatz für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/102614#new<br />
* Stundensatz berechnen: http://www.mikrocontroller.net/topic/225269<br />
* Was bleibt vom Stundensatz http://www.mikrocontroller.net/topic/78693<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
* Vor- und Nachteile des Freiberuflertums: http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
* Plattforum für Gründer: http://www.gruendungszuschuss.de<br />
<br />
* Beitragsbemessungsgrenzen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beitragsbemessungsgrenze<br />
<br />
* Scheinselbständigkeit: http://www.hensche.de/Rechtsanwalt_Arbeitsrecht_Handbuch_Scheinselbstaendigkeit.html<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=90070Freiberufler und Angestellte2015-10-19T15:19:39Z<p>Rfr: /* Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit */</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
==== Vertragssituation ====<br />
Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen damit auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen.<br />
<br />
==== Sozialsystem ====<br />
Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. Arbeitnehmer sind meistens vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
==== Rechtliche Situation ====<br />
Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen, die dem Freiburfler verwehrt beleiben. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer nur der Arbeitgeber. Dasselbe gilt bei der Verletzung von Rechten Dritter, z.B. bei Patenten.<br />
<br />
==== Arbeitsentgelt ====<br />
Arbeitnehmer erhalten unabhängig von der Zahl der Krankheitstage, der Feiertage oder der genommenen Urlaubstage im Monat ein festgelegtes Arbeitsentgelt. Sie sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
==== Unterscheidung der Beschäftigungsverhältnis ====<br />
Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei meistens zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
==== Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit ====<br />
Der Freiberufler gilt ungeachtet dessen, als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberufe ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfällen kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
==== Sozialversicherungspflicht ====<br />
Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher unanhänhig vom Einkommen eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl freiwillig gesetzlich, als auch privat). Privat versichern können sich Angestellte dageben nur, wenn er über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 48k, Rente ca 71k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist für Freiberufler in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. (Die Beitragsgrenzen wurden im Jahre 2009 angepassst). Die privaten Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann, da diese einkommensunabhänig berechnet werden. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in der Hinsicht, dass er keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall oder eine Rente bei Berufsunfähigkeit erhält.<br />
<br />
==== Einkommensverhältnisse ====<br />
Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem als Angestellten einzustufenden Scheinselbständigen sind trotz mehrere Anläufe der Politik, hier Klarheit zu schaffen, immer noch nicht völlig eindeutig, was regelmäßig zu Problemen bei Freiberuflern und Auftraggebern führt.<br />
<br />
Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==== Offizielle Rechtsprechung ====<br />
Die tatsächliche Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler, in Einzelfällen aber auch gegen sie. In der jüngeren Vergangenheit wurden aber verschiedene, ehemals harte Kriterien wieder aufgeweicht sowie nicht mehr zeitgemäße verworfen. Beispielsweise wurde kürzlich die zeitliche Grenze für eine Beschäftigungen bei nur einem Projektgeber, bei der der Selbständigenstatus noch bejaht wird, deutlich ausgeweitet. Im konkreten Fall war ein Programmierer 4 Jahre bei demselben Arbeitgeber tätig. Auch die klassische Regelung, nachdem ein Freiberufler innerhalb eines Steuerjahres nicht mehr, als 5/6tel seines Einkommens von einem Projektgeber beziehen darf, wurde häufiger ingoniert und die Betrachtung auf mehre Jahre ausgedehnt, da typische Projekte im Ingenieursbereich regelmäßig länger dauern und andererseits viele Firmen mit taktischen Umbesetzungen die Projektdauern limitieren. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
==== Offizielles Feststellungsverfahren ====<br />
Die gesetzliche Rentenversicherung (GRV) bietet potenziellen Freiberuflern ein formelles Feststellungsverfahren an, in dem der eigene Status geprüft werden kann. Damlit lässt sich amtlich sicherstellen, dass die GRV keine Ansprüche erheben wird. Allerdings raten Anwälte davon ab, weil dies erstens regelmässig aktualisiert werden müsste, zweitens jeweils sehr lange dauern kann und drittens meistens (und oftmals zu unrecht) gegen den Freiberuflerstatus ausgeht und gerichtlich angefochten werden muss.<br />
<br />
==== Die Reale Praxis ====<br />
Um eventuelle Forderungen der GRV abzuwehren, hat es sich eingebürgert, Projekte nur noch in Form von Arbeitnehmerüberlassung oder über Zwischenprojektgeber abzuwickeln, die im Zweifelsfall für die Rentenbeiträge haften müssen. Somit werden praktisch 80% aller freiberuflichen Aufträge im deutschen Markt heute über Zwischenprojektnehmer vergeben, die formell als Auftragnehmer auftreten und die tatsächliche Arbeit an Subunternehmer weitergeben, die dann wieder vorort beim Kunden tätig werden. Damit ist zwar der Endkunde geschützt, der Freiberufler kann jedoch jederzeit nachträglich zur Zahlung von Rentenversicherungsbeiträgen gezwungen werden, wenn sein Status im Fall von Betriebsprüfungen aberkannt wird.<br />
<br />
Für den Freiberufler kommt es deshalb darauf an, erst gar keine Situation entstehen zu lassen, in der die arbeitsrechtliche Einstufung unsicher ist. Daher ist darauf zu achten, dass alle Indizien, die auf eine Scheinselbständigkeit schließen lassen, nicht einfach verschleiert werden, sondern schlichtweg nicht der Fall sein sollten. Dazu sind die Verträge hinsichtlich der inhaltlichen Leistungen sowie der Randbedingungen bez Arbeitszeit, Arbeitsumfang etc entsprechend zu gestalten. Anhand von Kriterien kann selbst geprüft werden, ob ein Angebot eines Projektgebers wirklich eine freiberufliche Tätigkeit darstellt, oder sie sich nicht doch besser in Form einer temporären Beschäfigung bei lösen lässt. Diese Methode der indirekten Übernahme ist mitunter für beide Seiten sinnvoll, da der Freiberufler hier ein relativ hohes Gehalt verhandeln kann und der AG trotzdem günstig fährt. Allerdings schließen viele Projektgeber diese Abwerbung in ihren Projektverträgen bei Strafe aus.<br />
<br />
==Marktsituation für Angestellte und Freiberufler==<br />
=== Marktteilnehmer und Auftraggeber ===<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
=== Angebote an Freiberufler ===<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem, des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der skill list alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenten zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
=== Vertragserfüllung ===<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen, wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweis in Teilbeträgen gezahlt wird. so ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
<br />
<br />
*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
<br />
== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Aufgrund unterschiedlicher Leistungen durch den Arbeitgeber / auftraggeber, sowie der Besteuerung unterscheiden sich der Nettoverdienst bei beiden stark von einander:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält zunächst ein Bruttogehalt, von dem er berufsbedingte Fahrten zum Arbeitplatz, Beiträge zu Berutfsgenossenschaften und Aufwände für Bewerbung und sonstige Sicherstellung der Arbeitskraft, z.B. auch Kuren und eigene Weiterbildung sowie Bücher abziehen kann. Von diesem Gehalt werden die Lohnsteuer und eventuell Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Daneben bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu und er erhält kostenlose Weiterbildungen und Schulungen durch den AG.<br />
<br />
* Der Freiberufler führt zunächst von allen Einnahmen ("Erlöse") die vom Auftraggeber eingenommene Umsatzsteuer ab und erhält umgekehrt für Leistungen und erworbene Produkte des geschäftlichen Betriebes die gezahlte Umsatzsteuer zurück. Von diesen Nettoeinnahmen zieht er alle betriebsbedingten Kosten (Büro, Fahrzeug, Arbeitsmittel, Telefon) ab und rechnet umgekehrt virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) wieder hinzu und errechnet daraus den geschäftlichen Gewinn, wobei er die Privatanteile ebenfalls umsatzversteuern muss. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt wie beim Angestellten der normalen Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Projektort kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler die Krankenkasse (seit 2010 vollständig) und andere Pauschbeträge steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund des komplett steuerfreien AG-Anteils bei der Rentenversicherung steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn weniger Netto bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen bei einer Projektdauer von etwa 6 Monaten zwischen 60,- und 90,- die Stunde, für kürzere Einsätze etwa 10,- darüber. Für Tageseinsätze im Bereich IT liegen die Sätze bei bis zu 200,- Euro/h.<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe diee Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit ca 48500,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger, als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
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Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
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Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung im Jahre 2012, über einen Rentenversicherungszwang nachzudenken. Diese Überlegung wurde aber schon in 2013 wieder fallengelassen und liegt seither auf Eis.<br />
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== Foren-Links ==<br />
* Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161<br />
* Thema GRV und Beiträge: http://www.mikrocontroller.net/topic/340632<br />
* Verpflichtung zur Rentennachzahlung: http://www.mikrocontroller.net/topic/310256<br />
* Gesetzliche Rentenversicherung: http://www.mikrocontroller.net/topic/245435<br />
* Privatauto geschäftlich Nutzen: http://www.mikrocontroller.net/topic/240034<br />
* Unterscheidung Angestellter / Freiberufler http://www.mikrocontroller.net/topic/angestellter-oder-freiberufler<br />
* Erfahrungen mit Auftraggebern: http://www.mikrocontroller.net/topic/325890<br />
* Diskussion Selbständigkeit http://www.mikrocontroller.net/topic/257714<br />
* Mindesstundensatz für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/102614#new<br />
* Stundensatz berechnen: http://www.mikrocontroller.net/topic/225269<br />
* Was bleibt vom Stundensatz http://www.mikrocontroller.net/topic/78693<br />
<br />
== Links ==<br />
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* Vor- und Nachteile des Freiberuflertums: http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
* Plattforum für Gründer: http://www.gruendungszuschuss.de<br />
<br />
* Beitragsbemessungsgrenzen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beitragsbemessungsgrenze<br />
<br />
* Scheinselbständigkeit: http://www.hensche.de/Rechtsanwalt_Arbeitsrecht_Handbuch_Scheinselbstaendigkeit.html<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=90069Freiberufler und Angestellte2015-10-19T15:17:48Z<p>Rfr: Tippfehler korrigiert</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
==== Vertragssituation ====<br />
Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen damit auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen.<br />
<br />
==== Sozialsystem ====<br />
Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. Arbeitnehmer sind meistens vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
==== Rechtliche Situation ====<br />
Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen, die dem Freiburfler verwehrt beleiben. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer nur der Arbeitgeber. Dasselbe gilt bei der Verletzung von Rechten Dritter, z.B. bei Patenten.<br />
<br />
==== Arbeitsentgelt ====<br />
Arbeitnehmer erhalten unabhängig von der Zahl der Krankheitstage, der Feiertage oder der genommenen Urlaubstage im Monat ein festgelegtes Arbeitsentgelt. Sie sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
==== Unterscheidung der Beschäftigungsverhältnis ====<br />
Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei meistens zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
==== Einstufung der geschäftlichen Tätigkeit ====<br />
Der Freiberufler gilt ungeachtet dessen, als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberuf ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfääeln kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
==== Sozialversicherungspflicht ====<br />
Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher unanhänhig vom Einkommen eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl freiwillig gesetzlich, als auch privat). Privat versichern können sich Angestellte dageben nur, wenn er über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 48k, Rente ca 71k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist für Freiberufler in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. (Die Beitragsgrenzen wurden im Jahre 2009 angepassst). Die privaten Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann, da diese einkommensunabhänig berechnet werden. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in der Hinsicht, dass er keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall oder eine Rente bei Berufsunfähigkeit erhält.<br />
<br />
==== Einkommensverhältnisse ====<br />
Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem als Angestellten einzustufenden Scheinselbständigen sind trotz mehrere Anläufe der Politik, hier Klarheit zu schaffen, immer noch nicht völlig eindeutig, was regelmäßig zu Problemen bei Freiberuflern und Auftraggebern führt.<br />
<br />
Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==== Offizielle Rechtsprechung ====<br />
Die tatsächliche Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler, in Einzelfällen aber auch gegen sie. In der jüngeren Vergangenheit wurden aber verschiedene, ehemals harte Kriterien wieder aufgeweicht sowie nicht mehr zeitgemäße verworfen. Beispielsweise wurde kürzlich die zeitliche Grenze für eine Beschäftigungen bei nur einem Projektgeber, bei der der Selbständigenstatus noch bejaht wird, deutlich ausgeweitet. Im konkreten Fall war ein Programmierer 4 Jahre bei demselben Arbeitgeber tätig. Auch die klassische Regelung, nachdem ein Freiberufler innerhalb eines Steuerjahres nicht mehr, als 5/6tel seines Einkommens von einem Projektgeber beziehen darf, wurde häufiger ingoniert und die Betrachtung auf mehre Jahre ausgedehnt, da typische Projekte im Ingenieursbereich regelmäßig länger dauern und andererseits viele Firmen mit taktischen Umbesetzungen die Projektdauern limitieren. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
==== Offizielles Feststellungsverfahren ====<br />
Die gesetzliche Rentenversicherung (GRV) bietet potenziellen Freiberuflern ein formelles Feststellungsverfahren an, in dem der eigene Status geprüft werden kann. Damlit lässt sich amtlich sicherstellen, dass die GRV keine Ansprüche erheben wird. Allerdings raten Anwälte davon ab, weil dies erstens regelmässig aktualisiert werden müsste, zweitens jeweils sehr lange dauern kann und drittens meistens (und oftmals zu unrecht) gegen den Freiberuflerstatus ausgeht und gerichtlich angefochten werden muss.<br />
<br />
==== Die Reale Praxis ====<br />
Um eventuelle Forderungen der GRV abzuwehren, hat es sich eingebürgert, Projekte nur noch in Form von Arbeitnehmerüberlassung oder über Zwischenprojektgeber abzuwickeln, die im Zweifelsfall für die Rentenbeiträge haften müssen. Somit werden praktisch 80% aller freiberuflichen Aufträge im deutschen Markt heute über Zwischenprojektnehmer vergeben, die formell als Auftragnehmer auftreten und die tatsächliche Arbeit an Subunternehmer weitergeben, die dann wieder vorort beim Kunden tätig werden. Damit ist zwar der Endkunde geschützt, der Freiberufler kann jedoch jederzeit nachträglich zur Zahlung von Rentenversicherungsbeiträgen gezwungen werden, wenn sein Status im Fall von Betriebsprüfungen aberkannt wird.<br />
<br />
Für den Freiberufler kommt es deshalb darauf an, erst gar keine Situation entstehen zu lassen, in der die arbeitsrechtliche Einstufung unsicher ist. Daher ist darauf zu achten, dass alle Indizien, die auf eine Scheinselbständigkeit schließen lassen, nicht einfach verschleiert werden, sondern schlichtweg nicht der Fall sein sollten. Dazu sind die Verträge hinsichtlich der inhaltlichen Leistungen sowie der Randbedingungen bez Arbeitszeit, Arbeitsumfang etc entsprechend zu gestalten. Anhand von Kriterien kann selbst geprüft werden, ob ein Angebot eines Projektgebers wirklich eine freiberufliche Tätigkeit darstellt, oder sie sich nicht doch besser in Form einer temporären Beschäfigung bei lösen lässt. Diese Methode der indirekten Übernahme ist mitunter für beide Seiten sinnvoll, da der Freiberufler hier ein relativ hohes Gehalt verhandeln kann und der AG trotzdem günstig fährt. Allerdings schließen viele Projektgeber diese Abwerbung in ihren Projektverträgen bei Strafe aus.<br />
<br />
==Marktsituation für Angestellte und Freiberufler==<br />
=== Marktteilnehmer und Auftraggeber ===<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
=== Angebote an Freiberufler ===<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem, des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der skill list alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenten zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
=== Vertragserfüllung ===<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen, wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweis in Teilbeträgen gezahlt wird. so ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
<br />
<br />
*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
<br />
== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Aufgrund unterschiedlicher Leistungen durch den Arbeitgeber / auftraggeber, sowie der Besteuerung unterscheiden sich der Nettoverdienst bei beiden stark von einander:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält zunächst ein Bruttogehalt, von dem er berufsbedingte Fahrten zum Arbeitplatz, Beiträge zu Berutfsgenossenschaften und Aufwände für Bewerbung und sonstige Sicherstellung der Arbeitskraft, z.B. auch Kuren und eigene Weiterbildung sowie Bücher abziehen kann. Von diesem Gehalt werden die Lohnsteuer und eventuell Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Daneben bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu und er erhält kostenlose Weiterbildungen und Schulungen durch den AG.<br />
<br />
* Der Freiberufler führt zunächst von allen Einnahmen ("Erlöse") die vom Auftraggeber eingenommene Umsatzsteuer ab und erhält umgekehrt für Leistungen und erworbene Produkte des geschäftlichen Betriebes die gezahlte Umsatzsteuer zurück. Von diesen Nettoeinnahmen zieht er alle betriebsbedingten Kosten (Büro, Fahrzeug, Arbeitsmittel, Telefon) ab und rechnet umgekehrt virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) wieder hinzu und errechnet daraus den geschäftlichen Gewinn, wobei er die Privatanteile ebenfalls umsatzversteuern muss. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt wie beim Angestellten der normalen Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Projektort kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler die Krankenkasse (seit 2010 vollständig) und andere Pauschbeträge steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund des komplett steuerfreien AG-Anteils bei der Rentenversicherung steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn weniger Netto bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen bei einer Projektdauer von etwa 6 Monaten zwischen 60,- und 90,- die Stunde, für kürzere Einsätze etwa 10,- darüber. Für Tageseinsätze im Bereich IT liegen die Sätze bei bis zu 200,- Euro/h.<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe diee Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit ca 48500,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger, als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
<br />
Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
<br />
Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung im Jahre 2012, über einen Rentenversicherungszwang nachzudenken. Diese Überlegung wurde aber schon in 2013 wieder fallengelassen und liegt seither auf Eis.<br />
<br />
== Foren-Links ==<br />
* Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161<br />
* Thema GRV und Beiträge: http://www.mikrocontroller.net/topic/340632<br />
* Verpflichtung zur Rentennachzahlung: http://www.mikrocontroller.net/topic/310256<br />
* Gesetzliche Rentenversicherung: http://www.mikrocontroller.net/topic/245435<br />
* Privatauto geschäftlich Nutzen: http://www.mikrocontroller.net/topic/240034<br />
* Unterscheidung Angestellter / Freiberufler http://www.mikrocontroller.net/topic/angestellter-oder-freiberufler<br />
* Erfahrungen mit Auftraggebern: http://www.mikrocontroller.net/topic/325890<br />
* Diskussion Selbständigkeit http://www.mikrocontroller.net/topic/257714<br />
* Mindesstundensatz für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/102614#new<br />
* Stundensatz berechnen: http://www.mikrocontroller.net/topic/225269<br />
* Was bleibt vom Stundensatz http://www.mikrocontroller.net/topic/78693<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
* Vor- und Nachteile des Freiberuflertums: http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
* Plattforum für Gründer: http://www.gruendungszuschuss.de<br />
<br />
* Beitragsbemessungsgrenzen: http://de.wikipedia.org/wiki/Beitragsbemessungsgrenze<br />
<br />
* Scheinselbständigkeit: http://www.hensche.de/Rechtsanwalt_Arbeitsrecht_Handbuch_Scheinselbstaendigkeit.html<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=STM32&diff=86930STM322015-01-29T12:22:46Z<p>Rfr: nicht verfügbaren Link notiert</p>
<hr />
<div>STM32 ist eine Mikrocontroller-Familie von [http://www.st.com/mcu/inchtml-pages-stm32.html ST] mit einer 32-Bit [[ARM]] Cortex-M0/M3/M4 CPU. Diese Architektur ist speziell für den Einsatz in Mikrocontrollern neu entwickelt und löst damit die bisherigen ARM7-basierten Controller weitestgehend ab. Den STM32 gibt es von ST in unzähligen Varianten mit variabler Peripherie und verschiedenen Gehäusegrößen und -formen. Durch die geringe Chipfläche des Cores ist es ST möglich, eine 32 Bit-CPU für weniger als 1&nbsp;€ anzubieten.<br />
<br />
[[Bild:stm32F103xc.png|thumb|right|340px|Blockdiagramm STM32F103xC/D/E]]<br />
<br />
== STM32-Familien ==<br />
<br />
Bisher gibt es sieben STM32-Familien:<br />
* [http://www.st.com/internet/mcu/subclass/1588.jsp STM32F0]<br />
** Cortex M0<br />
** Mikrocontroller zum Einstieg<br />
** Bis 48MHz (38 DMIPS)<br />
* [http://www.st.com/internet/mcu/subclass/1169.jsp STM32F1]<br />
** Cortex M3<br />
** Bis 72MHz (61 DMIPS)<br />
**Verschiedene Unterfamilien:<br />
*** Connectivity line<br />
*** Performance line<br />
*** USB Access line<br />
*** Access Line<br />
*** Value line<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1575 STM32F2]<br />
** Cortex M3<br />
** Bis 120MHz (150 DMIPS)<br />
** Wie die STM32F1 Serie, Camera-Interface, 32-Bit Timer, Crypto-Engine...<br />
* [http://www.st.com/internet/mcu/subclass/1605.jsp STM32F3]<br />
** Cortex M4F<br />
** DSP und FPU<br />
** Bis 72MHz (90 DMIPS)<br />
** Fast 12-bit 5 MSPS and precise 16-bit sigma-delta ADCs<br />
** Touch sensing controller (TSC)<br />
* [http://www.st.com/internet/mcu/subclass/1521.jsp STM32F4]<br />
** Cortex M4F<br />
** DSP und FPU<br />
** Bis 180MHz (225 DMIPS)<br />
** Bis zu 2MB Flash<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/SC1169/SS1858 STM32F7] <small>(Preview Status - Serien Produktion für Q2/2015 angekündigt)</small><br />
** Cortex M7<br />
** DSP und FPU<br />
** Bis 200MHz (428 DMIPS)<br />
** Mehr Peripherie: SPDIF-IN/OUT, SAI, HDMI-CEC, Dual Quad SPI<br />
** DMA's auch für Ethernet, USB und Chrom-ART<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1817 STM32L0]<br />
** Cortex M0+<br />
** Low Power <br />
** mit LCD Treiber<br />
** Bis 32MHz (26 DMIPS)<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1295 STM32L1]<br />
** Cortex M3<br />
** Low Power <br />
** mit LCD Treiber<br />
** Bis 32MHz (33 DMIPS)<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1581 STM32W]<br />
** Cortex M3<br />
** BIS 24MHz<br />
** RF-MCU <br />
[http://www.st.com/internet/mcu/class/1734.jsp Hier eine Übersicht zum Auswählen eines STM32Fxxx]<br />
<br />
===Features===<br />
* Cortex-M0 / Cortex-M3 / Cortex-M4F Kern (mit FPU)<br />
* 16KB ... 2MB [[Flash-ROM]]<br />
* 4KB ... 256KB [[Speicher#SRAM|SRAM]]<br />
* 2KB ... 16KB [[Speicher#EEPROM|EEPROM]] (STM32L)<br />
* SDRAM-Controller bei den [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1577/LN1806 STM32F42xxx und STM32F43xxx], bis 512 MByte externer SDRAM addressierbar<br />
* 512 one-time programmable Bytes(STM32F2/4)<br />
* [[IC-Gehäuseformen | Gehäuse]] 20 ... 216 Pins als TSSOP, QFN, LQFP und BGA<br />
* Derzeit sind über '''370''' [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169 STM32 Derivate/Varianten verfügbar]<br />
* Bis 72MHz CPU-Takt, bis 120MHz beim STM32F2xx, bis 168/180 MHz beim STM32F4xx, wobei eine spezielle prefetch-hardware bis 120/168 MHz eine Geschwindigkeit erzielen soll, die 0 Wait-States entspricht. Der CPU-Takt wird über einen Multiplikator aus dem internen RC-Takt oder einem externen Quarz-Takt abgeleitet.<br />
* Externes Businterface (nur bei Gehäusen ab 100 Pin und nur bei STM32F4, STM32F2 und STM32F1 Performance line)<br />
* LCD Treiber für 8x40 Punkte (nicht beim STM32F2xx)<br />
* TFT Treiber bei STM32F429 / STM32F439<br />
* Spannungsbereich 1,65 ... 3,6V, nur eine Betriebsspannung nötig<br />
* Temperaturbereich bis 125 °C<br />
* Bis zu 168 IOs, viele davon [[Pegelwandler|5V-tolerant]]<br />
* Interner, kalibrierter RC-Oszillator mit 8MHz (16MHz bei STM32F2/F4xx)<br />
* Externer Quarz<br />
* Real Time Clock mit eigenem Quarz und separater Stromversorgung<br />
* Bis zu 16 [[Timer]], je Timer bis zu 4 IC/OC/PWM Ausgänge. Davon 2x Motion Control Timer (bei STM32F103xF/G), (bis zu 32 PWM Ausgänge)<br />
* Systick Counter<br />
* Bis zu 3 12-Bit [[AD-Wandler]] mit insgesamt 24 AD-Eingängen, integrierter [[Temperatursensor]], Referenzspannung Vrefint und VBatt Spannungsmessung (STM32F4xx)<br />
* Bis zu 2 12-Bit [[DA-Wandler]] (bis zu 3 beim STM32F3xx)<br />
* Bis zu 2 [[DMA]] Controller mit bis zu 12 Kanälen (16 beim STM32F2/4xx)<br />
* Bis zu 2x [[I2C|I²C]]<br />
* Bis zu 5x [[UART|USART]] mit LIN, IrDA und Modem Control (bis zu 8 beim STM32F2/F4xx)<br />
* Bis zu 3x [[SPI]] (bis zu 6 beim STM32F4xx)<br />
* Bis zu 2x [[I2S|I²S]]<br />
* Bis zu 2x [[CAN#STMicroelectronics STM32 (Cortex M3/M4)|CAN]]<br />
* Hardware [[CRC]] Unit, bei der STM32F3xx Serie mit einem einstellbaren Polynom <br />
* Unique device ID register (96 Bits)<br />
* RNG - Random Number Generator (STM32F2/4xx)<br />
* Cryptographic Processor (CRYP) (STM32F2/4xx)<br />
* Hash Processor (HASH) (STM32F2/4xx)<br />
* Kamera-Interface (DCMI) (STM32F2/4xx)<br />
* [[USB]] 2.0 Full Speed / OTG<br />
* [[USB]] 2.0 Hi Speed OTG mit extra PHY-Chip (STM32F2/4xx)<br />
* SDIO Interface (z.B. SD-Card Reader)<br />
* Ethernet<br />
* Watchdog mit Window-Mode<br />
* Jedes Peripheriemodul ist separat einschaltbar, wodurch sich erheblich [[Ultra low power|Strom sparen]] lässt<br />
* [[JTAG]] und SWD (Serial Wire Debug) Interface<br />
* Bis zu 6 Hardware-Breakpoints für Debuggen<br />
* und vieles mehr . . .<br />
<br />
== Struktur der Dokumentation: ==<br />
Die Dokumentation der STM32 ist im Vergleich zur [[AVR]]-Familie umfangreicher und komplexer. Sie teilt sich in mehrere Dokumente auf.<br />
Als Beispiel der Dokumentation soll stellvertretend der [http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1031/LN1565/PF164486 STM32F103RC] genannt werden. Die Seite von ST beinhaltet alle nötigen Informationen passend zu diesem Prozessor.<br />
<br />
Diese Dokumente von ST beschreiben den Controller:<br />
<br />
* Im [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/CD00191185.pdf STM32F103xC/D/E Datasheet] sind die speziellen Eigenschaften einer bestimmten Modellreihe beschrieben und die exakten Daten und Pinouts aufgeführt, sowie die Zuordnung Chipname - Flash/RAM-Größe. Die Peripheriemodule werden nur aufgeführt, nicht detailliert beschrieben.<br />
* Im [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/reference_manual/CD00171190.pdf Reference Manual (RM0008)] sind alle Peripheriemodule der jeweiligen STM32-Controllerfamilie im Detail beschrieben.<br />
* Das [http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0403c/index.html ARMv7M Architecture Reference Manual] beschreibt detailliert den Prozessorkern, wie das Exception Model, die CPU Instruktionen inklusive Encoding, etc.<br />
* Das [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/programming_manual/CD00228163.pdf STM32 Cortex-M3 Programming Manual] ist eine Zusammenfassung des ARMv7M Architecture Reference Manual bezogen auf die STM32.<br />
* Wer nicht die ST Firmware-Library verwendet, der benötigt zusätzlich das [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/programming_manual/CD00283419.pdf Flash Programming Manual] für die Betriebsart des Flash-ROMs, d.h. die frequenzabhängige Konfiguration der Waitstates.<br />
<br />
Zusätzlich sollten auch die [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/errata_sheet/CD00197763.pdf Errata Sheets] beachtet werden. Empfohlen sei auch die Appnote "[http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/CD00164185.pdf AN2586 Getting started with STM32F10xxx hardware development]".<br />
Die jeweiligen Dokumentations-PDFs sind auf der Produktseite von ST eines jeden Mikrocontrollers verlinkt.<br />
<br />
== Hardware Zugriffs-Libraries ==<br />
=== CMSIS ===<br />
<br />
Die CMSIS (ARM® '''C'''ortex™ '''M'''icrocontroller '''S'''oftware '''I'''nterface '''S'''tandard) ist eine Library von ARM für den Zugriff auf die herstellerübergreifenden Funktionen des ARM-Cores. Hierzu gehört bei den Cortex-M4F-Cores auch die DSP und Floating-Point Funktionalität. Weiterhin existieren eine Zahl von Helferfunktionen für den NVIC, den Sys-Tick-Counter, sowie eine SystemInit-Funktion, welche sich um die PLL kümmert. <br />
<br />
Im Rahmen des CMSIS-Standards ([http://www.onARM.com www.onARM.com]) wurden die Headerdateien standardisiert, der Zugriff auf die Register erfolgt per '''Peripheral->Register'''. Die CMSIS C-Dateien bzw. Header enthalten auch Anpassungen für die verschiedenen Compiler. Die Portierung eines Real-Time-Betriebsystems sollte unter Verwendung der CMSIS, für Chips der verschiedenen Hersteller, stark vereinfacht möglich sein (z.B. einheitliche Adressen für Core-Hardware/Sys-Tick-Counter).<br />
<br />
Die CMSIS ist im Download der STM32 Standard Peripheral Library enthalten. Die Compiler-Hersteller liefern eine jeweils zur ihrer Tool-Version passende bzw. geprüfte Library (incl. CMSIS) aus. Diese Libs können, gegenüber den Downloads beim Chip-Hersteller, auch ältere Version beinhalten.<br />
<br />
=== STM32 Standard Peripheral Library ===<br />
<br />
ST bietet für jede Controller-Familie eine umfangreiche zur CMSIS passende Peripherie-Bibliothek. Alle Funktionen um die Peripherie zu benutzen sind gekapselt in einfache Strukturen und Funktionsaufrufe. Somit muss man sich nicht selbst um die Peripherie-Register kümmern. Diese Library und ihre Dokumentation setzen das grundlegende Verständnis der Funktion des jeweiligen Peripheriemoduls voraus, wie es die o.a. Referenz und diverse Appnotes vermitteln. Die Library beinhaltet außerdem für fast jede Peripherie mehrere Beispiele.<br />
Für die USB Schnittstelle gibt es noch eine extra Library, genauso wie für Ethernet.<br />
<br />
Auf der "Design Resources" Seite der Produktseite von ST eines jeden STM32 Mikrocontrollers kann die Library für den jeweiligen Controller heruntergeladen werden, z.B. [http://www.st.com/web/en/catalog/tools/PF257890 hier für den o.g. STM32F103RC].<br />
<br />
Library für STM32F4xx: [http://www.st.com/web/en/catalog/tools/PF257901# STSW-STM32065 STM32F4 DSP and standard peripherals library]<br />
<br />
== Programmierung ==<br />
Zur Programmierung der STM32 gibt es verschiedene Möglichkeiten, sowohl kommerzielle proprietäre als auch mit Freier Software.<br />
<br />
Der GCC (in seinen verschiedenen Binärdistributionen) ist der einzige ARM Compiler der [http://de.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B11 C++11] unterstützt.<br />
<br />
=== Freie Software/Freeware ===<br />
==== Selber zusammenstellen ====<br />
Man nehme...:<br />
* Eine Entwicklungsumgebung nach Wahl:<br />
** [http://www.eclipse.org Eclipse] mit [http://www.eclipse.org/cdt/ C/C++ Development Tooling] und [http://gnuarmeclipse.livius.net/blog/ GNU ARM Plug-in] (Bei Verwendung vom GCC-ARM-Embedded als Toolchain "Sourcery G++ Lite" auswählen, dieser sieht für eclipse gleich aus) (Linux, Windows)<br />
** [http://netbeans.org/ Netbeans] mit [http://plugins.netbeans.org/plugin/37426/gdbserver GDBserver-Plugin] (Linux, Windows)<br />
** [http://www.kdevelop.org/ KDevelop] (Linux)<br />
** [http://www.geany.org/ Geany] (Linux, Windows)<br />
** Oder ein einfacher Texteditor<br />
* Einen C,C++ Compiler:<br />
** Eine der [[ARM_GCC#GCC_Bin.C3.A4rdistributionen|GCC-Binärdistributionen]], siehe auch [[#GCC|GCC]] (je nach Distribution Linux, Windows)<br />
* Programmiersoftware zum Flashen des Target:<br />
** [http://openocd.sourceforge.net/ OpenOCD] unterstützt viele Debug/Programmier-Adapter (Linux, Windows)<br />
** [https://github.com/texane/stlink Texane stlink] funktioniert gut mit den ST-Link Adaptern wie sie zB. auf den STM32 Discovery Boards zu finden sind (Linux)<br />
** Turtelizer2 oder andere JTAG Programmieradapter<br />
** Bei Verwendung eines Segger J-Link, den [http://www.segger.com/admin/uploads/productDocs/UM08005_JLinkGDBServer.pdf Segger GDB-Server] in Verbindung mit dem beim GCC mitgelieferten GDB (Linux, Windows).<br />
<br />
==== Komplette IDE's ====<br />
* [http://www.codesourcery.com/sgpp/lite_edition.html Codesourcery Lite Edition] Mit dieser Umgebung muss man sich anfreunden können, was mir bisher nicht gelungen ist. Es sind nur wenig Beispielprojekte verfügbar. Nicht mehr kostenlos verfügbar.<br />
* [http://www.coocox.org/ Coocox Eclipse IDE] kostenlose IDE für STM32F0/F1/F2/F3/F4. Basiert auf der ARM-GCC Toolchain und es gibt eine breite Unterstützung. Es ist sogar ein freies RTOS verfügbar. Beim Start der IDE muss man geduldig sein, was jedoch für alle Eclipse basierten IDE's gilt. Eine gute Wahl ohne Limits mit breiter Debugger-Unterstützung. Hilfreiche Infos gibt es im [http://www.mikrocontroller.net/topic/214719?goto=new#2228482 hier] und [http://www.mikrocontroller.net/topic/214719?goto=new#2229943 hier] Forum, Artikel: [[STM32 CooCox Installation]] <br />
* [http://emide.org/ emIDE] kostenlose IDE von Segger. Die emIDE basiert auf Code::Blocks. Sie ist auf ARM-GCC aufgebaut und unterstützt eine große Zahl an unterschiedlichen JTAG/SWD Debugger - natürlich auch den J-Link aus gleichem Hause. <br />
* [http://www.emblocks.org EmBlocks] kostenlose IDE, Code::Blocks basiert, unterstützt STM32 L1/F0/F1/F2/F3/F4/W, integrierter Compiler (ARM-GCC), integrierter GDB-Debugger, Jlink/ST-Link, System view (Peripherie Register anzeigen) beim Debuggen, Project Wizard (Eigene Wizards können mit Squirrel geschrieben werden), Basiert auf Code::Blocks und gefällt mir recht gut da man ihn fast so gut nutzen kann wie die µVision von Keil, jedoch ohne deren Limit, http://www.mikrocontroller.net/articles/STM32_-_Einstieg_mit_Em::Blocks STM32 - Einstieg mit Em::Blocks]<br />
* [http://cms.seng.de/service-support/downloads/ Entwicklungsumgebung GNU/Linux] für STM32F1 mit OpenOCD und Olimex ARM-USB-OCD-H, Bedienung über Eclipse IDE oder Kommandozeile.<br />
<br />
==== Andere Programmiersprachen ====<br />
<br />
* [http://mecrisp.sourceforge.net Mecrisp-Stellaris], eine native Forth-Implementation für ARM Cortex M0/M3/M4. Es werden bereits mehrere STM32 Targets unterstützt und neue Portierungen sind herzlich willkommen. Auch Chips von TI und Freescale sind im aktuellen Paket enthalten.<br />
<br />
=== Kommerzielle Umgebungen ===<br />
<br />
* [http://www.keil.com/arm/mdk.asp Keil µVision] (Demo max. 32KB Code): Die sehr komfortable µVison IDE ist neben dem ARM Compiler per Menue auch für einen beliebigen GNU-Compiler konfigurierbar. Damit besteht das 32k-Limit nur noch für den integrierten Debugger / Simulator. In Verbindung mit einem ULINK2 ist die Umgebung schon sehr einfach zu bedienen - leider ist der Compiler mit großen Abstand der langsamste den ich je nutzte da er keine parallel Option wie der GNU-CC besitzt. Mit der µVision lässt sich kein fremdes File in den Controller in den Flashspeicher des Controllers schreiben. Für den Anfänger eine gute Wahl. Der Preis ist jedoch ein guter Grund auf andere freie IDE's zu wechseln. µVison selbst kann kostenlos mit dem MDK-Evaluationkit heruntergeladen werden. [https://www.keil.com/arm/demo/eval/arm.htm#DOWNLOAD download]<br />
* [http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ IAR-Embedded-Workbench] (Demo max. 32KB Code) [http://supp.iar.com/Download/SW/?item=EWARM-EVAL download]<br />
* [http://www.isystem.com/download/winideaopen winIDEAOpen] Keine Code Limitierung, GCC und Testwerkzeug beinhaltet. Läuft mit dem iTag50 Adapter, Segger J-Link und dem ST-Link<br />
* [http://www.raisonance.com Raisonance Ride7] (GCC Compiler, kostenlose Version auf Debugging von max. 32KB Code limitiert, keine Limitierung beim Complilieren)<br />
* [http://www.atollic.com Atollic] (Lite Version (bis V2.3.0) ohne Code-Limit, auf GCC basierend. Die neueste Version ab V3 hat fast keine Beschränkungen mehr außer jetzt einen Code-Limit von 32kB. Außerdem werden jetzt die meisten ARM Familien unterstützt. )<br />
* [http://www.rowley.co.uk/arm/ Rowley Crossworks] (Demo 30 Tage unbeschränkt, 150$ für nichtkommerzielle Nutzung, auf GCC basierend). Mir ist nicht klar warum man für diese IDE Geld bezahlen soll. Der GNU-Compiler ist frei und die Entwicklungsumgebungen die auf Eclipse basieren, ebenfalls. Allerdings ist diese Einstellungsarbeit schon was für den etwas erfahrenen Entwickler.<br />
* [http://www.code-red-tech.com Code Red] (GCC basierend)<br />
* [http://www.sisy.de/index.php?id=17&no_cache=1 SiSy ARM oder SiSy Micrcontroller++] (Demo verfügbar keine Gößenbegrenzung, basiert auf GNU-Compiler, grafische Programmierung mit UML möglich, integrierter Debugger)<br />
* [http://www.comsytec.eu/epsdebugger.php EPS Debugger Plugin, für STM32 Development mit Code::Blocks]<br />
* [http://www.mikroe.com MikroE bietet neben Pascal und Basic auch C mit kompletter Oberfläche mit Compiler etc. pp relativ günstig]<br />
<br />
=== STM32CubeMX ===<br />
Dies ist eine Software von ST selbst, die die Auswahl und Konfiguration von STM32-Mikrocontrollern vereinfacht:<br />
* Auswahl der Controller mit einer parametrischen Suche<br />
* grafische Konfiguration der Pins und Alternate Functions (inkl. Überprüfung auf Kollisionen)<br />
* grafische Konfiguration des Clock-Trees<br />
* Generierung von C-Code entsprechend der grafischen Konfiguration. Dieser funktioniert nur mit den neuen STM32CubeFx Libraries, nicht mit den alten Standard Peripheral Libraries.<br />
* Berechnung des Strom-Verbrauchs<br />
Die Software kann [http://www.st.com/web/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF259242 bei ST heruntergeladen] werden. Sie wird im Windows Executable Format angeboten und erweckt daher den Eindruck, ausschließlich für Windows geeignet zu sein, ist aber tatsächlich Java-basiert und daher betriebssystem-unabhängig.<br />
==== STM32CubeMX unter Linux ====<br />
Unter Linux kann STM32CubeMX installiert werden, indem man das heruntergeladene .zip-Archiv entpackt, und den enthaltenen Installer per Java über ein Terminal startet:<br />
<pre>java -jar SetupSTM32CubeMX-4.5.0.exe</pre><br />
Das Anlegen der Desktop/Startmenü-Shortcuts funktioniert unter Linux nicht richtig und kann daher deaktiviert werden. Um STM32CubeMX nach der Installation zu starten, wechselt man im Terminal in den Installationsort und gibt ein:<br />
<pre>java -jar STM32CubeMX.exe</pre><br />
Damit das funktioniert, muss die Oracle Java Runtime Environment 1.8 installiert sein (Siehe z.B. [http://wiki.ubuntuusers.de/Java/Installation/Oracle_Java/Java_8#Java-8-JRE hier] für Ubuntu). Nicht benötigt wird wine.<br />
<br />
=== Tutorials für diverse Tool-Kombinationen ===<br />
[[STM32 Eclipse Installation|Windows,Linux, Eclipse + Yagarto/CodeSourcery + OpenOCD/ST-Link]]<br />
<br />
* Windows<br />
** Eclipse<br />
*** [http://www.mikrocontroller.net/topic/216554 Windows, Eclipse, codesourcery, st-link ]<br />
*** [http://www.firefly-power.de/ARM/debugging.html Eclipse Plugin "GDB Hardware Debugging" mit OpenOCD]<br />
** Code::Blocks<br />
*** [http://www.mikrocontroller.net/topic/265600 Windows, Code::Blocks, STM32F4]<br />
** STM32 mit EmBlocks<br />
*** [http://www.emblocks.org/web/downloads-main Download EmBlocks]<br />
*** [https://www.youtube.com/watch?v=coHPJylnzC8 Video STM32 Project Wizzard in EmBlocks]<br />
** Atollic TrueSTUDIO<br />
*** [[STM32 LEDBlinken AtollicTrueStudio|Atollic TrueSTUDIO Installation + Demo]]<br />
** MDK-ARM Lite mit Einstellungen für STM32F0/F4-Discovery Board<br />
*** [https://www.keil.com/demo/eval/arm.htm KEIL MDK-ARM Download]<br />
*** [https://www.youtube.com/watch?v=RXOOxby5nns&list=PL6-W3FoUyb48WFI5PQv3SDJj2G1t2FonV&index=1 Installations Video STM32F4 Discovery Board]<br />
*** [https://www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_203294&feature=iv&index=4&list=PL6-W3FoUyb48WFI5PQv3SDJj2G1t2FonV&src_vid=sN4gDZ7H8gw&v=BeZcQjXxk9A Einstellungen STM32F0 Discovery Board Video]<br />
** SiSy ARM, STM32<br />
*** Download: [http://www.sisy.de/index.php?id=59 SiSy DEMO] kein Begrenzung der Codegröße<br />
*** [http://www.youtube.com/watch?v=84Y3jYLWYpo Videobeispiel]<br />
** Microsoft Visual Studio<br />
*** [http://visualgdb.com/tutorials/arm/stm32/f4_discovery/ "STM32F4-Discovery tutorial with Visual Studio"]<br />
* Ubuntu<br />
** [http://cms.seng.de/service-support/downloads/ Installing a toolchain for Cortex-M3/STM32 on GNU/Linux] - How-to manual, für STM32F1 unter GNU/Linux mit OpenOCD und Olimex ARM-USB-OCD-H. Integrierte Make files, Linker Skripte, Startup-Code, diverse Tools und Demo-Projekt/Programm. Einbindung in Eclipse IDE oder Bedienung über Kommandozeile.<br />
** [http://fun-tech.se/stm32/index.php Ubuntu, Selbstcompilierter GCC, STM32/Cortex-M3]<br />
** [http://thetoolchain.com The ToolChain] - Automatisch installierende Entwicklungsumgebung mit eigenen und externen Treibern, Unterstützt QtCreator als IDE, Flexibel erweiterbar über Shellskripte<br />
<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/214719 Tipps für Installation mit Eclipse]<br />
<br />
===Programmieradapter===<br />
* [http://www.segger.com/jlink-model-overview.html SEGGER J-LINK / J-TRACE] für u.a. alle ARM7/9/11, Cortex-M0/M1/M3/M4/A5/A8/A9/R4 als [http://www.segger.com/cms/j-link-edu.html Non-Commercial] J-LINK-EDU für ca. 50,- zu haben, läuft in µVision, IAR, GDB (Linux & Windows über einen eigenen [http://www.segger.com/admin/uploads/productDocs/UM08005_JLinkGDBServer.pdf GDB-Server]), Keil, ... Der J-Link ist mit Abstand der schnellste Debugger den ich bisher testen konnte. Wer es beim Debuggen eilig hat, ist mit dem J-Link von Segger auf den besten Seite.<br />
* Keil [http://www.keil.com/ulinkme/ ULINK-ME], [http://www.keil.com/arm/ulink2/ ULINK2], [http://www.keil.com/arm/ulinkpro/ ULINK pro] Wenn man die die µVision IDE nicht verlassen mag, kann man sich mit diesen Adaptern anfreunden denn sie arbeiten nur mit dieser IDE zusammen. Sie benötigen keine USB-Treiber denn sie nutzen geschickt das HID-Device des Betriebssystems. Es lässt sich kein fremdes Binary oder Hex-File flashen. Der ULINK2 kostet genau soviel wie ein Segger J-Link Basic bei gleichem Funktionsumfang. Dieser lässt sich aber auch in Verbindung mit anderen IDE's (GDB, usw) einsetzten. <br />
* [http://www.st.com/internet/evalboard/product/219866.jsp ST-LINK], [http://www.st.com/internet/evalboard/product/251168.jsp ST-LINK/V2]<br />
* Jedes STM32 Discovery board hat einen ST-Link für Programmierung/Debugging per SWD on-board, welcher auch für eigene STM32 Target Hardware benutzt werden kann (ca. 12,- bis 19,-€, je nach Typ). Diese ist jedoch mit 1.8Mhz Takt ein sehr langsamer Vertreter seiner Art. Mit ihm lässt sich jedoch sowohl Debuggen als auch Flashen von fremden Hex- und Binary-Files. Er unterstützt aber nur MCU's von ST. NXP, Atmel oder TI lassen sich damit nicht programmieren. Der Discovery-JTAG beherrscht nur SWD, kein JTAG und hat keine Treiber, die den Programmierprozessor vom Zielsystem elektrisch entkoppelt. Der ST-Link in der Adapterversion hat diese Nachteile nicht und kostet auch nur um 20 €.<br />
* [http://www.raisonance.com/~rlink-debugger-programmer__microcontrollers__tool~tool__T018:4cn9ziz4bnx6.html Raisonance RLink]<br />
* [http://www.amontec.com Amontec] (Achtung: keine Reaktion auf Bestellung, Telefon, Email...)<br />
* [http://www.hjtag.com H-JTAG] Personal Edition für ca. 60,- zu haben, läuft mit ADS, SDT, IAR, Vision und RVDS <br />
* [http://www.isystem.com/products/itag iTag] für 50.- bei Amazon zu bestellen, oder als Eigenbau version (offenes Design) läuft mit der freien winIDEAiTag version (siehe oben)<br />
<br />
In der Regel haben die [[JTAG]] Adapter einen 20-Poligen Stecker, den man direkt auf die Demo-Boards, die auch einen 20-Poligen [[JTAG]]-Anschluss haben, einstecken kann. Die Pinbelegung ist genormt, siehe Artikel [[JTAG]]. Die Discovery-Boards haben keinen seperaten JTAG-Stecker, aber zumindest für das STM32F4 Discovery kann man sich leicht einen Adapter Pinheader->JTAG Stecker selber bauen.<br />
<br />
Andere [[JTAG]] Adapter wie z.B. der ULink2 von Keil funktionieren nur mit dem Keil Compiler. Leider kann dieser auch kein fremdes Binary oder Hex-File in den Controller schreiben.<br />
<br />
===Programmieradapter Open-Source===<br />
<br />
* [https://www.olimex.com/Products/ARM/JTAG/ARM-JTAG-COOCOX/ ARM-JTAG-COOCOX], CoLinkEX Nachbau von Olimex, unterstützt JTAG sowie SWD<br />
** [http://www.coocox.org/colinkEx.htm unterstützte uC]<br />
** unterstütze IDEs: [http://www.keil.com/arm/mdk.asp Keil MDK-ARM 4.03] oder neuer, [http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ IAR Embedded Workbench 5.xx] oder neuer sowie die [http://www.coocox.org/CooCox_CoIDE.htm CooCox CoIDE]<br />
* [https://www.olimex.com/Products/ARM/JTAG/ Olimex] ARM-USB-OCD (ca. 60.-, hat zusätzlich einen Spannungsausgen und einen COM Port)<br />
* [http://www.oocdlink.com/ OOCDLink] [_Link ist derzeit nicht verfügbar_]<br />
* [https://github.com/texane/stlink Stlink]<br />
* [http://www.randomprojects.org/wiki/Floss-JTAG FLOSS-JTAG]<br />
* [http://capitanio.org/mlink/ Linux Demo Code für die Discovery's ST-Link Programmierung]<br />
<br />
Der Controller hat auch einen fest eingebauten Boot-Lader. Damit läßt er sich auch über eine gewöhnliche serielle Schnittstelle programmieren, ohne dass man einen JTAG-Adapter benötigt. Dies erfordert ggf. entsprechende Konfiguration über die BOOTx-Pins und/oder die Option-Bytes, und ein Programm wie [https://code.google.com/p/stm32flash/ stm32flash].<br />
<br />
=== Demo-Projekte ===<br />
<br />
* Einführung in die GPIO Programmierung der STM32F10x und STM32F30x Prozessoren am Beispiel des STM32F3 Discovery Boards und Vergleich zur AVR IO Registerstruktur [http://www.mikrocontroller.net/topic/300472#new]<br />
* [[prog_bsp_timer_1_timer2|Programmbeispiel für die Verwendung von Timer2 zusammen mit dem Interrupt]]<br />
* [http://www.firefly-power.de/ARM/printf.html Printf() debugging mit minimalem Aufwand]<br />
* [[STM32_BLDC_Control_with_HALL_Sensor|Programmbeispiel für BLDC Motoransteuerung (Timer 1) mit HALLSensor (Timer 3)]]<br />
* [[Cortex_M3_OCM3U]]<br />
* Martin Thomas hat ein umfangreiches Projekt erstellt, in der die Eclipse Einstellungen enthalten sind:<br />
** [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/arm_memcards/index.html "ChaN's FAT-Module with STM32 SPI"]<br />
* [[STM32 USB-FS-Device Lib]]<br />
* Modellbau-Sender auf STM32-Basis mit vielen Treibern [http://www.rcos.eu www.rcos.eu]<br />
* Ausführliches [https://github.com/jkerdels/stm32edu Einstiegs-Tutorial] in Codeform für das [http://www.st.com/internet/evalboard/product/252419.jsp STM32F4 discovery board]<br />
* [http://www.redacom.ch/keillab/ Schweizer Gondelbahnsteuerung über Webserver auf ETT STM32F ARM KIT Board in Keil RTOS] mit Webcam<br />
* Die [http://ethernut.svn.sourceforge.net/viewvc/ethernut/trunk/ Ethernut SVN Version] unterstützt inzwischen viele STM32 Typen, viele Devices und einige STM32 Demoboards<br />
* [http://mikrocontroller.bplaced.net/wordpress/?page_id=744 Uwe Becker's Libraries für den STM32F4]<br />
* [http://mikrocontroller.bplaced.net/wordpress/?page_id=3290 Uwe Becker's STM32F429 Discovery Board Oszilloskop], hier der [http://www.mikrocontroller.net/topic/319831#new Thread]<br />
* [http://mikrocontroller.bplaced.net/wordpress/?page_id=3424 Uwe Becker's STM32F429 Discovery Board ZX-Spectrum Emulator]<br />
<br />
== Debug- und Trace-Interface (CoreSight™ Debug and Trace Technologie)==<br />
<br />
Übersicht über beide Funktionalitäten und den Schnittstellen:<br />
http://www.keil.com/support/man/docs/ulink2/ulink2_cs_core_sight.htm<br />
<br />
Die Coresight-Debug-Architektur ermöglicht ein nicht-invasives Debugging, d.h. es können während des Betriebes (meistens) ohne Beeinflussung des Prozessors Daten vom Speicher gelesen und in selbigen geschrieben werden.<br />
<br />
=== Debugger Funktionen ===<br />
<br />
Der Debugger-Teil besitzt drei Funktionen:<br />
* Run Control: z.B. Programm-Start, Stopp und Einzel-Schritte.<br />
* (Program) Break Points: Ein Programm hält an, wenn der Programm Counter eine bestimmte Programm-Adresse erreicht.<br />
** Die maximale Anzahl der gleichzeitig möglichen Break Points ist begrenzt (z.B. 6 bei einem STM32).<br />
** Die Anzahl der Break Points ist nahezu unbegrenzt, wenn ein Debugger über den Memory Access (s.u.) sogenannte Flash Break Points unterstützt. Dabei wird ein geladenes Programm im Flash umprogrammiert, um den Debugger anzuhalten. Diese Funktionalität ist meistens ein kostenpflichtiges Zusatz-Feature des Debugger-Herstellers. <br />
** Beinhaltet keine Data Watch Funktionalität, welche im Trace-Teil (DWT) realisiert wird.<br />
* Memory Access: Lesen und Schreiben von Speicheradressen. <br />
** Diese Funktionalität beinhaltet keine direkte Flash-Programmierung. Der Programmiervorgang für einen Flash ist herstellerspezifisch und muss von dem verwendeten Debugger unterstützt werden.<br />
<br />
=== Trace Funktionen ===<br />
Die Trace-Funktionalität wird in drei Funktionen aufgeteilt:<br />
* ETM (Embedded Trace Macrocell): Optional, nicht jede CPU besitzt diese Hardware (Kostenfaktor, Austattung).<br />
* ITM (Instrumentation Trace Macrocell): Über diesen Kanal kann ein vereinfachtes Trace des Core ermöglicht werden, sowie "printf-ähnlich" Daten über den ITM Channel 0 geschickt und im Debugger ausgegeben werden.<br />
* DWT (Data Watchpoint & Trace Unit): <br />
** Data Watch: 4 Access-Break-Points ( z.B. der Debugger bleibt stehen, wenn das Programm auf einen Speicher zugreift oder der Wert einer Variablen einen bestimmten Wert annimmt). <br />
** Trace Unit: Programmverlauf (durch Lesen des Program Counters) und Interrupt Aufrufe verfolgen, sowie Zeitmessungen.<br />
<br />
Einige der Trace-Funktionalitäten können über die JTAG-Schnittstelle angesprochen werden. Die schnelle Trace-Funktionalität (mit 4 bit Parallel-Port) steht nur mit der erweiterten DEBUG + ETM Schnittstelle zur Verfügung. Im Gegensatz zum Debugger-Teil (Run Control, Break Points und Memory Access) werden Trace-Funktionen nicht von allen Debuggern unterstützt. Debugger mit der vollen Trace-Funktionalität kosten deutlich mehr.<br />
<br />
* Beispiele für Trace-Port-Aktivierungen für verschiedene Hersteller: http://www.keil.com/support/man/docs/jlink/jlink_capture_tracedata.htm<br />
<br />
Die Aktivierung des parallelen Trace-Ports erfordert, je nach CPU Hersteller, zusätzliche Debugger-Makros für die Aktivierung und Port-Freischaltung. Zusätzlich sind die Schnittstellenauswahl und Einstellung (Frequenzen) im Entwicklungs-Tool (IDE) wichtig, um erfolgreich den Programm-Verlauf "tracen" zu können.<br />
<br />
=== Debug und Trace-Schnittstellen ===<br />
Als Debug Interface stehen zwei Varianten zur Auswahl:<br />
* [[JTAG]]: Dafür sind mindestens 6 Steuerleitungen nötig. Unterstützt Device Chaining: Mehrere verbundene Geräte können mit einem Debugger/Programmer gleichzeitig angesteuert werden.<br />
* SWD (Serial Wire Debug): Hier mindestens 2 Steuerleitungen (3 mit SWO, zzgl GND und 3,3V). Die SWD Schnittstelle ist in der Regel schneller und kann auch Funktionen aus dem Trace-Teil beinhalten (z.B. ITM, dafür wird der SWO-Pin benötigt). Device Chaining ist mit dieser Schnittstelle nicht möglich.<br />
<br />
<br />
Standard-JTAG Steckerbelegungen: <br />
http://www.keil.com/support/man/docs/ulink2/ulink2_hw_connectors.htm<br />
<br />
=== Der 10polige JTAG-Stecker von mmvisual ===<br />
mmvisual hat mit dieser Steckerbelegung die Standard JTAG Schnittstelle erweitert:<br />
<br />
Ich habe diesen Part in den Artikel [http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Der_10-polige_JTAG_Stecker_von_mmvisual JTAG] verschoben.<br />
Hinzu gekommen ist die Adapterplatine 10-Polig auf Standard JTAG 20 Polig mit TTL/V24 Wandler. [http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#Die_Adapterplatine Siehe hier.]<br />
<br />
== Hardware-Beschaltung ==<br />
<br />
Der STM32 benötigt für den Betrieb nur (Minimalbeschaltung):<br />
<br />
* VCC 2..3,3V (je nach Typ)<br />
* AVCC 2..3,3V (sehr wichtig, der STM32 lässt sich ohne diese Spannung nicht programmieren)<br />
* GND<br />
* Reset Pin 100nF nach GND (ein Pull-Up Widerstand von ca. 40k ist intern vorhanden)<br />
* [[#Bootmodi|Boot-Pins]]<br />
<br />
ansonsten nur ein paar einzelne Cs 100nF an VCC/GND.<br />
<br />
Um Programmieren zu können wird entweder noch die serielle Schnittstelle (Programmieren über den vorprogrammierten Bootloader) oder JTAG oder die SWD Schnittstelle benötigt.<br />
<br />
=== Bootmodi ===<br />
Unterschiedliche Bootmodi lassen sich mittels der PINs BOOT0 und BOOT1 auswählen . Siehe Application Note [https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/cortex_mx_stm32/Attachments/18225/AN2606.pdf AN2606]. Ausser F1 besitzen neuere Familien ein SYSCFG_MEMR Register. In dieses Register kann man die gewünschten Boot0/1 Werte schreiben und nach einem Core-Reset (!= System_Reset) startet der Prozessor im gewünschten Mode. Eine Neu- bzw. Deinitialisierung der Peripherie empfiehlt sich! <br />
<br />
==== Boot from FLASH ====<br />
Startadresse wird von 0x08000004 geladen<br />
BOOT0 Lo<br />
BOOT1 X <br />
<br />
==== Boot from SRAM ====<br />
PC Startadresse wird an 0x200001E0 direkt angesprungen.<br />
BOOT0 Hi<br />
BOOT1 Hi<br />
Da der interne FLASH der stm32f1x laut Datenblatt nur für 1000 Schreibvorgänge ausgelegt ist, kann mittels BOOT0 (High) und BOOT1 (High) auch aus dem zuvor mit dem Debugger (JTAG/SWD) beschriebenen SRAM booten. <br />
Hierbei gilt zu beachten:<br />
VTOR auf die NVIC Tabelle im SRAM vor dem auslösen des ersten Interrupts remappen.<br />
<br />
Um ein vergleichbares Startverhalten zum FLASH zu erreichen, empfiehlt es sich,<br />
0xF1E0F85F an 0x200001E0 zu schreiben. Diese implizite Ausführung von "ldr.w pc,<br />
[pc, #-0x01E0]" beim Start erzwingt ein laden der Startadresse von 0x20000004.<br />
<br />
==== Boot from SYSMEM (RS232, CAN und USB) ====<br />
PC Startadresse wird von 0x1FFFF004 geladen<br />
BOOT0 Hi<br />
BOOT1 Lo<br />
<br />
Ab F2 gibt es auch ein SYSCFG_MEMRMR Register. Schreibt man hier den Wert für "System Flash" und macht einen Corereset (keinen Systemreset), so landet ,man auch im Bootloader, unabhängig von dem wert der Boot Pins.<br />
<br />
Auch ohne JTAG lässt sich ein STM32 programmieren (Bootloader-Aktivierung). Dabei stehen, je nach CPU-Typ, verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung:<br />
* RS-232 (bisher alle STMs)<br />
* USB (alle USB fähigen CPUs > F103)<br />
* CAN (wie USB nur in bestimmten MCUs)<br />
<br />
3 zusätzliche Verbindungen müssen auf dem Board gepatcht werden. Für einen Test geht es auch mit Tastern für RESET und BOOT0.<br><br />
RESET=RTS (L-aktiv)<br><br />
BOOT0=DTR (H-aktiv)<br><br />
BOOT1=LOW<br><br />
<br />
Details sind hier im Forum: [http://www.mikrocontroller.net/topic/141711 STM32 Programmiertool]<br />
<br />
Tools für den Download über den STM32-Bootloader:<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/tools/PF257525 STSW-MCU005 STM32 and STM8 Flash loader demonstrator]<br />
* [https://code.google.com/p/stm32flash/ stm32flash] - Open source flash program (RS-232)<br />
* [http://dfu-util.gnumonks.org/ dfu-util] - Open source flash program (USB)<br />
<br />
== Bewertung ==<br />
=== Vorteile ===<br />
<br />
'''Vorteile gegenüber ARM7:'''<br />
<br />
* Interrupt-Controller jetzt Teil des Prozessors (als Core Peripheral), die Vector Table ist jetzt eine echte Vektortabelle, keine Sprungliste wie bei ARM7. Durch Automatismen zwischen Core und NVIC (auto register save r0..r3, lr, sp, pc) bei Interrupt Entry wird eine deutlich schnellere Ausführungszeit bei Interrupts erreicht. Der Interrupt Code muss sich nicht mehr selbst um die Sicherung der o.g. Register kümmern und eine besondere Konfiguration der Handler im Compiler entfällt. Sind vor Beendigung einer ISR (d.h. Rücksprung zum User Code) weitere Interrupts pending, so werden diese ausgeführt, ohne dass eine komplette pop-push-sequenz der Register notwendig ist. Schön beschrieben ist es hier im [http://www.hitex.com/fileadmin/pdf/insiders-guides/stm32/isg-stm32-v18d-scr.pdf Insider's Guide] unter 2.4.5 / Seite 20.<br />
* Thumb-2 Befehlssatz, deutlich schneller als Thumb-1 und ebenso kompakt<br />
* Weniger Pins für Debugging benötigt durch SWD<br />
* Mehr Hardware Breakpoints machen debuggen einfacher<br />
* Software ist einfacher weil die Umschaltung zwischen ARM Mode und Thumb Mode wegfällt<br />
<br />
'''Vorteile gegenüber LPC1700 und LPC1300:'''<br />
<br />
* Flexiblere Gehäuseformen mit mehr Peripherie bei kleinen Gehäusen<br />
* FW-Lib für alle STM32 gleich, alle AppNotes/Demos beziehen sich auf diese eine FW-Lib was die Entwicklung der eigenen Applikation sehr beschleunigt.<br />
* Genauerer und flexiblerer ADC, insbesondere gegenüber LPC1300<br />
* Flexiblere Varianten der Peripherie >> bei weniger einen deutlichen Preisvorteil<br />
* ab 0,85 EUR (Stand 2010) Allerdings gibts den LPC1100 mit Cortex-M0 schon ab 0,65 $!<br />
<br />
'''Vorteile gegenüber SAM3/4:'''<br />
<br />
* Fast alle Pins sind 5-Volt tolerant.<br />
<br />
'''Vorteile gegenüber anderen "Kleinen" wie z.B. PIC, Atmel usw.'''<br />
* nahezu gleicher Preis bei Hobby Anwendungen<br />
* 32 Bit ohne Umwege in Assembler rechenbar<br />
* Schnelle direkte Offset-Adressierung ermöglich effizienten Zugriff auf Stack-Variablen, lokal gespeicherte Flash-Konstanten, struct/Array-Elemente<br />
* Einfache einheitliche Adressierung des gesamten Adressraums, d.h. Pointer auf Peripherieregister, RAM & Flash können exakt gleich behandelt werden, keinerlei Banking/Umschalt-Mechanismen erforderlich auch bei großem Flash/RAM<br />
* Interrupt-Prioritäten und Prioritätsgruppen<br />
* Effiziente Pointerarithmetik da Registerbreite=Adressbreite<br />
* bessere Peripherie wie USB, Ethernet, Vielzahl an Timern<br />
* der ARM-Core hat eine höhere Taktfrequenz und kann gleichzeitig mehr in weniger Takten berechnen<br />
* Hardware-Division, bei einigen FPU zur effizienten float-Berechnung<br />
* Mit größerem Flash/RAM verfügbar<br />
* Code kann direkt aus dem RAM ausgeführt werden, Speicherschutz und privilegierter Ausführungsmodus können "Kernel"- vor "Anwendungs"-Code schützen, somit wird das dynamische Nachladen von Anwendungen aus externem Speicher effizient & sicher möglich<br />
* ... und weitere 1000 Punkte ...<br />
<br />
'''Links'''<br />
* [http://www.arm.com/files/pdf/ARM_Microcontroller_Code_Size_%28full%29.pdf Code Size Analyse zwischen verschiedenen µC]<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
<br />
'''Nachteil gegenüber LPC1700:'''<br />
* STM32F1xx: nur 72 MHz statt 100 MHz (LPC1759: 120 MHz) Taktfrequenz; STM32F2xx hat diesen Nachteil nicht (ebenfalls 120MHz, STM32F4xx mit 180MHz)<br />
* Der LPC1700 besitzt deutlich mehr Mechanismen, um die Auswirkung der Waitstates des Flash-ROMs auf Code- und Datenzugriffe zu reduzieren und das bedeutet mehr Performance bei gleicher Taktfrequenz. Beim STM32F2 entfällt dieser Nachteil wohl aufgrund des ART Accelerators. <br />
* Alle LPC1xxx haben 32 Bit Timer. Bei den STM32 haben das nur die STM32F2xx (2 Stück)<br />
* I2S Einheit von ST hat keinen FIFO und im 24/32Bit Modus müssen 2x16Bit Halbwörter übertragen werden. Wobei allgemein bei neuen ARM Prozessoren die vorhandenen DMA-Kanäle (basierend auf eigenen BUS-Kanälen und Speicherzugriffen) FIFO in beliebiger Größe bedeutet. <br />
<br />
'''Nachteil für Hobby-Anwender'''<br />
<br />
* Nicht direkt "Steckbrettauglich", da kein DIL Gehäuse verfügbar. Der ebay-Shop dipmicro führt jedoch sehr günstige Lötadapter für Umsetzung von LQFP48 auf DIP48. QFP64 in 0.5mm Pinabstand und nicht 0.8mm wie AVR. Von NXP gibt es Cortex-M0 µC im DIL Gehäuse.<br />
<br />
* Viel Peripherie, Clocks müssen alle richtig eingestellt werden, ggf. Anpassung des Startup Codes usw.<br />
<br />
'''<br />
<br />
== Errata, Tipps und Tricks ==<br />
=== Hardware ===<br />
* AD-Wandler PA0: Im Errata steht, dass hier Fehler in der Wandlung entstehen könnten, also einen anderen Pin verwenden.<br />
* CAN-Bus PD0/PD1: Remap geht erst ab der 100-Pin-Version. Steht im RM0008 unter 9.3.3.: "CAN1 alternate function remapping". Alle Infos von RM0008 9.3.x sind interessant<br />
* CAN und USB sind bei der F1 Serie nur bei der "◦Connectivity-Line" gleichzeitig nutzbar. Siehe Datenblätter.<br />
* Mit internem RC-Oszillator kann die CPU mit maximal 64MHz betrieben werden. Mit einem externen Quarz sind dann 72MHz möglich.<br />
* Für USB Betrieb muss die CPU mit 48MHz oder 72MHz betrieben werden (bei STM32F1xx).<br />
* Der Idle Interrupt vom Usart wird zwar ausgelöst, aber nicht vom entsprechenden Statusflag angezeigt<br />
* Der DMA fängt beim aktivieren immer von vorn an zu zählen, auch wenn er nur kurz angehalten wurde<br />
* STM32F2xx hat kein Flash Size Register, bei STM32F4xx ist zwar ein flash Size Register beschrieben, kollidiert aber in der Adresse mit einem anderen Register<br />
* Derivate mit internem EEPROM und nur einer Speicherbank haben das "Feature" bei write/erase des Data-Flashes (EEPROM) einen kompletten stall der code execution zu verursachen (inkl. ISR's, DMA). Desgleichen bei write/erase des internen Flash (ISP-routinen, EEPROM-Emulation).<br />
* Der I2C hat diverse Fehler, welche im Errata des jeweiligen Modells (z.B. [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/errata_sheet/CD00238166.pdf STM32F105xx and STM32F107xx Errata sheet] ) zu finden sind. Workarounds hierzu finden sich in der Application Note [http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/application_note/CD00209826.pdf AN2824]. Am Besten benutzt man jedoch die I2C Communication peripheral application library (CPAL) von ST ([http://www.st.com/web/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF258336 STSW-STM32127])<br />
* [http://blog.frankvh.com/category/stm32/ weitere undokumentierte Features]<br />
* Interrupt-Flags in Statusregistern der diversen Peripherals wie der Timer müssen zu '''Beginn''' (bzw. möglichst weit vor dem Return) der ISR zurückgesetzt werden, da die ISR sonst eventuell 2x ausgeführt wird (Siehe [https://my.st.com/public/Faq/Lists/faqlst/DispForm.aspx?ID=143&level=1&objectid=141 STM32 FAQ] und [http://www.mikrocontroller.net/topic/312393#new Forum]).<br />
<br />
=== Software ===<br />
==== GCC ====<br />
Um den GCC direkt zu verwenden (zB. mit selbstgebautem makefile), falls man das nicht von einer Entwicklungsumgebung machen lässt, siehe zunächst [[ARM GCC]]. STM32-spezifisches ist:<br />
* Wird die [[#.E2.80.8ESTM32_Standard_Peripheral_Library|STM32 Standard Peripheral Library]] und ein Quarz verwendet, so muss noch per Präprozessor-Definition die Frequenz des Quarzes angegeben werden mittels z.B. -DHSE_VALUE=8000000 für 8MHz (wie auf dem STM32F4 Discovery).<br />
<br />
===== Startupcode & Linkerscript =====<br />
* Damit der compilierte Code an den richtigen Stellen im Controller landet (d.h. dem Flash) muss man dem Linker ein Linkerscript mitgeben. Dies geht per "-T ''pfad_zum_linkerscript.ld''" an den Linker-Befehl. Im Archiv der [[#.E2.80.8ESTM32_Standard_Peripheral_Library|STM32 Standard Peripheral Library]] befindet sich ein Beispiel-Linkerscript für die Atollic TrueSTUDIO IDE, dieses kann direkt mit dem GCC verwendet werden. Beispielsweise für den STM32F4 befindet sich das Script im Pfad "/STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.1.0/Project/STM32F4xx_StdPeriph_Templates/TrueSTUDIO/STM324x7I_EVAL/stm32_flash.ld" des Archives.<br />
* Damit beim Starten die richtigen Initialisierungen vorgenommen werden (wie globale Variablen und bei C++ Konstruktoren globaler Objekt-Instanzen) muss als erstes ein Startupcode laufen, der dann die main()-Funktion aufruft. Der Startupcode ist meistens in Assembler geschrieben, C-Code ist aber auch möglich. Im Archiv der [[#.E2.80.8ESTM32_Standard_Peripheral_Library|STM32 Standard Peripheral Library]] befindet sich ein Beispiel-Startupcode für die Atollic TrueSTUDIO IDE, dieser kann direkt mit dem GCC verwendet werden. Beispielsweise für den STM32F4 befindet sich der Code in Assemblerform im Pfad "/STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.1.0/Libraries/CMSIS/Device/ST/STM32F4xx/Source/Templates/TrueSTUDIO/startup_stm32f40xx.s" des Archives. Der Assemblercode kann per arm-none-eabi-as (Flags s.o.) assemblisiert werden, die resultierende .o -Datei normal mitgelinkt.<br />
<br />
Zusammen bieten die beiden Dateien der Anwendung ein Standard-C-Interface, d.h. man kann wie gewohnt globale Variablen verwenden und seinen Code in die main()-Funktion schreiben.<br />
<br />
=== Tipps für Umsteiger von Atmel/PIC/8051 ===<br />
* Prozessortakt hat unterschiedliche Taktquellen und eine PLL.<br />
* Alle Peripheriemodule haben einen extra Clock, den man aktivieren muss.<br />
* Wenn man z.B. einen UART benutzen möchte, so muss man den Clock vom UART, Alternate Function IO (AFIO) und dem GPIO-Port aktivieren.<br />
* Ansonsten hat man nahezu doppelt so viele Möglichkeiten in den Peripheriemodulen.<br />
* Interrupt-Flags müssen in der ISR selber gelöscht werden<br />
* Forum zu [http://www.mikrocontroller.net/topic/175888 Interrupts vs. Events]<br />
<br />
=== Errata vom STM32F4xx die nicht im Errata von ST stehen ===<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/267439#2788478 Aktivieren von DMA], wenn mehr als 3 DMA Kanäle aktiviert werden, kann es sein dass die nicht alle korrekt bedient werden. Auch klappt der DMA mit dem FSMC nicht immer zuverlässig. [https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/cortex_mx_stm32/Flat.aspx?RootFolder=%2Fpublic%2FSTe2ecommunities%2Fmcu%2FLists%2Fcortex_mx_stm32%2FWarning%20limit%20simultaneous%20DMAs%20to%202&FolderCTID=0x01200200770978C69A1141439FE559EB459D7580009C4E14902C3CDE46A77F0FFD06506F5B&currentviews=811 siehe hier] [http://blog.frankvh.com/2012/01/13/stm32f2xx-stm32f4xx-dma-maximum-transactions/ und hier]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/260637#2700761 Nerviger Bug in "stm32f4xx.h"] Änderung Struktur GPIO_TypeDef<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/261690#2714754 Batterie wird leer gezogen], nur bei manchen Chips mit Rev. A<br />
* [http://www.efton.sk/STM32/STM32F4xx_doc_errors.txt Liste von Dokumentations-Fehlern]<br />
<br />
== Bezugsquellen ==<br />
<br />
=== Controller ===<br />
<br />
Versand Europaweit im endasmedia.ch Shop<br />
* STM32F105 Controller für 2.50€ [http://shop.endasmedia.ch/index.php?id_product=8&controller=product&id_lang=1 shop.endasmedia.ch]<br />
<br />
Versandhäuser für Privatpersonen<br />
* [http://www.reichelt.de/STM-Controller/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=2950; Reichelt]<br />
* [http://darisusgmbh.de/shop/index.php?cat=c2692_ARM-Cortex.html Darisus]<br />
* [http://www.hbe-shop.de HBE (Farnell Programm für Private)] <br />
* [http://www.sander-electronic.de/be00069.html Sander]<br />
* [http://www.tme.eu/de/katalog/index.phtml#cleanParameters%3D1%26search%3DSTM32F10%26bf_szukaj%3D+ TME] <br />
* [http://teske-electronics.de/index.php?cPath=3_9_53 Teske electronics]<br />
* [http://de.rs-online.com/web/c/halbleiter/prozessoren-und-mikrocontroller/mikrocontroller/?sort-by=default&sort-order=default&applied-dimensions=4294417325&lastAttributeSelectedBlock=4294425895 RS-Online]<br />
<br />
Gewerblich liefern natürlich viele wie EBV, Mouser, Farnell, Digikey usw...<br />
<br />
=== Evaluation Boards ===<br />
* Siehe [[:Kategorie:ARM-Boards]]<br />
* [http://shop.embedded-projects.net/index.php?module=artikel&action=gruppe&id=14 Im Shop von Embedded Projects]<br />
* [http://www.watterott.com/de/Boards-Kits/ARM/ARM-Cortex-M3 Cortex M3 bei Watterott]<br />
* [http://www.raisonance.com/~primer-starter-kits__microcontrollers__tool~tool__T018:4enfvamuxbtp.html Primer und Primer2 von Raisonance]<br />
* [http://www.sander-electronic.de/es0028.html Sander Electronic]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/MP32F103-Stick:_Ein_Mini-Mikrocontroller-Board_mit_USB_und_bis_zu_4MB_Datenspeicher Artikel im Wiki, ARM mit USB und 4MB Speicher]<br />
* [http://www.futurlec.com/STM32_Development_Board.shtml Futurlec Evalboard, ebenso Header-Board]<br />
* [http://www.propox.com/products/t_174.html Propox, Header-Boards für 103R und 103V sowie Trägerplatine dafür]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/Cortex_M3_OCM3U Cortex M3 Artikel im Wiki]<br />
* [http://olimex.com/dev/index.html STM32 bei Olimex]<br />
* [http://de.farnell.com/jsp/displayProduct.jsp?sku=1824325&action=view&CMP=GRHS-1000962 STM32Discovery bei Farnell] Mikrocontroller Board (STM32F100RBT6B) mit onboard USB-Programming Interface für ca. 12,50€<br />
* [http://www.de.rs-online.com/web/p/products/7458434/ STM32Discovery bei RS-Components] 12,65 € +MwSt.<br />
* [http://www.segor.de/#Q=STM32 VL DISCOVERY] STM32 Discovery bei Segor<br />
* [http://www.watterott.com/de/STM32F4Discovery STM32F4DISCOVERY] STM32F4 Cortex M4 Controller mit JTAG-Debugger auf der Platine bei Watterott für 16,66EUR.<br />
* [http://www.conrad.de/ce/de/product/443910/ STM32F4 Discovery Kit bei Conrad] 17,11 €<br />
* [http://www.mcu-raisonance.com/~open4-development-platform__microcontrollers__tool~tool__T018:g65gu6ghg2n.html/ Open 4 oder auch genannt Evo-Primer]<br />
* [http://www.wayengineer.com/index.php?main_page=index&cPath=50_66&page=1&sort=3a WayEngineer]<br />
* [http://thinkembedded.ch/ST-STMicroelectronics:::24.html Im Thinkembedded Shop] in der Schweiz / DiscoveryF4, div. ETT und Olimex Boarde ab 20,18 CHF / 16,15 EUR (inkl. MwSt.) zzgl. Versandkosten<br />
* [http://shop.myavr.de/ARM-Produktlinie/STM32F4-Discovery.htm?sp=article.sp.php&artID=200072 Im myAVR Shop] DiscoveryF4 mit möglichem Zubehör 16,45 EUR (inkl. MwSt.) zzgl. Versandkosten<br />
* [http://www.keil.com/boards/cortexm.asp Keil/ARM Demoboards]<br />
* [http://www.phytec.de Phytec]<br />
* [http://shop.myavr.de/index.php?sp=artlist_kat.sp.php&katID=37 verschiedene ARM Produkte und Erweiterungen bei myAVR]<br />
* [http://re.reworld.eu/de/produkte/s64dil-405/index.htm S64DIL-405 STM32Fxxx ARM Cortex M3 Mikrocontrollermodul mit USB-Schnittstelle, Steckbretttauglich] (Leerplatine eignet sich auch für STM32F1xx Prozessoren.)<br />
* [http://www.amazon.de/STM32F4-DISCOVERY-STM32F429-Cortex-M4-Development/dp/B00HGG0KHY STM32F429 DISCOVERY Cortex M4 mit 2,4" Touch-TFT, 3-Achs Sensor, 64 MBit SDRAM ab ~25 EUR bei Amazon, Ebay u.a.]<br />
<br />
== Weblinks, Foren, Communities, Tutorials ==<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/articles/STM32_-_Einstieg_mit_Em::Blocks STM32 - Einstieg mit Em::Blocks Tutorial]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/173753 Diskussion zum Artikel]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/mikrocontroller-elektronik?filter=ARM*+STM32*+Cortex* Suche im Forum]<br />
* [[STM32 für Einsteiger]]<br />
* [[STM32 CooCox Installation]]<br />
* [https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/ARM%20CortexM3%20STM32/AllItems.aspx Forum auf der ST Homepage] <br />
* [http://www.stm32circle.com/hom/index.php STM32 Community] <br />
*[http://joe-c.de/pages/posts/einstieg_mikrocontroller_stm32f103_101.php Einstieg: STM32board mit Kamera (deutsch)] <br />
* [http://www.ebv.com/fileadmin/products/Press_Print/Brochures/Product_Brochures/EBV_Cortex%20Collection_V2.pdf Übersicht der Cortex Prozessoren und deren Hersteller (nicht nur ST, von EBV)]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/258652 Tutorial]<br />
* [http://diller-technologies.de/stm32_wide.html STM32 Tutorial in Deutsch von Diller Technologies]<br />
* [http://mySTM32.de STM32 C und C++ Tutorial in Deutsch ]<br />
* [http://mikrocontroller.bplaced.net STM32F4 Quellcode-Librarys und CooCox-Projekte in Deutsch ]<br />
* [http://myugl.de Tutorial für Grafik-Librarys und SiSy-Projekte in Deutsch ]<br />
* [http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1533/PF251717 MicroXplorer MCU graphical configuration tool ]<br />
* [http://www.harerod.de/CoreMark_STM32.pdf Testbericht über CoreMark 1.0 auf Cortex-M3/M4 mit verschiedenen Compiler- und MCU-Einstellungen]<br />
* [http://klaus4.blogspot.com/2014/05/stm32f4-discovery-mit-opensource.html STM32-Toolchain mit Eclipse CDT 4.3, GnuArmEclipse, OpenOCD 0.8.0, Gnu Arm GCC 4.8, STM32CubeMX]<br />
<br />
<references/><br />
[[Kategorie:ARM]]<br />
[[Kategorie:STM32]]<br />
[[Kategorie:Mikrocontroller]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=85143Freiberufler und Angestellte2014-10-09T16:07:33Z<p>Rfr: Rechtschreibefehler korrigiert</p>
<hr />
<div>== Freiberufler oder Angestellter? ==<br />
<br />
<br />
===Allgemeines und grundsätzliche Unterscheidung ===<br />
<br />
* Eine abhängige- oder 'weisungsgebundene' und damit arbeitnehmerische oder arbeitnehmerähnliche Beschäftigung liegt vor, wenn der Dienstnehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt und auch im Wesentlichen nur für einen Auftraggeber tätig ist. Massgeblich sind hier bei überwiegenden Einkünfte in aufeinander folgenden Steuerjahren und wiederholt auftretende Tätigkeiten, die eine Regelmässigkeit erkennen lassen. Diese Form des Arbeitens wird durch das BGB, das Arbeitsrecht, konkrete Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man mithin Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben oder als solche eingestuft werden müssen. Alle anderen sind i.d.R. Freiberufler.<br />
<br />
* Bei Freiberuflern handelt es sich um einen Personenkreis, der der Form nach selbständig ist, d.h. auf eigene Rechung und Gefahr arbeitet und seine Leistungen frei am Markt anbietet. Freiberufler sind traditionell Angehörige bestimmter Berufsgruppen, wie Ärzte, Apotheker, Anwälte, Handelsvertreter, Musiker und Ingenieure. Allerdings gibt es bei all diesen Berufsgruppen immer auch Formen der abhängigen Beschäftigung, wie z.B. beim angestellten Arzt im Krankenhaus, dem abhängig beschäftigen Apotheker in einer anderen Apotheke oder einem Pharmaunternehmen, dem angestellten Anwalt in einer Rechtsabteilung eines Industrieunternehmens, der nichtselbständigen Handelsvertreter, der Produkte im Auftrag einer einzigen Firma anbietet, der festangestellte Orchestermusiker und abhängig beschäftigte, nicht beratende Ingenieure. Dem Inhalt nach sind Freiberufler immer Personen, die eine besondere Begabung oder Ausbildung besitzen, die sie in besonderem Mass qualifiziert.<br />
<br />
=== Arbeitnehmer ===<br />
* Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Arbeitnehmer sind vollständig in das Sozialsystem eingebunden und können sich diesem auch nicht entziehen. Neben der Rentenversicherung zahlen sie vor allem in die Arbeitslosenversicherung ein. Lediglich bei der Wahl der Krankenversciherung und der Pflegeversicherung haben sie ab einem gewissen Einkommen auch als Angestellte die Möglichkeit, sich privat zu versichern.<br />
<br />
* Arbeitnehmer geniessen eine Reihe von staatlich garantierten Rechten und Vorteilen. So sind sie bis auf wenige Ausnahmefälle nicht juristisch zu belangen, wenn ihnen ein unverschuldeter Fehler unterläuft und es zu Schäden an Personen oder Gegenständen kommt. Hier haftet praktisch immer der Arbeitgeber. <br />
<br />
* Arbeitnehmer sind in vielen Fällen verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten, auch wenn diese nicht durch Gleitzeit ausgeglichen werden. Nicht immer werden diese finanziell zusätzlich abgegolten. Dies kann - muss aber nicht - Bestandteil des Vertrages sein, wenn eine festgelegte Menge an Überstunden im Vertrag benannt ist, die mit dem Gehalt abgegolten sind.<br />
<br />
=== Freiberufler ===<br />
* Freiberufler sind Dienstvertragsnehmer oder Werksvertragsnehmer. Dienstverträge sind dabei eher zeitlich- Werkverträge eher ergebnisorientiert. Es handelt sich bei solchen Werktätigen oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit oder in Sonderprojekten benötigt wird. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht für seine Tätgikeit keinen Gewerbeschein und gilt auch nicht als gewerbetreibend, es sei denn, er übt zusätzlich noch eine gewerbliche Tätgikeit aus, wie z.B. ein Softwareentwickler, der nicht nur im Auftrag entwickelt, sondern auch selbst Kopien davon vertreibt.<br />
<br />
* Der Freiberufler gilt aber als geschäftlich tätig. Einen Gewerbeschein benötigt nur die Gewerbetreibende, die geschäftlich tätig sind, die aber nicht den Freiberuflerstatus besitzen. Freiberufler ist, wer einen der typischen Katalogberuf ausübt, sowie nach der Rechtsprechung auch der, der eine den Katalogberufen ähnliche Tätigkeit ausübt. Der Freiberuflerstatus ist streng genommen für jede individuelle Tätigkeit und jedes Projekt neu zu bewerten, was in der Praxis allerdings kaum geschieht, es sei denn, es handelt sich um Grenzfälle oder Streitfälle. In Einzelfääeln kommen Rentenversicherung und Finanzamt bei der Bewertung mitunter zu gegenteiligen Ergebnissen, was dazu führen kann, dass zwar steuerlich scheinbar der Freiberuflerstatus gegeben war, jedoch Rentenversicherungspflicht für ein Projekt entstehen kann.<br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung ((Rentenversicherung und Krankenversicherung). Sie können daher eigene Versicherungen auf freiwilliger Basis abschließen (sowohl gesetzlich, als auch privat.) Privat versichern kann sich jeder, der über den gesetzlichen Grenzwerten liegt. (Krankenkasse ca 44k, Rente ca 64k). Die freiwillige gesetzliche Versicherung ist in der Regel teurer und u.Z. unproduktiv, da weniger Leistungen bei inzwischen gleichen Sätzen gewährt werden. Die private Versicherungen sind u.U. günstiger, bergen aber den Nachteil der indirekt an die wirtschaftlichen Erfolge der Versicherungsunternehmen gekoppelten Verträge, was im Alter besonders bei der Krankenkasse sehr nachteilig werden kann. Diese Überlegungen sollten auf Kranken- Renten- aber auch Unfall-, Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, sowie eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden. Der Freiberufler benötigt hier im Ggs zum Angestellten mehr Absicherung, vor allem in rechtlicher Hinsicht.<br />
<br />
* Freiberufler haben das oben beschrieben Problem der nichtbezahlten Überstunden dann nicht, wenn sie im Rahmen eines Dienstvertrags alle Zeiten auf die Rechnung schreiben können. Sie können theoretisch Überstunden ablehnen, da sie nicht weisungsgebunden sind. Praktisch werden vom Freiberufler aber Liefertermine gefordert und der Dienstvertrag mitunter gekündigt, wenn sie zu wenige Stunden bringen können, wie im Fall eines Unfalls oder Krankheit. Der Dienstvertrag kann dann einseitig vom Projektgeber aufgelöst- oder es kann Ersatz in Form von Personal vom Freiberufler gefordert werden, sofern dies im Vertrag vereinbart worden ist. Die meisten Freiberufler lassen diesen Paragraphen i.d.R steichen. Freiberufler, die einen Werkvertrag haben, sind in der Zeitgestaltung komplett frei, sie müssen dann aus praktischen Gründen oftmals Überstunden machen, da die Liefertermine verbindlich(er) sind. Diese Überstunden werden logischerweise nicht gezahlt. Daher ist es nötig, bei Werkverträgen, einige Überstunden für Unvorhersehbares einzukalkulieren und trotzdem Termine zu nennen, die gfs. sogar noch Luft für eine eventuelle Krankheit lassen.<br />
<br />
<br />
=== Scheinselbständige ===<br />
* Scheinselbständige sind angebliche Freiberufler, die gemäß den eingangs erwähnten Kriterien als Angestellte gelten müssten, weil sie z.B. langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind und sich lediglich den Selbständigenstatus gezielt zugeschrieben haben, um Vorteile zu erwirken. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge des Sozialrechts zu umgehen. Nicht selten sind die Arbeitgeber hier treibende Kraft und beschäftigen Subunternehmer, die letztlich wie Angestellte gefahren werden.<br />
<br />
* Scheinselbständig ist nicht, wer unabsichtlich handelt oder unbewusst den Freiberuflerstatus verliert oder im Nachhinein für ein Projekt oder eine Zeitspanne aberkannt bekommt. Er kann nicht wegen Scheinselbständigkeit belangt werden, muss aber u.U. Rentenversicherung nachzahlen, wodurch u.U. mehrere Steuerjahre neu aufgearbeitet werden müssen.<br />
<br />
=== Rechtliche Abgrenzung ===<br />
<br />
* Die Grenzen zwischen Freiberufler, rentenversicherungspflichtigem Selbständigen und dem Scheinselbständigen sind nicht völlig eindeutig. Die Rechtsprechung ändert sich diesbezüglich permanent, meistens zu Gunsten der Freiberufler. In der jüngsten Vergangenheit wurden verschieden harte Kriterien aufgeweicht, nicht mehr zeitgemäße verworfen und die Grenzen für Dauerbeschäftigungen für nur einen AG bei Fortbestand des Selbständigenstatus ausgeweitet. Genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
* Verschiedene Seiten liefern unterschiedliche Ansätze und Interpretationen hinsichtlich der Kriterien. Beispielhaftes Papier zur Abgrenzung eines Selbständigen vom Scheinselbständigen: http://www.mikrocontroller.net/topic/257714#2666969<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Festangestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben, welche jedoch Arbeit für den Kunden des Zeitarbeitsunternehmen leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen, was sie jedoch oft nicht tut bzw. kann. Durch den Wegfall des konkreten Beschäftigungsgrundes kann somit der Arbeitsvertrag ohne Zahlung von Abfindungen direkt aufgelöst werden.<br />
<br />
* Personalvermittler sind Unternehmen oder Einzelpersonen, die Freiberufler in Projekte oder Arbeitnehmer in Festpositionen vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung des Projekts oder der Stelle und endet mit der Arbeitsaufnahme des Freiberuflers oder Angestellten im Projekt. Die Vermittler üben selbst keinerlei Projektarbeit aus und sind auch nicht für das Ergebnis verantwortlich. Betreiber von Projektbörsen sind typische Vermittler für Freiberufler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte im Auftrag für andere Firmen durchführen und dabei eigene Mitarbeiter und auch Freiberufler einsetzen, die dann in entweder von zuhause, den Räumlichkeiten des DL oder auch beim Kunden vorort aktiv werden. Die Tätigkeit der Dienstleister beginnt mit der Ausschreibung und endet erst mit dem vollständigen Abschluss des Projektes. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt in voller juristischer Verantwortung durch und haben die Verantwortung für die Bereitstellung von Personal und den termingerechten Abschluss desselben. Im Spezialfall tritt der DL nur als eine Art Kapsel für einen zu suchenden Freiberufler auf, indem er das Projekt sucht, formell annimmt und dann selbst als Auftraggeber an einen Freiberufler weiterreicht, der dann als Subunternehmer fungiert. Für den Freiberufler ist diese Zusammenarbeit mit einem indirekten Projektgeber dann vorteilhaft, wenn es sich um einen grossen, solventen Projektgeber und gleichzeitig um einen kleinen, gfs zahlungsschwachen Endkunden handelt, weil in jedem Falle der Projektgeber für die Honorare haftet, auch wenn der Kunde die Zahlung verweigert oder insolvent wird.<br />
<br />
== Angebote an Freiberufler==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, zeitlich und fachlich begrenzt, was das Wesensmerkmal des Projektes als Werkvertrag erfüllt. Sind sie zeitlich unbegrenzt, liegt meistens ein Dienstvertrag vor. Die fachliche Definition bedeutet mithin aber auch, dass Mindestanforderungen in diesen Bereichen erforderlich sind, die beachtet werden müssen. Angebote umfassen im Fall des Werkvertrages immer die Aufgabenbeschreibung des Anbieters sowie einen Zeitplan und Liefertermin. Im Bereich der Dienstverträge besteht ein Arbeitsablauf ähnlich dem, des Angestellten, der sehr zeitorientiert beschäftigt ist, d.h. Ablauf und Termine sind offen(er).<br />
<br />
* Eine Bewerbung auf ein Angebot enthält oft eine Skillslist, die den Freiberufler charakterisiert, sodass der Projektanbieter ersehen kann, was der Freiberufler bisher gemacht hat und u.U. auch wo. Z.B. werden in der skill list alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen). Dabei ist jedoch zu beachten, dass viele Verträge über Vermittler zustande kommen, die nicht daran interessiert sind, die Namen und Adressen von Kunden und Ansprechpartnern zu veröffentlichen. Die Preisgabe dieser Information ist auch in vielen Verträgen ausdrücklich untersagt. Speziell Projektinhalte dürfen oft nicht offengelegt werden, wenn in Sicherheitsbereichen wie Militär oder Staat gearbeitet wurde, oder es sich bei dem Projekt um eine Vorentwicklung handelt, deren Benennung im Markt seitens des Kunden nicht erwünscht ist. Dem Freiberufler sind damit die Möglichkeiten, Referenten zu nennen, stark eingeschränkt.<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB. Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste des Freiberuflers im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
* Oft werden vom Auftraggeber vor der Vergabe eines Projektes Referenzen gefordert, um sich über die Qualität und persönliche Eignung des Freiberuflers ein Bild machen zu können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Freiberufler quasi anstelle eines möglichen Angestellten inmitten einer Projektgruppe arbeiten soll. Neben Fragen zu Inhalten der Projekte spielt dabei auch das Verhalten des Projektnehmers eine Rolle. Dazu ist jedoch festzustellen, dass sich das Arbeiten in einem Team und die Rolle als Freiberufler / Selbständiger formell widersprechen! Es ist deshalb darauf zu achten, dass weder der Freiberufler noch der Projektgeber durch Aussagen oder Fragen den Eindruck erwecken, dass eine Einbindung in die Organisationsstruktur des Kunden erfolgen soll oder vorgelegen hat, da dies von Gerichten inzwischen als Anzeichen einer abhängigen Beschäftigung gewertet wird. Vereinzelt sind Firmen bereits diesbezüglich zu nachträglichen Rentenzahlungen verurteilt worden, da Mitarbeiter von ihnen, ehemaligen Freiberuflern Referenzen gegeben- und sogar Zeugnisse ausgestellt haben, in denen Details zu den Projekten und dem Verhalten im Team benannt wurden. Das eine rechtliche Problem besteht also darin, dass arbeitsrechtlich nur ein Teamleiter Aussagen zur Teamfähgikeit und dem persönlichen Auftreten einer Person machen kann und darf, dies aber wiederum gegenüber Freiberuflern nicht äussern kann oder sollte, da es rentenversicherungsrechtlich problematisch werden könnte. Ein weiteres juristisches Problem besteht darin, dass ein Arbeitnehmer generell nicht ohne Weiteres die Arbeitsleistung einer betriebsfremden Person offen werten oder gar Dritten gegenüber kritisieren kann, da er sonst sich und seine Firma in gefährliches Fahrwasser manövriert, weil diese dann von dem geschäftlich am Markt agierenden Freiberufler wegen geschäftsschädigenden Verhaltens verklagt werden kann, selbst, wenn es sich nicht um Wertungen des persönlichen Auftretens, sondern nur um die Einschätzung der Arbeitsqualität handelt. Daher halten Firmen ihre Mitarbeiter vermehrt an, keine offiziellen Aussagen Dritten gegenüber bezüglich der Leistungen und des Verhaltens dienstleistender Firmen oder Freiberuflern in der Firma zu machen, was letztlich dazu führt, dass keine wirklich verwertbaren oder objektiven Referenzen zu erhalten sind. Viele Projektgeber und in der Folge auch die Freiberufler sehen daher inzwischen von der Forderung oder Nennung von Referenzen ab.<br />
<br />
== Vertragserfüllung ==<br />
<br />
*Im Falle der Dienstverträge wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt, der für die Projektdauer gilt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden. Unerheblich und sogar kontraprodutiv ist das Festhalten dann, wenn vermieden werden soll, dass offenbar wird, dass es sich um einen scheinbaren Werkvertrag handelt. Bei echten Werkverträgen, wird ein Arbeitsergebnis und etwaiger Liefertermin bestimmt und ein Gesamtpreis festgelegt, der teilweis in Teilbeträgen gezahlt wird. so ist es üblich, eine 10% Anzahlung bei Vertragsschluss zu leisten und zum Vertragsende 90% der Gesamtrechung zu begleichen. 10% hält sich der Auftraggeber zurück, um etwaige Nacharbeiten einfordern zu können. Bei Dienstverträgen endet das Verhältnis mit dem Tage der Beendigung. In beiden Fällen bestehen aber meistens Verpflichtungen für den Projektnehmer, kostenlose Nachbesserungen vorzunehmen, wenn sich Fehler offenbaren. Diese Pflicht ist immer auf eine bestimmte Dauer nach der offiziellen Endabnahme begrenzt, liegt aber in der Praxis zwischen 2 Wochen und bis zu 7 Jahren!<br />
<br />
* Am Ende eines Monats oder eines zu vereinbarenden Zeitraums wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt bei Inlandsrechnungen der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein. Im aktuellen Projektgeschäft werden sogenannte all-in Stundensätze verhandelt, in denen alles enthalten ist. Der Freiberufler muss selbst rechnen, wie hoch er den Satz ansetzen muss, um wirtschaftlich sein zu können.<br />
<br />
<br />
*Im Bereich der IT und des IT-nahen engineering wird vermehrt beobachtet, dass Konzerne eine Stundensatzdeckelung vornehmen, die dazu führt, dass gute Freiberufler mit hochwertiger Ausbildung und viel Erfahrung nicht besetzt werden können, weil der Marktpreis zu hoch ist. Will ein Abteilungs- oder Projektleiter dann dennoch besetzen, so erfolgen imer häufiger Nebenabreden, dass mehr Stunden geschrieben werden, als real erbracht wurden. Der Stundensatzkorrekturfaktor errechnet sich zu: Erfassungszeit = RealeZeit * (Zielstundensatz / Nominalstundensatz). Somit kann ein Projektnehmer z.B. 44h die Woche abrechnen, statt 40h, wenn er statt der gwünschten 66,-/h nur 60,- erhalten darf. Das Problem, dass hierbei entsteht ist einmal, dass die Stundensätze nicht mehr vergleichbar werden und zudem der Auftragsvermittler durch die Scheinstunden mehr verdient, wenn er keinen prozentualen- sondern einen statischen Aufschlag von z.B. 10,- pro Stunde bekommt.<br />
<br />
== Vergleich des Einkommens von Angestelltem und Freiberufler ==<br />
Einkommen, Besteuerung und Nettoverdienst unterscheiden sich bei beiden:<br />
<br />
* Der Angestellte erhält ein Bruttogehalt, von dem er Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Arbeitplatz abziehen kann. Von diesem Gehalt wird die Lohnsteuer und Kirchensteuer abgezogen, sowie die AN-Anteile der Sozialversicherungen. Ferner bekommt er die AG-Anteile zu den Sozialversicherungen (Krankenkasse, Pflegeversicherung, Rentenversicherung und Arbeitslosenversicherung) vom Arbeitgeber steuerfrei hinzu.<br />
<br />
* Der Freiberufler zieht von allen Umsätzen ("Erlöse") die betriebsbedingten Kosten ab, führt die Umsatzsteuer ab, die er vom Auftraggeber bekommen hat und rechnet virtuelle Privatanteile (besonders für den Geschäftswagen, Telefon etc,) hinzu und erhält daraus den geschäftlichen Gewinn. Privatanteile muss er zusätzlich umsatzversteuern. Dieser Gewinn wird dem Freiberufler vollständig als Einkommen gewertet und unterliegt der Einkommensteuer. Werbungskosten wie Bücher, Fahrten zum Arbeitplatz kann er nicht abziehen, da er in keinem abhängigen Verhältnis steht. Kosten dieser Art müssen, so möglich, im geschäftlichen Bereich gewinnmindernd verbucht werden. Von diesem Einkommen kann der Freiberufler Teile der Krankenkasse und anderer Aufwendungen steuerlich geltend machen, bevor sich die Summe des zu versteuernden Einkommens berechnet. Aufgrund der komplett steuerfreien AG-Anteile steht der Freiberufler hier schlechter, weshalb ihm bei einem bestimmten Gewinn immer weniger Netto (und der Rentenkasse) bleibt, als bei einem gleich hohen Bruttogehalt, was bei den Stundensätzen entsprechend berücksichtigt werden muss.<br />
<br />
Ein Rechenbeispiel befindet sich hier:<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/225269#2263497<br />
<br />
Bei einem Vergleichsgehalt von 65.000 Euro Brutto muss danach im günstigsten Fall (längere Projektdauer, gute Auslastung, wenig Zeitverlust, kaum Fahrten zum Kunden) mindestens ein Stundensatz von 63,- Euro/Stunde erhoben werden. Um dasselbe Vergleichsbrutto mit ungünstigeren Projektbedingungen (100% vorort, längere Fahrten, Unterkunft und kurze Projekte mit mehr Zeitverlust fürs Suchen) müssten über 80 Euro / Stunde verrechnet werden.<br />
<br />
Typische Stundensätze im Bereich Engineering und IT liegen um 70,- bis 80,- die Stunde, für längere Einsätze in etwa 10,- darunter, für sehr kurze Einsätze im Bereich von Tagen bei 100,- bis 180,- Euro.<br />
<br />
<br />
<br />
== Vor- und Nachteile des Freiberuflertums ==<br />
=== Vorteile ===<br />
* theoretisch jederzeit freie Entscheidung über Art und Inhalt von Tätigkeiten, freie Zeitgestaltung und freie Ortswahl<br />
* günstigere und umsatzsteuerfreie Beschaffung von Berufsmitteln, Abschreibevorteile bei beruflich genutzten Gegenständen<br />
* volle Absetzbarkeit von Geschäftsausgaben, bei Geschäftswagen soweit beruflich genutzt<br />
* bei der Nutzung des Privat-PKW volle km-Pauschale bei Fahrten von Büro zum Kunden<br />
* volle Verpflegungsmehraufwände ohne Abzüge bei Pauschbeträgen<br />
* Befreiung von der Rentenversicherungspflicht<br />
* Möglichkeit, sich auch bei einem Jahreseinkommen unterhalb der Bemessungsgrenze privat krankenzuversichern<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* Haftung gegenüber dem Auftraggeber, gegenüber dem Gesetz und gegenüber bei geschäftlichen Vorgängen geschädigten Privatpersonen<br />
* stark marktabhängiges, eher unregelmässiges Einkommen<br />
* Aufträge müssen selbst gewonnen werden, keine Bezahlung, wenn keine Arbeit vorhanden<br />
* keine Lohnfortzahlung im Krankheitsfall<br />
* Ersatz von Arbeitszeit bei Projektwegfall<br />
* Notwendigkeit, eigene Betriebsmittel vorzuhalten und zu finanzieren<br />
* da kein Arbeitgeber vorhanden, keine Fahrtkostenerstattung, Verdienstausgleich oder Förderungen<br />
* keine Zuzahlungen zu Sozialabgaben<br />
* Schulungen und Weiterbildung müssen selbst finanziert werden<br />
* erheblich aufwändigere Steuererklärung<br />
<br />
=== Anmerkung ===<br />
Ein oft gehörtes Argument ist, der Freiberufler habe die Möglichkeit, sich privat zu versichern und damit Vorteile gegenüber Arbeitnehmern. Dies ist formell so nicht richtig, da sein Vorteil nur darin liegt, generell die Wahl zu haben, gesetzlich oder privat versichert zu sein, während der Angestellte diese Wahl nur ab einem Verdienst oberhalb der Bemessungsgrenze der KV (zur Zeit 44800,-) hat. Auch inhaltlich betrachtet ist das Argument keines, denn Freiberufler, die deutlich weniger, als die BG verdienen, können mit der (einkommensunabhängigen) privaten KV gegenüber der (aufgrund des geringen Einkommens des Freiberufler auch geringen) Beitragshöhe der gesetzlichen KV nicht viel sparen. Umgekehrt bringt bei einem sehr hohen Einkommen der Wahlvorteil auch nur geringen Wert, da die Krankenversicherung auch bei den freiwillig gesetzlich versicherten Selbständigen auf die BG gedeckelt ist.<br />
<br />
Dasselbe gilt für die Rentenversicherung: Dem Freiberufler steht es frei, in die gesetzliche RV einzuzahlen und später am allgemeinen Rententopf teilzuhaben oder er kann eine private RV abschließen.<br />
<br />
Da sowohl RV als auch KV bei privaten Verträgen unkalkulierbarer sind, können diese besser oder eben auch schlechter ausfallen, als die gesetzliche Absicherung. Der Vorteil, Freirufler zu sein, besteht also darin, die Wahl zu haben, ob man unabhängiger vom Staat sein will und ein gewisses Risiko eingehen möchte oder nicht. Für die Mehrheit der Freiberufler ist in den früheren Jahren das Risiko positiv ausgegangen. Sie haben von den geringen Beiträgen zur RV und KV profitiert. Aktuell scheint die Situation zu kippen: Jüngeren Freiberufler, die noch 20 Jahre oder mehr zu arbeiten haben, scheinen - ein normales Lebensalter von 90J vorausgesetzt - eher Nachteile zu haben.<br />
<br />
Der Umstand, dass viele Freiberufler bei den aktuell verschärften Marktbedingungen die Vorsorge vernachlässig haben, bewog die Bundesregierung, einen Rentenversicherungszwang anzudenken.<br />
<br />
== Links ==<br />
<br />
Vor- und Nachteile des Freiberuflertums:<br />
http://www.gulp.de/kb/org/berufumfeld/neid_was_haben_freiberufler.html<br />
<br />
Geplanter Rentenversicherungszwang für Selbständige: http://www.mikrocontroller.net/topic/259161#new<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
* [http://www.amazon.de/Privatrecht-Wolfgang-Kallwass/dp/3800637383/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1295516334&sr=8-1 Privatrecht] von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386; ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.<br />
* [http://www.fliptronics.com/consult.html About Consultancy], Tips für Freiberufler von einem Freiberufler, informativ und witzig, engl.<br />
<br />
[[Kategorie:Beruf und Wirtschaft]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Blutzuckermessger%C3%A4t_Bayer_Contour_Datenkabel&diff=82359Blutzuckermessgerät Bayer Contour Datenkabel2014-03-29T19:45:07Z<p>Rfr: /* Programmierung des FTDIs */</p>
<hr />
<div>== Datenkabel Spezifikation ==<br />
Die Spezifikation des Datenkabels ist in einem pdf der Firma Bayer zu finden:<br />
[http://userportal.iha.dk/~jrt/BayerContour/MeterInterface.pdf Datenkabel Spezifikation]<br />
<br />
Dabei handelt es sich um ein RS232-Adapterkabel. Im Datenkabel ist aber mindestens noch ein Widerstand drinne. Wie genau das Innere verschaltet ist, hab ich noch nicht ganz verstanden. Das Innere des Messgerätes benutzt eine Trickschaltung, damit die -15V nicht selber erzeugt werden müssen.<br />
<br />
'''Der Innere Schaltplan der Trickschaltung'''<br />
<br />
[[Bild:ContourSchaltplanInnen.png|400px]]<br />
<br />
Es geht aber auch einfacher und gleich mit USB.<br />
<br />
== USB-Datenkabel Nachbau ==<br />
Benötigt werden:<br />
* FTDI-Chip FT232RL<br />
* USB-Kabel oder Buchse (im Schaltplan Mini-USB-Buchse)<br />
* 3 Kondensatoren 100n (4 wenn noch ein Ferrit in die Versorgungsspannung eingebaut wird)<br />
* 1 Widerstand 200KOhm<br />
* 1 altes Köpfhörer Kabel 3,5mm Klinke 3 Polig<br />
* Wer Status-LEDs möchte, 2LEDs + Vorwiderstand<br />
<br />
'''Der Schaltplan'''<br />
<br />
[[Bild:ContourSchaltplan.png|400px]]<br />
<br />
Kleine Platine dafür: [[Datei:Eagle_Bayer-Datenkabel.zip]]<br />
<br />
== Programmierung des FTDIs ==<br />
<br />
Als Erstes braucht ihr die Treiber und das Programm FT_PROG. Das bekommt ihr auf der FTDI Seite: [http://www.ftdichip.com/Drivers/VCP.htm Treiber] [http://www.ftdichip.com/Resources/Utilities.htm#FT_Prog FT-PROG] <br />
<br />
Nachdem ihr die Treiber installiert habt, führt ihr FT_PROG aus. (Unter Vista und Win7 als Administrator ausführen)<br />
<br />
[[Bild:ContourFT_PROG.PNG|400px]]<br />
<br />
*1. F5 oder mit der Maus auf die Lupe drücken und es werden alle FTDI-ICs die am System angemeldet sind im "Device Tree" aufgelistet.<br />
*2. Auf Hardware_Specific drücken<br />
*3. Auf Invert_RS232_Signals<br />
*4. Hinter Invert TXD einen Haken setzen<br />
*5. Strg+P drücken oder auf den Blitz klicken, dann öffnet sich das Programmierfenster<br />
*6. Haken bei dem zu Programmierenden FTDI-Chip machen<br />
*7. Auf dem Knopf "Program" drücken<br />
<br />
Danach das Programm beenden und das USB-Kabel einmal herraus ziehen und wieder hineinstecken, Fertig.<br />
<br />
=== Getestet mit folgenden Programmen: ===<br />
<br />
* SiDiary 6<br />
* SugarBook 3<br />
<br />
=== Messgeräte die Funktionieren: ===<br />
<br />
* Contour (getestet)<br />
* Contour Link (getestet)<br />
<br />
'''Möglich (wenn gleiche Innenbeschaltung):'''<br />
* Ascensia Contour (ungetestet)<br />
* Ascensia Elite XL (ungetestet)<br />
* Breeze (ungetestet)<br />
<br />
== Bilder der Platine ==<br />
Auf der oberen Seite gehören dazu Q1, Q2, D4<br />
<br />
Auf der unteren Seite die 3x 10KOhm Widerstände neben dem Stecker. Die Leitungen verlaufen unterm Piezo und dann links neben dem IC3.<br />
<br />
[[Bild:ContourPlatineUnten.JPG|300px]][[Bild:ContourPlatineOben.JPG|300px]]<br />
<br />
[[Kategorie:Projekte]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Forth&diff=78587Forth2013-09-21T08:54:30Z<p>Rfr: Korrektur Schreibfehler</p>
<hr />
<div>'''Forth''' ist eine stackorientierte Programmiersprache, die von Chuck Moore entwickelt und später auch in Hardware implementiert wurde.<br />
<br />
Forthprogramme bestehen üblicherweise aus sehr vielen, sehr kurzen Unterprogrammen, was gut geschriebene Programme sehr übersichtlich macht. Weil Parameter über einen separaten Datenstack übergeben werden, beeinträchtigt diese Programmierweise die Ausführungsgeschwindigkeit im Gegensatz zu anderen Hochsprachen nicht wesentlich.<br />
<br />
Der Grundumfang von Forth ist sehr elementar (Implementierungen samt Interpreter/Compiler haben meist wenige kByte), trotzdem werden auch riesige Projekte darin realisiert, da die Sprache extrem ihre eigene Erweiterung unterstützt. Es heißt, am Anfang eines Projektes würde aus Forth zunächst eine auf das Problem zurechtgeschnittene Sprache geschaffen. Es ist vor allem diese fremde Herangehensweise, die viele erfahrene Programmierer von dieser Sprache abschreckt.<br />
<br />
Die besonderen Reize von Forth für die Mikrocontrollerprogrammierung liegen<br />
<br />
# in der Kompaktheit des Codes (die heftige Wiederverwendung von kleinsten Codesegmenten kann man in anderen Hochsprachen aus Performancegründen nicht realisieren)<br />
# in der Bandbreite von hardwarenahen Operationen bis zu komplexen Aufgaben<br />
# in der Interaktivität: Über eine serielle Verbindung mit dem Controller kann man direkt den Interpreter auf dem µC nutzen, um direkte Hardwarezugriffe zu steuern oder Programmteile zu testen; es entfällt der Umweg über Debugcode->Compilieren->Flashen->Testen. Diesen Vorteil büßen viele µC-Implementierungen von Forth aber ein, indem sie die Compilierung in den Entwickler-PC verlagern; dabei sinkt zwar die Codegröße (Befehlsnamen etc. müssen nicht mehr im Flash stehen), aber es lässt sich nicht mehr interaktiv debuggen.<br />
<br />
Durch diese Eigenschaften findet man Forth-Derivate an vielen Stellen, von HP-Taschenrechnern bis zu OpenFirmware. Die von Forth Inc. geschaffenen Chipimplementierungen (die also Forth als Maschinensprache verstehen und etwa beide Stacks in Hardware implementieren) gelten als effektivste Controller, die also das günstigste Verhältnis von erzielbarer Rechenleistung und Anzahl der Transistoren aufweisen.<br />
<br />
Einer weiteren Verbreitung von Forth standen allerdings vor allem die späte Standardisierung und die Hardwareabhängigkeit des Codes im Wege.<br />
<br />
Forth unterscheidet prinzipiell nicht zwischen Programm und Daten, was bei Implementierungen auf Prozessoren mit [[Harvard-Architektur]] wie AVR etwas hinderlich ist.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* Weitere Informationen zur Sprache Forth findet man auf [http://de.wikipedia.org/wiki/Forth_(Programmiersprache) Wikipedia]<br />
* [http://www.forth-ev.de/ Forth-Gesellschaft e.V.] <br />
<br />
* ARM<br />
** [http://pygmy.utoh.org/riscy/ Riscy Pygness] - Pygmy Forth for the [[ARM]]<br />
** [http://www.forth-ev.de/article.php/20080312083818313 hForth-IAR Port of hForth] für AT91SAM7<br />
<br />
* AVR<br />
** [http://claymore.engineer.gvsu.edu/%7Esteriana/Software/pfavr/index.html PFAVR] - eine ANS Forth Anpassung für [[AVR]] (req.: min. 13K words FLASH and 32Kbytes external RAM)<br />
** [http://krue.net/avrforth/ avrforth] von Daniel Kruszyna<br />
** [http://amforth.sourceforge.net amforth] Forth für [[AVR]] Atmega µC (req: nur der Mikrocontroller)<br />
** [http://www.mikrocontroller.net/topic/94193 Forth-Computer mit ATMega 32 und Videoausgabe] - Forumsbeitrag von Christian Berger<br />
** [http://www.forth-ev.de/filemgmt/singlefile.php?lid=134 Vierte Dimension Sonderheft AVR], 2007<br />
** [http://www.forth-ev.de/article.php/20110423154127859 Neues von amForth (Erich Waelde)]. Video und Folien von der Forth Tagung 2011 in Goslar <br />
<br />
* AVR und PIC:[http://flashforth.sourceforge.net/ -- ein Forth für AVR und PIC]<br />
<br />
* Arduni Yún & Raspberry Pi<br />
** [http://thebeez.home.xs4all.nl/4tH/ 4th - ein Forth-Compiler für viele Systeme]<br />
<br />
* MSP430<br />
** [http://www.camelforth.com/page.php?8 CamelForth/430 ], ein ANS Forth für TI [[MSP430]]<br />
** [http://mecrisp.sourceforge.net/ Mecrisp MSP430 Forth]<br />
* R8C<br />
** Anpassung von [http://www.jwdt.com/~paysan/gforth.html Gforth] EC für [[R8C]]<br />
<br />
[[Category:Programmiersprachen]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Forth&diff=78586Forth2013-09-21T08:53:47Z<p>Rfr: Ergänzung Links Flashforth</p>
<hr />
<div>'''Forth''' ist eine stackorientierte Programmiersprache, die von Chuck Moore entwickelt und später auch in Hardware implementiert wurde.<br />
<br />
Forthprogramme bestehen üblicherweise aus sehr vielen, sehr kurzen Unterprogrammen, was gut geschriebene Programme sehr übersichtlich macht. Weil Parameter über einen separaten Datenstack übergeben werden, beeinträchtigt diese Programmierweise die Ausführungsgeschwindigkeit im Gegensatz zu anderen Hochsprachen nicht wesentlich.<br />
<br />
Der Grundumfang von Forth ist sehr elementar (Implementierungen samt Interpreter/Compiler haben meist wenige kByte), trotzdem werden auch riesige Projekte darin realisiert, da die Sprache extrem ihre eigene Erweiterung unterstützt. Es heißt, am Anfang eines Projektes würde aus Forth zunächst eine auf das Problem zurechtgeschnittene Sprache geschaffen. Es ist vor allem diese fremde Herangehensweise, die viele erfahrene Programmierer von dieser Sprache abschreckt.<br />
<br />
Die besonderen Reize von Forth für die Mikrocontrollerprogrammierung liegen<br />
<br />
# in der Kompaktheit des Codes (die heftige Wiederverwendung von kleinsten Codesegmenten kann man in anderen Hochsprachen aus Performancegründen nicht realisieren)<br />
# in der Bandbreite von hardwarenahen Operationen bis zu komplexen Aufgaben<br />
# in der Interaktivität: Über eine serielle Verbindung mit dem Controller kann man direkt den Interpreter auf dem µC nutzen, um direkte Hardwarezugriffe zu steuern oder Programmteile zu testen; es entfällt der Umweg über Debugcode->Compilieren->Flashen->Testen. Diesen Vorteil büßen viele µC-Implementierungen von Forth aber ein, indem sie die Compilierung in den Entwickler-PC verlagern; dabei sinkt zwar die Codegröße (Befehlsnamen etc. müssen nicht mehr im Flash stehen), aber es lässt sich nicht mehr interaktiv debuggen.<br />
<br />
Durch diese Eigenschaften findet man Forth-Derivate an vielen Stellen, von HP-Taschenrechnern bis zu OpenFirmware. Die von Forth Inc. geschaffenen Chipimplementierungen (die also Forth als Maschinensprache verstehen und etwa beide Stacks in Hardware implementieren) gelten als effektivste Controller, die also das günstigste Verhältnis von erzielbarer Rechenleistung und Anzahl der Transistoren aufweisen.<br />
<br />
Einer weiteren Verbreitung von Forth standen allerdings vor allem die späte Standardisierung und die Hardwareabhängigkeit des Codes im Wege.<br />
<br />
Forth unterscheidet prinzipiell nicht zwischen Programm und Daten, was bei Implementierungen auf Prozessoren mit [[Harvard-Architektur]] wie AVR etwas hinderlich ist.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* Weitere Informationen zur Sprache Forth findet man auf [http://de.wikipedia.org/wiki/Forth_(Programmiersprache) Wikipedia]<br />
* [http://www.forth-ev.de/ Forth-Gesellschaft e.V.] <br />
<br />
* ARM<br />
** [http://pygmy.utoh.org/riscy/ Riscy Pygness] - Pygmy Forth for the [[ARM]]<br />
** [http://www.forth-ev.de/article.php/20080312083818313 hForth-IAR Port of hForth] für AT91SAM7<br />
<br />
* AVR<br />
** [http://claymore.engineer.gvsu.edu/%7Esteriana/Software/pfavr/index.html PFAVR] - eine ANS Forth Anpassung für [[AVR]] (req.: min. 13K words FLASH and 32Kbytes external RAM)<br />
** [http://krue.net/avrforth/ avrforth] von Daniel Kruszyna<br />
** [http://amforth.sourceforge.net amforth] Forth für [[AVR]] Atmega µC (req: nur der Mikrocontroller)<br />
** [http://www.mikrocontroller.net/topic/94193 Forth-Computer mit ATMega 32 und Videoausgabe] - Forumsbeitrag von Christian Berger<br />
** [http://www.forth-ev.de/filemgmt/singlefile.php?lid=134 Vierte Dimension Sonderheft AVR], 2007<br />
** [http://www.forth-ev.de/article.php/20110423154127859 Neues von amForth (Erich Waelde)]. Video und Folien von der Forth Tagung 2011 in Goslar <br />
<br />
* AVR und PIC:[http://flashforth.sourceforge.net/] -- ein Forth für AVR und PIC<br />
<br />
* Arduni Yún & Raspberry Pi<br />
** [http://thebeez.home.xs4all.nl/4tH/ 4th - ein Forth-Compiler für viele Systeme]<br />
<br />
* MSP430<br />
** [http://www.camelforth.com/page.php?8 CamelForth/430 ], ein ANS Forth für TI [[MSP430]]<br />
** [http://mecrisp.sourceforge.net/ Mecrisp MSP430 Forth]<br />
* R8C<br />
** Anpassung von [http://www.jwdt.com/~paysan/gforth.html Gforth] EC für [[R8C]]<br />
<br />
[[Category:Programmiersprachen]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Konstantstromquelle&diff=68425Konstantstromquelle2012-09-19T18:48:20Z<p>Rfr: </p>
<hr />
<div>Eine '''Konstantstromquelle''' ist eine Schaltung, deren Zweck es ist, den Strom durch eine Last (z.&nbsp;B. eine [[LED]]) möglichst konstant zu halten, das heißt Änderungen des Stroms durch Variationen der Betriebsspannung und/oder des Lastwiderstands entgegen zu wirken.<br />
<br />
Es gibt viele verschiedene Schaltungen, die zu diesem Zweck eingesetzt werden. Sie unterscheiden sich in ihrer Präzision, der minimalen und maximalen Betriebsspannung, und dem Bauteilaufwand. Es sollen hier nur einige besonders einfache Schaltungen vorgestellt werden.<br />
<div class="toclimit-2"><br />
__TOC__<br />
</div><br />
<br />
== Konstantstromquelle mit J-FET ==<br />
<br />
=== Beschreibung ===<br />
<br />
Eine sehr einfache Konstantstromquelle lässt sich mit einem [[FET|JFET]] realisieren. Der resultierende Strom ist durch den verwendeten FET bestimmt, dabei wird die Eigenschaft genutzt, dass der JFET selbstleitend ist, also bei einer Gate-Source-Spannung von 0V seinen maximal möglichen Strom leitet und bei ansteigender negativer Gate-Source-Spannung U_GS den Drain-Source-Kanal zunehmend abschnürt. Es werden Bauteile angeboten, bei denen die Verbindung zwischen Gate und Source des FET schon intern vorgenommen wurde (Konstantstromdiode, engl. current regulator diode). Diese werden mit engeren Toleranzen gefertigt und erlauben daher eine genauere Definition des Stroms. Außerdem benötigen diese keinen Widerstand in der Sourceleitung und brauchen damit weniger Spannungsabfall zum Betrieb.<br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
<br />
* Großer Betriebsspannungsbereich, nach oben nur durch die maximale Drain-Source-Spannung (V_DS) des FETs und seine maximale Verlustleistung begrenzt.<br />
* Einfachster Aufbau<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
<br />
* Beeinflussung durch Toleranzen der Fertigungsparameter des FET, typ. +/- 10%<br />
* hohe Sättigungsspannung über dem FET, typ. 1-3V<br />
* nur mäßig temperaturstabil<br />
* selbstleitende FETs für Ströme größer als 30mA sind selten und entsprechend teuer<ref>Es gibt aber einige Depletion-Mode Mosfets mit sehr hohen Sperrspannungen und z.T. auch grösseren Strömen.</ref><br />
<br />
=== Schaltung ===<br />
<br />
[[Bild:Konstantstrom.gif]]<br />
<br />
=== Weblinks ===<br />
* [http://www.vishay.com/docs/70596/70596.pdf Vishay AN103 - The FET Constant-Current Source/Limiter]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0207011.htm ELKO: FET als Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm ELKO: Der Transistor-LED-und der FET-Konstantstromzweipol]<br />
* [//home.arcor.de/slotracingtechnik/homepage/bd256b.htm Konstantstromquelle für Leuchtdioden mit dem BF256B --> derzeit nicht verfügbar]<br />
* [[Mosfet-Übersicht#N-Kanal J-FET | Liste von J-FETs]]<br />
* [http://search.datasheetcatalog.net/key/LM334 LM334] betagter, aber guter IC, programmierbare Konstantstromquelle mit 1µA-10mA, 0,8-1V Spannungsabfall, kann per Transistor auf deutlich größere Ströme erweitert werden.<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit bipolaren Transistoren ==<br />
<br />
[[Datei:Ksq.png|thumb|right|231px|U<sub>BE</sub>-Konstantstromquelle]]<br />
Die auch als U<sub>BE</sub>-Konstantstromquelle bekannte Stromquelle funktioniert folgendermassen:<br />
<br />
Wenn die Spannung über R1 die Basis-Emitter-Flussspannung (verwendeter BC546: 0,6V) von T2 überschreitet, schaltet T2 durch. Dadurch wird die Basis von T1 geräumt und damit gesperrt. Der Strom durch T1 und damit die Spannung über R1 sinkt, wodurch T2 wieder zu sperren beginnt, was T1 wieder leiten lässt. So pendelt diese Schaltung auf die konstante BE-Spannung von ca. 0,6..0,7V – je nach verwendetem Transistor – über R1 ein. Weil R1 konstant ist hat dies einen konstanten Strom durch T2 zur Folge.<br />
R1 berechnet sich daher wie folgt:<br />
<br />
:<math><br />
\begin{align}<br />
R & = \frac{U}{I}\\<br />
R1 & = \frac{U_{BE,T2}}{I_{\text{soll}}} = \frac{0.6\text{V}}{I_{\text{soll}}}<br />
\end{align}<br />
</math><br />
<br />
R2 wird so ausgelegt, dass T1 grundsätzlich sättigen kann. Siehe dazu [[Basiswiderstand]]. Ein guter Richtwert bei 5V Vcc ist 4,7kΩ.<br />
<br />
Anstatt '''T2''' kann auch eine Leuchtdiode verwendet werden, dazu den Basisanschluss weglassen. Die LED leuchtet auf, wenn die Stromquelle regelt, und verlischt bei Leerlauf. So lassen sich einfache Konstantstrom-Ladegeräte mit Kontrollanzeige aufbauen.<br />
<br />
Eine temperaturstabile Präzisions-Stromquelle entsteht durch Ersetzen von '''T2''' durch einen TL431[http://www.mikrocontroller.net/part/TL431].<br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
* gut bei niedriger Betriebsspannung, da Schaltung bereits mit kleiner Restspannung von<br />
:: <math>U_{BE,T2}+U_{CE,T1} \approx 0{,}65\,\text{V}+0{,}15\,\text{V}</math><br />
: am Transistor läuft und die Regelung auch dann erfolgt, wenn nur noch wenige hundert mV zwischen Kollektor und Emitter des Transistors T1 anliegen.<br />
* Ausschließlich "Allerweltsteile", d.h. kann aus Resten aus der Bastelkiste aufgebaut werden<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* nicht temperaturkompensiert. Strom schwankt um <br />
:: <math>\frac{\Delta U_{BE}}{R1} \quad\text{ mit }\quad \Delta U_{BE} \left(\Delta\vartheta\right) \approx -1{,}7 \,\frac{\text{mV}}{\text{K}} \cdot \Delta\vartheta</math><br />
: Das sind etwa 2,6% pro 10°C<br />
<br />
[[Datei:Ksq_2T_sim.svg|thumb|right|300px|Analyse bei steigender Versorgungsspannung]]<br />
<br />
=== Weblinks ===<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm ELKO: Transistor als Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/currled.htm ELKO: Die Transistor-LED-Konstantstromquelle mit ein oder zwei Transistoren und Konstantstromquelle mit Bandgap und Opamp]<br />
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm ELKO: Der Transistor-LED-und der FET-Konstantstromzweipol]<br />
* [http://www.ferromel.de/tronic_6.htm Verschiedene Konstantstromquellen mit Beschreibung]<br />
* [http://www.elexs.de/kap5_9.htm Konstantstromquelle bei ELEXS]<br />
{{Absatz}}<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Operationsverstärker und Transistor ==<br />
<br />
[[Datei:Ksq_opv.png|thumb|right|231px|Konstantstromquelle mit OPV und Bipolartransistor]]<br />
<br />
Der Strom, welcher konstant gehalten werden soll, wird durch R2 gemessen (Shunt). Der OPV arbeitet als Spannungsfolger und versucht, die Spannung am - Eingang so groß wie am + Eingang zu halten. Ist z.B. die Spanunng am - Eingang etwas kleiner als am + Eingang (Bruchteile von mV!), dann steigt die Ausgangsspannung des OPV um einige mV und erhöht damit die Basis-Emitter-Spannung von T1 und damit den Basisstrom. Dadurch fließt ein höherer Kollerktorstom, welcher wiederum einen höheren Spannungsabfall über R2 verursacht, bis die Spannungen am - und + Eingang des OPV wieder absolut gleich sind (die Offsetspannung wird hier zunächst vernachlässigt). Die Beispielschaltung hier ist bei ausreichender [[Kühlkörper|Kühlung]] für T1 für ca. 1A brauchbar. Der Strom wird mit 0-100mV eingestellt.<br />
<br />
Nachteilig ist, dass der Basisstrom von T1 nicht durch die Last fließt, aber durch R2 und somit die Konstantstromregelung verfälscht. Als Gegenmaßnahme nutzt man einen Darlingtontransistor mit sehr hoher Stromverstärkung von 1000 und mehr, was bedeutet, dass der verfälschende Basisstrom nur noch 1 Promille Fehler verursacht. Oder noch besser einen MOSFET, dieser hat Gateströme (Leckströme) im Bereich von unter einem Mikroampere. Dieser Fehler fällt bei 99,9% der Anwendungen nicht ins Gewicht. Prüfen sollte man dabei, dass der MOSFET für [[FET#Linearbetrieb_von_MOSFETs | Linearbetrieb]] geeignet ist, denn das sind viele Hochleistungs-MOSFETs nicht! Hier wird noch ein zusätzlicher Widerstand vor dem Gate des MOSFETs geschaltet, um die hohe Kapazität des Gates vom OPV-Ausgang zu entkoppeln, welche viele OPVs wieder instabil machen würde.<br />
<br />
[[Datei:Ksq_opv_mosfet.png|thumb|right|231px|Konstantstromquelle mit OPV und MOSFET]]<br />
<br />
Wichtig sind R1 und C1. In vielen Schaltungen im Internet fehlen sie, die Spannung über R2 geht direkt an den - Eingang des OPV. Das ist aber falsch und funktioniert oft nur durch Zufall. Denn R1 und C1 sind wichtig zu Frequenzgangkompensation des OPV. Die Schaltung ist ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Regelkreis Regelkreis] und diese sind für notorische Instabilitäten bekannt, d.h. sie schwingen. Durch Rechnung oder Probieren muss der richtige Wert für R1 und C1 gefunden werden, bei der die Stromquelle ausreichend schnell regiert ohne zu schwingen. Testen kann man das u.a. dadurch, dass man einen Sprung auf den Eingang gibt, z.B. mit einem Funktionsgenerator oder einfach einem NE555 als Taktgeber. Dabei beobachtet man die Spannung über R2 mit dem Oszilloskop, ggf. auch am Ausgang des OPV. Hier sieht man wie schnell die Stromquelle reagiert und ob sie schwingt.<br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
* Größe Ströme können sehr genau und schnell geregelt werden, nur durch T1 und dessen Kühlung begrenzt<br />
* einfacher Aufbau mit Standardkomponenten<br />
* wird oft als Stromregler in elektronischen Lasten benutzt<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
* bei sehr hohen Stömen muss man eine Vierdrahtmessung an R2 vornehmen<br />
* hohe Verlustleistung bei kleinen Lastwiderständen und hoher Betriebsspannung (lineare Stromquelle)<br />
* nur Einquadrantenbetrieb möglich<br />
<br />
=== Weblinks ===<br />
*Analog by Design Show - Hosted by Bob Pease<br />
** [http://www.youtube.com/watch?v=411f0DvXu18 Konstantstromquellen]<br />
** [http://www.youtube.com/watch?v=2N6cjGS7lUE Präzise 1A Konstantstromquelle ]<br />
<br />
== Stromspiegel als Konstantstromquelle ==<br />
<br />
[[Datei:Stromspiegel als Konstantstromquelle.svg|miniatur|Stromspiegel mit Widerstand]]<br />
Bei stabiler Versorgungsspannung eignet sich ein Stromspiegel mit Widerstand als Spannungs-Stromwandler und findet sich beispielsweise in älteren Operationsverstärkern wie dem LM741. Das Konzept des Stromspiegels wird an dieser Stelle nicht weiter erläutert.<br />
<br />
Die Widerstände R2 und R3 reduzieren die Auswirkungen von Bauteiltoleranzen und der Temperaturdrift. Als grober Richtwert sollte deren Spannungsabfall 0,2 V oder mehr betragen. T1 und T2 sind identische Transistortypen (z.B. BC557B), die idealerweise von einer Bauteilrolle stammen.<br />
<br />
Bei geeigneter Wahl von R2 und R3 oder Parallelschaltung von Transistoren wird aus dem Stromspiegel ein Stromvervielfacher. Bei gleichen Transistoren und gleichen Widerständen entsteht ein 1:1 Stromspiegel.<br />
<br />
Berechnung:<br />
<br />
U<sub>B</sub> und der gewünschte Strom I sind bekannt<br />
<br />
:<math>I_{ref} = \frac{U_B - 0{,}65 V}{R1+R2}</math> (Ausgangsformel)<br />
:<math>R3 = R2</math> (1:1 Stromspiegel)<br />
:<math>I = I_{ref}</math><br />
:<math>R1 + R2 = R_g = \frac{U_B - 0{,}65 V}{I}</math><br />
:<math>U_{R2} \approx 0{,}2 V</math><br />
:<math>R2 = \frac{U_{R2}}{I}=\frac{0{,}2 V}{I}</math><br />
:<math>R1 = R_g - R2</math><br />
<br />
=== Vorteile ===<br />
<br />
* wenige, günstige Bauteile<br />
* sehr einfache Konstruktion<br />
* mäßiger Spannungsabfall (ca. 1V)<br />
* schnell da keine ausgeprägte Rückkopplung vorhanden<br />
* zur Stromsenke umformbar (Überkopf stellen und npn-Typen verwenden)<br />
<br />
=== Nachteile ===<br />
<br />
* geringer Wirkungsgrad, doppelt wegen Referenzstrom<br />
* mäßig hoher Quellenwiderstand (einfacher Stromspiegel)<br />
<br />
== PTAT-Konstantstromquelle ==<br />
<br />
:→ siehe [[PTAT-Stromquelle]]<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Linearreglern ==<br />
<br />
=== Grundschaltung mit LM317 ===<br />
<br />
[[Bild:LM317_constant_current.png|thumb|right|280px|Konstantstromquelle mit LM317]]<br />
<br />
Eine sehr einfache, günstige und doch genaue Konstantstromquelle kann mittels LM317 aufgebaut werden. Für einen LED Strom von 20mA ist ein R1 von 62,5 Ω erforderlich, praktisch wird man 68Ω wählen. Dabei ist zu beachten, daß die Eingangsspannung ''V''<sub>in</sub> mindestens 3,5V + ''U''<sub>f,LED</sub> (Flußspannung der LED) betragen muss.<br />
{{Absatz}}<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
<br />
* temperaturstabil<br />
* sehr wenige, billige Bauteile<br />
<br />
==== Nachteile ====<br />
<br />
* Überschwinger beim Einschalten können vorkommen, so dass sensible Lasten zerstört werden können.<br />
* Hohe Spannungsabfall über der Schaltung von mind. 3,5V<br />
* Verlustleistung<br />
:: <math>PV_\text{LM317} = I_\text{out}\cdot (V_\text{in}- U_\text{f,LED} -1,25\,\mathrm V)</math><br />
* Abhängig vom Gehäuse ist bei höheren Eingangsspannungen ein [[Kühlkörper]] am LM317 nötig:<br />
** TO220: 1W<br />
** TO92: 500mW<br />
** SO-8: 600mW<br />
* Bei niedrigen Strömen unter 3.5 mA ungenau (min. Load Current 3.5 mA laut Datenblatt)<br />
<br />
==== Schrittweise einstellbare Variante ====<br />
<br />
Eine schrittweise voreinstellbare Variante der Grundschaltung wurde 2008 von einem Mitarbeiter von National Semiconductor (Hersteller des LM317) im EDN-Magazin vorgestellt: [http://www.edn.com/contents/images/6566536.pdf Programmable current source requires no power supply]. Dabei ist hier mit ''programmable'' manuell voreinstellbar gemeint, nicht Mikrocontroller-gesteuert. Auch der Teil des Titles ''requires no power supply'' ist irreführend. Die Konstantstromquelle benötigt sehr wohl eine externe Stromversorgung. Die Schaltung benötigt lediglich keine zusätzlichen Hilfsspannungen, entspricht sie doch der oben genannten Grundschaltung.<br />
<br />
Mittels dreier 0−9 BCD-Schalter werden geschickt gewählte Widerstände zwischen ADJ und OUT parallel geschaltet. Die Widerstände sind so gewählt, dass der erste Schalter mit seinen zehn Stellungen und Widerständen zwischen 0 mA und 9 mA in 1 mA Schritten zum Gesamtstrom beiträgt, der zweite 0 mA bis 90 mA in 10 mA Schritten und der dritte 0 mA bis 900 mA in 100 mA Schritten. <br />
<br />
In dieser Kombination ergibt das eine einstellbare Konstantstromquelle bis 999 mA in 1mA-Schritten bei rund 2% Genauigkeit.<br />
<br />
Insgesamt werden <br />
<br />
* 45 Widerstände, alle 1%, 1/4 W<br />
** 15 × 1,24 kΩ<br />
** 15 × 124 Ω<br />
** 15 × 12,4 Ω<br />
* ein LM317<br />
* drei 0−9 BCD-Schaltern und<br />
* Gehäusematerial (Gehäuse, Kühlkörper für den LM317, Polklemmen, ...)<br />
benötigt.<br />
<br />
Der LM317 wird bei dieser einstellbaren Stromquelle gerade noch innerhalb seiner Spezifikation betrieben - wenn man den Spannungsabfall über ihn gering hält. Im Stromquellen-Beispiel im Datenblatt wird ein maximaler Widerstand von 120 Ω genannt, wohingegen die einstellbare Stromquelle bis zu 1,24 kΩ (nominell 1 mA Ausgangsstrom) und ∞ Ω (offen, nominell 0 mA Ausgangsstrom) verwendet. Mit etwas Geduld kann man aus dem Datenblatt herauslesen, dass 1,24 kΩ gerade noch ausreichen, damit die Regelung des LM317 nicht aussetzt. Dies findet man im Datenblatt in der Grafik ''Minimum Operating Current'' und im Beispiel ''1.2V-20V Regulator with Minimum Program Current''. Mit ∞ Ω ist man definitiv außerhalb des Arbeitsbereiches.<br />
<br />
Der Strom bei der Einstellung 000 mA (Widerstand → ∞ Ω, d.h. offen) entspricht nicht 0,0 mA, sondern dem Strom aus dem ADJ-Anschluss für den nicht spezifizierten Fall, dass der LM317 außerhalb seines Arbeitsbereiches betrieben wird. Die im Datenblatt angegebenen 50 µA (typ.), 100 µA (max.) für den Arbeitsbereich können dabei je nach Exemplar überschnitten werden und sind nicht konstant. <br />
<br />
Die Messung an neueren Chargen (gefertigt nach 2006) des LM317 diverser Hersteller zeigt, dass auch 1mA nicht sicher erreichbar sind. Es ist vielmehr so, das diese KSQ erst korrekt ab 003 mA bis hoch zu den 999 mA funktioniert. Das heißt konkret, die Einstellungen 000 mA, 001 mA und 002 mA sind nicht mehr stromstabilsiert. Das sollte man beachten, sofern man unbedingt den LM317 bei sehr kleinen Strömen einsetzen möchte.<br />
<br />
In der Praxis lohnt es sich besonders bei kleinen Strömen ein Strommessgerät in Reihe zu schalten. Dabei ist Vorsicht bei billigen Multimetern geboten<ref>Bei billigen Multimetern ist auch aus anderen Gründen immer Vorsicht geboten. Siehe [http://gps.sozialnetz.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaaaaajxn Schwerpunktaktion „Handmultimeter“ der hessischen Marktüberwachung ...]</ref>. Deren niedrige Strommessbereichen sind häufig mit einer 200 mA oder 250 mA Schmelzsicherung abgesichert. Schaltet man die Stromquelle versehentlich über 200 mA, beziehungsweise 250 mA, ist ein Sicherungswechsel fällig.<br />
<br />
==== Weblinks ====<br />
<br />
* National Semiconductor Datenblatt [http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf LM117/LM317A/LM317 3-Terminal Adjustable Regulator]<br />
* [http://www.roboternetz.de/phpBB2/konstantstrom.php Passenden Widerstand für Konstantstromschaltung mit LM317 berechnen]<br />
* [http://www.lumitronixforum.de/viewtopic.php?t=2611&highlight=lm317 Einfachste Konstantstromquelle mit dem LM317]<br />
* [http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlung/Strom/Quelle/Stromquelle.html Konstantstromquelle bis 3A mit LM2576]<br />
*[http://www.edn.com/contents/images/6566536.pdf Programmable current source requires no power supply]<br />
<br />
==== Preise ====<br />
<br />
; LM317:<br />
* TO3: 1,90 €<br />
* TO-220: < 0,25 €<br />
* TO-92: < 0,15 €<br />
* SO-8: < 0,20 €<br />
<br />
=== Andere Linearregler ===<br />
<br />
Der zuvor beschriebene LM317 eignet sich besonders gut als Stromquelle, da er seine Regelspannung auf der 'high-side' erwartet (1,25 V zwischen Vout und ADJ) und man den Regelpfad als Konstantstrompfad missbrauchen kann (ADJ als Ausgang nach GND, wobei der Strom über den Widerstand und nicht von ADJ geliefert wird)).<br />
<br />
==== Mittels Shunt und Messverstärker ====<br />
<br />
Die meisten anderen Linearregler messen ihre Regelspannung im Bezug auf GND. Um einen solchen Regler als Konstantstromquelle zu benutzen, kann man einen Stromsensor und einen Messverstärker verwenden. Letzterer steuert dann die Regelung des Linearreglers. Maxim hat in [http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/921] ein Beispiel veröffentlicht, das so oder so ähnlich auch mit anderen Linearreglern funktioniert. Maxim misst den Strom auf der Eingangsseite. Vorteil: der Innenwiderstand des Ausgangs des Linearreglers wird durch den Messwiderstand nicht erhöht. Nachteil: Der Eigenverbrauch des Linearreglers wird mitgemessen.<br />
<br />
Man kann den Strom auch auf der Ausgangsseite messen.<br />
<br />
Das gleiche Prinzip funktioniert für Schaltregler, siehe zum Beispiel [[#LM2576_Step_Down| LM2576 Step Down]] auf dieser Seite.<br />
<br />
==== Im Regelpfad - High-Side ====<br />
<br />
.-----------.<br />
VCC IN | | OUT<br />
------------o o------>----.<br />
| | I | |<br />
| | | |<br />
| | .-. |<br />
| | | | |<br />
| | | | Rload, R1 |<br />
| | '-' |<br />
| | | |<br />
| | FB | |<br />
| o------<----o |Vout<br />
| | Iref | | |<br />
| | | | |<br />
| | .-. | |<br />
| | | | | Vref |<br />
| | | | R2 | |<br />
'-----o-----' '-' | |<br />
| GND | | |<br />
| | | |<br />
=== === v v<br />
GND GND<br />
<br />
<br />
Iref << I<br />
<br />
<br />
Die meisten einstellbaren Linearregeler werden durch einen Spannungsteiler (R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub>) zwischen Ausgangsspannung (V<sub>out</sub>) und Masse (GND) eingestellt. Der Spannungsteiler wird dabei so dimensioniert, dass eine vorgegebene Spannung V<sub>ref</sub> (meist 1,25 V) gegen GND an der Anzapfung des Spannungsteilers abfällt, die dann zum Regeleingang des Linearreglers geführt wird. Dabei wird üblicherweise angenommen, dass der Strom I<sub>ref</sub> in den Regler hinein vernachlässigbar ist.<br />
<br />
Dann gilt für den Strom I im Spannungsteiler:<br />
<br />
:<math>I = I_{R_1} = I_{R_2} = \frac{V_\text{out}}{R_1 + R_2}</math><br />
<br />
und <br />
<br />
:<math>I_{R_2} = \frac{V_\text{ref}}{R_2}</math><br />
<br />
Der Strom I im Spannungsteiler ist somit alleine durch Wahl von R<sub>2</sub> bestimmt und unabhängig von R<sub>1</sub> bei vorgegebenem R<sub>2</sub>.<br />
<br />
Ersetzt man daher R<sub>1</sub> durch die Last, so erzeugt der Linearregler durch Steuerung von V<sub>out</sub> einen konstanten Strom<br />
<br />
:{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"<br />
|<math>I = \frac{V_\text{ref}}{R_2}</math><br />
|}<br />
<br />
durch die Last.<br />
<br />
Dabei muss man die Grenzen des Linearreglers beachten:<br />
<br />
Der maximale Strom ''I''<sub>max</sub> des Reglers darf nicht überschritten werden. Damit die Annahme gilt, dass der Reglerstrom ''I''<sub>ref</sub> gegenüber dem Strom ''I'' im Spannungsteiler vernachlässigbar ist muss R<sub>2</sub> klein gegenüber dem Innenwiderstand des Regeleingangs sein. Dass bedeutet, dass R<sub>2</sub> so zu wählen ist, dass immer gilt:<br />
<br />
:{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"<br />
|<math>\frac{V_\text{ref}}{I_\text{max}} \leqq R_2 \ll R_\text{in,ref} = \frac{V_\text{ref}}{I_\text{ref}}</math><br />
|}<br />
<br />
Es muss ein Minimalstrom ''I''<sub>min</sub> durch den Spannungsteiler fließen, damit die Regelung nicht aussetzt. Für diesen Strom gilt gegenüber dem Regelstrom ''I''<sub>ref</sub>:<br />
<br />
:<math>I_\text{min} = \frac{V_\text{out,min}}{R_1 + R_2} \gg I_\text{ref}</math><br />
<br />
Mit <br />
<br />
:<math>V_\text{out,min} = V_\text{ref}\,</math><br />
<br />
folgt<br />
<br />
:<math>R_1 \ll \frac{V_\text{ref}}{I_\text{ref}} - R_2 = R_\text{in,ref} - R_2</math><br />
<br />
Angenähert:<br />
<br />
:{|cellpadding="2" style="border:2px solid #ccccff"<br />
|<math>R_\text{load} \approx R_1 \ll \frac{V_\text{ref}}{I_\text{ref}}</math><br />
|}<br />
<br />
Neben diesen Einschränkungen ist auch zu beachten, dass Die Last R<sub>1</sub> auf der High-Side hängt und nicht gegen GND.<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Schaltregler ==<br />
Am günstigsten erscheinen Tiefsetzsteller (StepDown-Schaltregler), die mit einer großen Drossel im nichtlückenden Bereich arbeiten. Dann ist der Strom-Ripple (Wechselspannungsanteil) durch die Induktivität und Schaltfrequenz vorgegeben. Ein weiters Glätten des Stromes ist dann gar nicht mehr erforderlich. Es sind nahezu beliebig große Gleichströme bereitstellbar.<br />
=== MC34063, Step Up ===<br />
==== Beschreibung ====<br />
Der Ausgangsstrom beträgt 1,25V/Rx. Die Stromquelle ist '''nicht''' kurzschlussfest. Der Widerstand Rsc dient der Strombegrenzung der einzelnen Strompulse (Schaltregler), was u.a. einen gewissen Überlastschutz für den MC34063 darstellt. Rsc = 0.3/I_max, wobei I_max der maximale Pulsstrom ist und dieser kleiner 1.5A sein muss, weil der IC nicht mehr hergibt. In den meisten Anwendung nimmt man hier 0,22Ω oder mehr. <br />
Das Ganze kann man z.&nbsp;B. für mehrere LEDs in Reihe verwenden um diese mit<br />
5V oder mit 4x 1,5V Batterien zu betreiben. Weiterhin ist zu beachten,<br />
dass die Schaltung nicht leerlauffest ist: Im Leerlauf läuft die<br />
Spannung auf >40V, und dann geht der MC34063 kaputt. Daher sollte man<br />
zur Sicherheit eine Z-Diode parallel zum Ausgang legen, deren Z-Spannung 2..3V über der maximal zu erwartenden Ausgangsspannung liegt, wenn es<br />
passieren kann, dass die Last abgeklemmt wird.<br />
Aufgrund des Elkos am Ausgang ist die Stromquelle recht träge. R1 dient dazu den MC34063 vor dem Stromstoß zu schützen, wenn sich der Elko in eine zu kleine Last entlädt und der Strom kurzzeitig höher als der eingestellte Wert wird.<br />
Die Bauteilwerte sind alle relativ unkritisch. Je nach Betriebsspannung sind die Bauteilwerte etwas anzupassen um den optimalen Wirkungsgrad und die beste Performance zu erzielen. Die eingezeichneten Bauteilwerte sind für geringe Ströme (<100mA) und Eingangsspannungen zwischen 5 und 15V ausgelegt. R2 sollte bei hohen Spannungen vergrößert werden. Wie man die Werte genau berechnet, steht in der Application Note AN920/D.<br />
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF<br />
<br />
Stromquellen sollten grundsätzlich ''keinen'' Ausgangselko aufweisen! Wie die Schaltregler-Schaltung dann stabil arbeitet muss gesondert herausgefunden werden.<br />
<br />
==== Schaltung ====<br />
<br />
[[Bild:mc34063_constant_current.gif]]<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
* überschüssige Spannung wird nicht verheizt<br />
<br />
==== Nachteile ====<br />
* nicht kurzschlussfest<br />
* ohne Z-Diode D2 nicht leerlauffest<br />
* träge beim Einschalten<br />
<br />
=== MC34063, Step Down ===<br />
==== Beschreibung ====<br />
<br />
Die Step-Down Version funktioniert im Prinzip genauso wie die normale, lineare Konstantstromquelle, nur dass die ungenutzte Spannung nicht sinnlos verheizt wird. Die Eingangsspannung muss mindestens 2V größer sein als die Ausgangsspannung.<br />
<br />
Diese Version ist auch ohne die Z-Diode leerlauffest. Kurzschlussfest wird sie durch Rsc. Allerdings entlädt sich der Elko erstmal in die Last, wenn man diese im Betrieb anklemmt. Dadurch kann die Last und der MC34063 beschädigt werden, der Widerstand R1 verhindert aber letzteres.<br />
<br />
Bei der Step-Down Version kann man die Elkos etwas kleiner machen, als bei der Step-Up Version, da der Stromfluss durch die Spule in die Last nahezu konstant ist. Wenn man die Spule vergrößert, wird der Strom gleichmäßiger und man kann die Elkos verkleinern. Allerdings wird der Wirkungsgrad aufgrund des höheren Gleichstromwiderstands der Spule schlechter und die Schaltung reagiert langsamer auf Laständerungen. Wie immer ist es also ein Kompromiss zwischen Wirkungsgrad, Kosten und Bauteilgröße.<br />
<br />
Konstantstromregler sollten grundsätzlich ''keinen'' Ausgangskondensator haben, weil dieser den gewünschten Regeleffekt zunichte macht. Wie die Rückführung zum Regelverstärker im Schaltregler regelschwingungsfrei gemacht wird muss dann gesondert herausgefunden werden.<br />
<br />
==== Schaltung ====<br />
<br />
[[Bild:mc34063_constant_current_2.gif]]<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
* überschüssige Spannung wird nicht verheizt<br />
* leerlauf <br />
* kurzschlussfest<br />
<br />
==== Nachteile ====<br />
* träge beim Ausschalten<br />
<br />
Besser ist hier eine [[Konstantstromquelle fuer Power LED]].<br />
<br />
=== LM2576 Step Down ===<br />
In einem [http://www.mikrocontroller.net/topic/97838#new Beitrag] im Forum wird folgende [http://www.mikrocontroller.net/attachment/34179/current_source.pdf Schaltung] genannt. Der vollständige Artikel ist [http://www.ednindia.com/article-621-switchingregularformsconstantcurrentsource-Asia.html hier] verfügbar.<br />
<br />
== Konstantstromquelle mit Komparatoren ==<br />
=== Einfache Abwärtswandlung (Vout < Vin)===<br />
<br />
==== Beschreibung ====<br />
<br />
Diese Schaltung wurde eigentlich für 1W LEDs entworfen, kann aber sicherlich auch anderweitig verwendet werden. Sie ähnelt sehr der eines vollintegrierten Schaltreglers wie MC34063 oder LM2576, ohne jedoch einen solchen zu verwenden.<br />
Der Komparator vergleicht den Spannungsabfall über einem Shunt mit dem einer Referenzspannungsquelle. Ist die Spannung über dem Shunt zu groß, so schaltet er ab und der P-Kanal MOSFET sperrt. Umgekehrt, ist die Spannung über dem Shunt kleiner als die Referenzspannung, leitet der P-FET. Q4 arbeitet als [[Konstantstromquelle]] und sorgt dafür, dass die Gateansteuerung auch bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen immer gleich bleibt. Die Referenzspannung von 100mV wird hier einfach durch eine Z-Diode und einen Spannungsteiler eingestellt. Für D4 muss eine schnelle Diode eingesetzt werden, entweder eine Schottkydiode oder schnelle Siliziumdiode! Q2 und Q3 dienen als sehr einfacher [[FET|MOSFET]]-[[Treiber]]. D3 ist nur aus Sicherheitsgründen vorhanden, um die Gate-Source Spannung des MOSFETs zu begrenzen, sie kann ggf. auch weggelassen werden. Über den Anschluß PWM kann ein invertiertes [[PWM]]-Signal zur Dimmung eingespeist werden. Hierbei muss das PWM-Signal im HIGH-Zustand größer als ca. 1V sein, ein einfaches 3,3V oder 5V Logiksignal ist also voll OK.<br />
<br />
Der Ausgangsstrom kann durch Veränderung von R1 eingestellt werden. Der Wert kann einfach über die Formel<br />
<br />
<math>I_{aus}=\frac{V_{Ref}}{R1} = \frac{100mV}{R1}</math><br />
<br />
bestimmt werden.<br />
<br />
==== Schaltung ====<br />
<br />
Platinendatei im Eagle-Format gibt es [http://www.mikrocontroller.net/wikifiles/3/38/LED_Stromregler.sch hier].<br />
<br />
[[Bild:LED_Stromregler.png|thumb|left|600px| Einfacher Stromregler aus Standardbauteilen]]<br />
<br />
[[Bild:LED_Stromregler_brd.png|thumb|left|600px| Beispiel eines Platinenlayouts]]<br />
<br />
{{clear}}<br />
<br />
==== Vorteile ====<br />
<br />
* Kurzschlussfest<br />
* guter Wirkungsgrad bei hohen Eingangsspannungen, Energie wird nicht wie bei einem Linearregler in Wärme umgesetzt<br />
* einfachste Komponenten<br />
* sehr preiswert, max. 2 EUR <br />
* Dimmung per [[PWM]] möglich<br />
* Eingangsspannungsbereich sehr groß, ca. 6-30V<br />
* sehr einfach auch auf anderen Strom einstellbar<br />
<br />
<!--<br />
== Platzhalter == <br />
=== Beschreibung ===<br />
=== Vorteile ===<br />
=== Nachteile ===<br />
=== Schaltung ===<br />
--><br />
<br />
== Threads im Forum ==<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/75355#new Philosophiestunde Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/71573#new Suche regelbare Konstantstromquelle für ACULED]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/67593#new Konstantstrom für Windmessung]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/66825#new Konstantstromdiode]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/66033#new Konstantstromquelle als IC und einstellbar]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/59467#new Konstantstromquelle für einen Haufen LEDs]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/58036#new Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/61778#new temperaturunabhängige Konstantstromquelle]<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/45039#new Konstanter Strom für LED bei 2,5V bis 5,5V]<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
* [http://de.wikipedia.org/wiki/Konstantstromquelle Konstantstromquelle bei Wikipedia]<br />
* [http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm DSE FAQ]<br />
* [http://www.led-treiber.de Seite zu LED Treibern]<br />
* [http://www.christiankoch.de/archiv/led-ksq/ Diskrete LED-Konstantstromquelle auf Schaltregler-Basis]<br />
* [http://www.national.com/an/AN/AN-1392.pdf NATIONAL Application Note 1392: LM3485 LED Demo Board]<br />
* [http://www.circuit-fantasia.com/circuit_stories/understanding_circuits/current_source/howland_current_source/howland_current_source.htm Howland Current Source]<br />
* [http://www.national.com/an/AN/AN-1515.pdf "A Comprehensive Study of the Howland Current Pump", Application Note von National Semiconductior, engl.]<br />
* [http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml MC34063A Design Tool (engl.)]<br />
* [http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC34063A-D.PDF Datenblatt des MC34063 bei ON Semi]<br />
* [http://www.stromflo.de/dokuwiki/doku.php?id=led_tutorial LED_Tutorial]<br />
* [[Konstantstromquelle fuer Power LED]]<br />
* [http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap3/Kapitel3_2.html weitere Beispiele von Konstantstromquellen]<br />
<br />
== Fußnoten ==<br />
<br />
<references /><br />
<br />
<br />
[[Kategorie:Spannungsversorgung und Energiequellen]]<br />
[[Kategorie:Grundlagen]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=MARC4&diff=68221MARC42012-09-01T23:42:10Z<p>Rfr: </p>
<hr />
<div>[[Category:Mikrocontroller]]<br />
Marc4 ist eine 4-Bit Microcontrollerfamilie von Atmel. 4-Bit Controller sind nicht so leistungsfähig wie die 8-Bit-Controller und werden diesen hauptsächlich aus Kostengründen (bei großen Stückzahlen) vorgezogen und sind deswegen im Hobbybereich praktisch nicht zu finden.<br />
<br />
Merkmale:<br />
* [[Harvard-Architektur]]<br />
* Versorgungsspannung 1,8-6,5V<br />
* sehr geringer Stromverbrauch (bei 3V@1MHz typ. 220µA)<br />
* Sleep Strom bei 3V typ. 300nA im Temperaturbereich -40°C bis +85°C<br />
* 12 Bit Addresscounter, bei mehr als 4KB Speicher wird mit Bankswitching gearbeitet<br />
* bis zu 8KByte ROM<br />
* mit ROM oder [[Flash-ROM]] erhältlich<br />
* 256x4 Bit SRAM<br />
* manche Modelle haben ein [[EEPROM]]<br />
<br />
Eine Besonderheit dieser Microcontrollerfamilie ist ihre Auslegung für eine Programmierung in [[Forth]]. <br />
<br />
Weitere Informationen befanden sich hier:<br />
http://www.atmel.com/products/MARC4/<br />
sind aber verschwunden.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Heizungsthermostat&diff=54277Heizungsthermostat2011-01-14T23:42:58Z<p>Rfr: /* ETH */</p>
<hr />
<div>* http://www.mikrocontroller.net/forum/mikrocontroller-elektronik?filter=heizung*<br />
<br />
== Honeywell Rondostat ==<br />
=== HR20 ===<br />
* Ansteuern per AVR: http://www.mikrocontroller.net/topic/17603<br />
* http://www.mikrocontroller.net/articles/Heizungssteuerung_mit_Honeywell_HR20<br />
* Eigene Firmware: http://embdev.net/topic/118781<br />
<br />
==== Hardware ====<br />
* 3 Tasten<br />
* 1 Stellrad mit Drehgeber. <br />
* LC-Display<br />
* Stellmotor für Heizungsventil<br />
* Prozessor: 80-pol. NEC 753016AG-E33 (2k-ROM und 1kRAM)<br />
* EEPROM: Seiko-3-Wire S93C5x (2K).<br />
<br />
=== HR40 ===<br />
<br />
== Sparmatic ==<br />
Hersteller: [http://www.eurotronic.org/ Eurotronic]<br />
=== Basic ===<br />
* Fotos: http://www.mikrocontroller.net/topic/160462#1576841<br />
* Fotos: http://www.mikrocontroller.net/topic/160462#1888861<br />
<br />
=== Zero ===<br />
<br />
* Thread: http://www.mikrocontroller.net/topic/160462<br />
* Alternative Firmware: v0.14 http://www.mikrocontroller.net/topic/160462#1845096 (kein Source)<br />
<br />
=== Comet ===<br />
* Fotos: http://www.mikrocontroller.net/topic/160462#1918959<br />
* Schaltplan: http://www.mikrocontroller.net/topic/160462#1935344<br />
<br />
Hardware:<br />
* Prozessor: ATmega169P<br />
<br />
== ETH ==<br />
Soweit bekannt verwendet ETH Prozessoren von Samsung Typ S3P7235 Controller. Hierbei handelt es sich um ROM-OTP Versionen eines Samsungspezifischen 4 bit prozessors. Freie Tools oder ähnliches sind nicht bekannt.<br />
<br />
=== ETH eco ===<br />
=== ETH comfort 100 ===<br />
=== ETH comfort 200 ===<br />
* CRC Berechnung für ETH comfort 200 - http://www.mikrocontroller.net/topic/172034<br />
<br />
== eQ-3 ==<br />
ELV/eQ-3-Gruppe: http://www.eq-3.de/index.php?id=start (http://www.homematic.com/)<br />
<br />
=== Model K ===<br />
Andere Namen: <br />
* Elektronik-Thermostat mit Boost-Funktion<br />
* EHT classic Pro<br />
<br />
== Lifetec ==<br />
=== MD12460 ===<br />
http://www.mikrocontroller.net/topic/155959#new<br />
<br />
<br />
== Aldi Thermy ==<br />
baugleich mit [http://www.mikrocontroller.net/articles/Heizungsthermostat#Comet Sparmatic Comet]<br />
<br />
Herstellerwebsite: [http://www.thermy.de www.thermy.de]<br />
<br />
<br />
== FHT ==<br />
* REV FHT 8R-2 <br />
* REV FHT 8V-2<br />
* ELV FHT-80B<br />
* Fotos: http://www.mikrocontroller.net/topic/155959#1820255<br />
* http://fhemwiki.de/index.php/Category:FHT_Components</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Digitale_Signalverarbeitung&diff=46060Digitale Signalverarbeitung2010-04-09T19:40:21Z<p>Rfr: /* FIR- und IIR-Filter */</p>
<hr />
<div>== Anwendungsbeispiele ==<br />
<br />
* Modulation/Demodulation zur Datenübertragung (z.&nbsp;B. Telefonmodem, DSL, GSM) - "Software Defined Radio" (SDR)<br />
* Multimediacodierung (MP3, DivX, JPEG)<br />
* Bildverarbeitung (Mustererkennung)<br />
* Echo- und Stoergeraeuschunterdrueckung bei Telefonen, Headsets und Hoergeraeten<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Bücher:<br />
* Oppenheim, Schaefer: "Discrete Time Signal Processing", ISBN 0131988425<br />
* Proakis: "Digital Signal Processing", ISBN 0131873741<br />
* Lyons: "Understanding Digital Signal Processing", ISBN 0131089897<br />
* Smith: "The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing", ISBN 075067444X (unter http://dspguide.com/ als PDF verfügbar)<br />
* Sanjit K. Mitra: "Handbook for Digital Signal Processing" (1993,1312 Seiten), ISBN 0471619957<br />
<br />
Foren:<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/list-10-1.html DSP-Forum auf mikrocontroller.net (deutsch)]<br />
* [http://groups.google.de/group/comp.dsp Newsgroup comp.dsp (Englisch)]<br />
* [http://www.dsprelated.com/groups.php Discussion Groups (Englisch)]<br />
<br />
Webseiten:<br />
* http://www.dspguru.com/ - FAQs, Infos, Beispielcode, ...<br />
* http://docs.google.com/View?docid=dg2hppb_4gtgk89 - evtl. interessant als Rohmaterial für diesen Artikel<br />
* http://www.dsprelated.com - Blogs, Jobs, Comp.DSP, ...<br />
* http://www.unidsp56.de/ Eine Entwicklungsplattform für den Amateur<br />
<br />
== Verfahren ==<br />
<br />
=== FIR- und IIR-Filter ===<br />
<br />
Die häufigste Aufgabe in der DSV ist das Filtern, das heißt bestimmte Frequenzanteile zu unterdrücken, in der Phase zu verschieben oder zu verstärken. Man kann grundsätzlich zwischen zwei Filterarten unterscheiden:<br />
<br />
Bei '''FIR-Filter'''n ('''F'''inite '''I'''mpulse '''R'''esponse) wird jeder Ausgangswert aus unterschiedlich gewichteten und addierten früheren Eingangswerten zusammengesetzt. Dabei bezeichnet man die maximale Anzahl an vergangenen Werten die bei der Berechnung berücksichtigt werden als '''Ordnung'''. Je höher die Ordnung, desto besser die Eigenschaften des Filters (Ripple, Steilheit, Dämpfung), desto höher aber auch der Rechenaufwand.<br />
<br />
Merkmale von FIR-Filtern:<br />
* immer stabil<br />
* linearer Phasengang -> keine Phasenverzerrungen<br />
* Ordnungen oft im zwei- bis dreistelligen Bereich<br />
* problemlos realisierbar!<br />
<br />
Im Gegensatz zu FIR-Filtern werden bei '''IIR-Filter'''n ('''I'''nfinite '''I'''mpulse '''R'''esponse) auch frühere '''Ausgangs'''werte in die Berechnung des aktuellen Ausgangswertes mit einbezogen. Wie man sich leicht vorstellen kann, kann dadurch die Antwort auf einen Eingangsimpuls theoretisch unendlich lang werden, da jeder Ausgangswert auf den Eingang rückgekoppelt wird.<br />
<br />
Merkmale von IIR-Filtern:<br />
* durch Rundungsfehler kann das Filter instabil werden -> "Aufschaukeln" durch Rückkopplung -> schwierigere Realisierung<br />
* kein linearer Phasengang -> verschiedene Frequenzanteile werden durch den Filter unterschiedlich lange verzögert -> "Verzerrung"<br />
* einziger Vorteil gegenüber FIR: Um einen gewünschten Frequenzgang zu erzielen ist eine sehr viel niedrigere Ordnung ausreichend -> weniger Rechenaufwand<br />
* Ordnung üblicherweise < 10<br />
<br />
Viele nützliche Informationen zur Realisierung gibt es im [http://www.dspguru.com/info/faqs/ FIR- und IIR-FAQ auf dspguru.com] (der dort erwähnte Sourcecode FirAlgs.c kann [[Media:FirAlgs.c|hier]] direkt heruntergeladen werden).<br />
<br />
'''Berechnungssoftware''':<br />
* [http://www.filter-solutions.com/digital.html Beschreibung der Digitalfiltertypen], [http://www.nuhertz.com/download.html hier kostenlose Testversion Filter Free]<br />
* [http://www.ebookaktiv.de/eBook_Filter/eBook_Filter.htm eBook Analoge und digitale Filter, Entwurf und Analyse mit "Filter Free"]<br />
* [http://www-public.tu-bs.de:8080/~gunmay/projekte_dsp_filter_design.html ]DSP-Filter-Design 1.07 (Demo-Version) Im Rahmen einer Arbeit für den Wettbewerb "Jugend Forscht" entstand eine Software zum Berechnen von digitalen Filtern. Seite existiert anscheinend nicht mehr<br />
<br />
=== FFT ===<br />
<br />
Die FFT (Fast Fourier Transform) ist ein schneller Algorithmus zur Berechnung der DFT (Discrete Fourier Transform). Damit bezeichnet man die Transformation eines Zeitsignals (= eine Abfolge von Samples) in den Frequenzbereich (= Frequenzbestandteile des Signals). Die Transformation kann auch ohne Verlust umgekehrt durchgeführt werden, also vom Frequenz- in den Zeitbereich (Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT). Eine DFT wird praktisch immer mit dem FFT-Algorithmus realisiert, weshalb die Bezeichnungen FFT/DFT oft gleichwertig verwendet werden.<br />
<br />
Die offensichtlichste Anwendung der FFT ist die Darstellung des Frequenzspektrums eines Signals. Aber das ist nur ein kleiner Teil der Anwendungsmöglichkeiten. Viele Verarbeitungen lassen sich im Frequenzbereich einfacher durchführen als im Zeitbereich, z.&nbsp;B. Korrelationen oder sehr lange FIR-Filter. Das zu verarbeitende Signal wird dazu in den Frequenzbereich transformiert, dort manipuliert, und wieder in den Zeitbereich zurücktransformiert. Das klingt vielleicht umständlich, kann aber in der Praxis sehr viel schneller sein als eine Realisierung im Zeitbereich.<br />
<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/25095 Diskussion: FFT auf dem AVR]<br />
* [http://sourceforge.net/projects/kissfft/ Kiss FFT] - einfache FFT-Bibliothek, in C, Floating- und Fixed Point, BSD-Lizenz, geeignet für Mikrocontroller<br />
* [http://www.fftw.org/ FFTW] - '''die''' Floating Point FFT-Bibliothek für PCs, GPL-Lizenz<br />
*[http://www.sprut.de/electronic/pic/16bit/dsp/fft/fft.htm FFT - verständlich auch für Nichtakademiker (Deutsch)]<br />
<br />
=== Signalerzeugung ===<br />
<br />
Rechteck-, Sägezahn- und Dreieckssignale lassen sich mit einfachen Zählern realisieren.<br />
<br />
Möchte man Sinus- oder beliebige andere Signalformen erzeugen, bietet es sich an vorausberechnete Funktionswerte im Speicher abzulegen und der Reihe nach auszugeben. Eine variable Frequenzeinstellung kann man durch die Methode der Direkten Digitalen Synthese ('''DDS''') realisieren.<br />
<br />
* [[Digitaler Funktionsgenerator]] - ausführliche Erklärung des Verfahrens im PDF, Beispielcode für AVR<br />
* http://www.myplace.nu/avr/minidds/ - noch ein AVR-Projekt<br />
* http://www.hit.bme.hu/~papay/sci/DDS/start.htm - noch eine Erklärung<br />
<br />
Eine weitere Methode zur Realisierung von (mehr oder weniger beliebigen) Funktionen ist die '''Polynomapproximation'''. Dabei nähert man die zu erzeugende Funktion durch ein Polynom an und verwendet das Horner-Schema um die einzelnen Funktionswerte zu berechnen. Für ein Polynom der Ordnung N benötigt man damit pro Wert N+1 Multiplikationen (N ist üblicherweise <= 10).<br />
<br />
== Software ==<br />
<br />
Zur Entwicklung von Signalverarbeitungsverfahren gibt es eine ganze Reihe von Programmen. Neben kleinen Tools für Filterdesign und spezialisierten Bibliotheken zum Einbinden in eigene Programme gibt es mehrere Mathematikprogramme, mit denen sich Signale verarbeiten und darstellen lassen. Die drei wichtigsten sind Matlab, Octave und Scilab.<br />
<br />
=== MATLAB ===<br />
<br />
MATLAB ist das Standardprogramm für numerische Mathematik. In der digitalen Signalverarbeitung wird es häufig verwendet, um einen Algorithmus vor der Umsetzung in C-Code oder auf einen DSP zu entwickeln und zu testen. Zum schon recht hohen Preis der Grundsoftware muss man noch einige hundert Euro für diverse Toolboxes einplanen (Signal Processing, Filter Design, Image Processing). Die [http://www.mikrocontroller.net/link/isbn/0979223903 Studentenversion] kostet ca. 80 Euro (die Signal Processing Toolbox und ein paar andere sind bereits enthalten).<br />
<br />
MATLAB ist für Windows, Linux, Mac OS X, Solaris und HP-UX erhältlich.<br />
<br />
'''Weblinks''':<br />
* http://users.ece.gatech.edu/%7Ebonnie/book/TUTORIAL/tutorial.html - Englischsprachiges MATLAB-Tutorial<br />
* http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/techdoc/matlab.shtml - MATLAB-Referenz<br />
* http://www.eng.auburn.edu/~sjreeves/Classes/DSP/DSP.html - MATLAB for DSP (allgemeine Tipps und Hinweise)<br />
<br />
=== Octave ===<br />
<br />
Das Open-Source-Programm Octave zeichnet sich durch einen hohen Grad an Matlab-Kompatibilität aus; das geht so weit, dass man problemlos die Matlab-Online-Hilfe und Matlab-Einführungen zum Lernen verwenden kann. In dem Zusatzpaket Octave-Forge sind auch viele Funktionen der Matlab-Toolboxes enthalten (z.&nbsp;B. Filterdesign, Signalverarbeitung). Octave ist ein reines Kommandozeilenprogramm, so dass man auf alle Annehmlichkeiten des Matlab-GUI verzichten muss. Zum Plotten wird gnuplot verwendet.<br />
<br />
Octave lässt sich auf praktisch jedem Unix kompilieren. Für Windows gibt es ein fertig kompiliertes Paket.<br />
<br />
'''Weblinks''':<br />
* http://octave.sourceforge.net/ - Übersicht über alle Funktionen von Octave/Octave-Forge<br />
<br />
=== Scilab / Scicos ===<br />
<br />
Auch das Open-Source-Programmpaket Scilab / Scicos, ähnlich leistungsfähig wie Matlab und seine Zusatzmodule, ist kostenlos und im Quelltext erhältlich. Während die Grundsyntax (Kontrollstrukturen, Ausdrücke) weitgehend Matlab-kompatibel ist, gibt es bei den Funktionen z.T. deutliche Abweichungen. Dafür bietet Scilab / Scicos verglichen mit Octave umfangreichere Möglichkeiten zur grafischen Darstellung, die über das 2D- und 3D-Plotten von Funktionen weit hinausgehen, z.&nbsp;B. lassen sich Linien, Kreise usw. zeichnen.<br />
<br />
Scilab / Scicos läuft unter Windows, Linux/Unix und Mac OS X. Für die wichtigsten Linux-Distributionen sind fertige, komplette Binärpakete (RPM, ...) zur einfachen Installation frei verfügbar. Für Windows gibt es ebenfalls ein einfach zu installierendes Komplettpaket.<br />
<br />
'''Weblinks''':<br />
* [http://www.scilab.org/ Scilab Homepage (Universelles Wissenschaftlich-Technisches Mathematik-Paket)]<br />
* [http://www.scicos.org/ Scicos Homepage (Modellations- und Simulations-Paket für Scilab, ist im Scilab-Download enthalten)]<br />
* [http://www-rocq.inria.fr/scicos/scicosmodnum.html ModNum Digital communication toolbox zu Scicos]<br />
* [http://www.scilab.org/publications/index_publications.php?page=freebooks Übersicht zur Literatur: Webtexte, Bücher und Zeitschriftenartikel]<br />
'''Bücher''':<br />
* [http://www.scicos.org/book.html Modeling and Simulation in Scilab/Scicos, (für Version 3.0, aktuell ist Version 4.1.2)]<br />
* [http://www.ebookaktiv.de/eBook_Regelung/eBook_Regelung.htm Grundlagen digitale Regelungstechnik und Mechatronik - Simulation mit SCILAB/SCICOS, eBook Ver.1.1/2007]<br />
'''Tutorials''':<br />
* [http://www.scilab.org/doc/signal.pdf Tutorial Signal Processing (1998)], [http://wuarchive.wustl.edu/pub/aminet/misc/math/scilab-doc.lha Beispielfiles dazu lha-gepackt (1996)] [http://aminet.net/package/misc/math/scilab-doc oder hier], [http://viewvc.scilab.org/bin/cgi/viewvc.cgi/trunk/scilab_doc/signal/Nfigs_source/ hier auch einzeln erhältlich]<br />
* [http://www.scilab.org/publications/delicado/scilab.pdf DSP-Tutorial in spanisch, teilweise aus dem englischen Tutorial entnommen]<br />
* [http://www.neurotraces.com/scilab/scilab2/index.html Treatment of neurophysiological signals using Scilab, HTML-Texte mit Kapiteln zu Filtern, FFT usw.]<br />
* [http://www.scilab.org/publications/TELECOM/ComNumSc.zip Digital-Kommunikation - französisches Tutorial, gezipptes Postscript]<br />
<br />
== Hardware ==<br />
<br />
Ein DSP ('''D'''igital '''S'''ignal '''P'''rocessor) ist eine spezielle CPU mit einem auf die Verarbeitung von Signalen optimierten Kern und Befehlssatz. Unterschieden wird hauptsächlich zwischen Gleitkomma- und Festkomma-DSPs.<br />
<br />
Charakteristisches Merkmal vieler DSPs ist eine VLIW-Architektur ('''V'''ery '''L'''ong '''I'''nstruction '''W'''ord). Dabei werden Anweisungen für mehrere parallele Ausführungseinheiten (Multiplizierer/Addierer/Akkumulatoren) und mehrere Lade-/Speicherbefehle in einem einzigen, langen Befehlswort kodiert, und in einem Takt ausgeführt. Dazu kommen häufig mehrere gleichzeitig adressierbare Speicherbänke, Unterstützung für Ringpuffer, Schleifen ohne Sprung-Overhead, Bit-Reverse-Adressierung (wichtig für FFT) und Arithmetik mit Sättigungs- statt Überlaufverhalten (wichtig für die Realisierung von IIR-Filtern).<br />
<br />
Seit ein paar Jahren beginnen die Grenzen zwischen Mikrocontrollern und DSPs etwas zu verschwimmen. Viele Mikrocontroller werden mit zusätzlichen DSP-Funktionen ausgestattet ([[PICCOLO]], [[dsPIC]], [[ARM]]), während DSPs zunehmend in Richtung der Aufgabenbereiche eines Mikrocontrollers oder Allround-Prozessors vordringen und immer öfter um Unterstützung für Betriebssysteme (MMU) oder I/O-Funktionen wie Ethernet oder USB erweitert werden ([[Blackfin]]).<br />
<br />
Eine noch grössere DSP-Rechenleistung kann mit programmierbaren Logikbausteinen ('''[[FPGA]]'''s) erzielt werden, da die Anzahl gleichzeitig ausführbarer Rechenoperationen nur durch die Größe des FPGAs begrenzt wird. Nachteilig sind die gegenüber DSPs um ein vielfaches höheren Kosten, höherer Stromverbrauch und höherer Entwicklungsaufwand, weshalb FPGAs für Signalverarbeitung nur in sehr speziellen Anwendungen verwendet werden.<br />
<br />
Aktuelle '''PC-Prozessoren''' sind sehr gut für Floating-Point-Signalverarbeitung geeignet. Wenn keine besonderen Anforderungen an Echtzeitfähigkeit, Strom- oder Platzbedarf gestellt werden, hat ein normaler PC mit Abstand das beste Preis/Leistungsverhältnis. Der erste Schritt bei einem DSP-Projekt sollte somit eine Implementierung auf dem PC sein. Es macht wenig Sinn ein Eval-Board für einen Signalprozessor zu kaufen und einfach loszulegen.<br />
<br />
=== Fest- oder Gleitkomma? ===<br />
<br />
Signalverarbeitung auf einem Gleitkomma- (Floating-Point-) Rechner ist grundsätzlich einfacher als auf einem Festkomma- (Fixed-Point-) Rechner. Da die Ungenauigkeiten bei der Rechnung mit Floating-Point-Zahlen in vielen Fällen vernachlässigbar sind, kann man einen Algorithmus i.d.R. 1:1 in Programmcode umsetzen. Hat man nur Festkomma-Rechenoperationen zur Verfügung wird es etwas ungemütlich. Man muss sich Gedanken um die Skalierung der Daten, die Reihenfolge von Rechenoperationen, Überläufe, Rundungsrauschen usw. machen. Da Gleitkomma-DSPs allerdings teurer sind und mehr Strom verbrauchen, werden für Massenprodukte fast ausschließlich Festkomma-DSPs bzw. ASICs mit Festkomma-Rechenwerken verwendet.<br />
<br />
=== TI C2000 ===<br />
<br />
Eine komplette 32-bit DSC Controller Familie vom low-cost ([http://www.ti.com/corp/docs/landing/f280xx-piccolo/index.htm PICCOLO]) bis high-end Controller mit FPU ([http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=mcu&sectionId=95&tabId=2108&familyId=1414&paramCriteria=no TMS320F28335]).<br />
Die Peripherie umfasst Mehrkanal A/D Wandler mit 12-bit Aufloesung und bis zu 4 Megasamples Abtastrate. Die PWMs haben einen hochauflösenden Modus, der bis zu 150ps auflösen kann. Als Interface stehen CAN, I2C, schnelle generelle serielle Ports und Quadratureingänge für Drehgeber zur Verfügung.<br />
<br />
=== TI C5000 ===<br />
<br />
DSP für Batterieapplikationen. Die gesamte Architektur wurde auf Stromverbrauch optimiert. Dazu werden spezielle Tools zur Verfügung gestellt, die zur Anwendung passende Optimierungslösungen generiert. [[TMS320VC5505 eZDSP USB Stick]] mit IDE als preisgünstiges Entwicklungssystem ( < 50€)<br />
<br />
=== TI C6000 ===<br />
<br />
DSP-Familie vom Marktführer Texas Instruments, enthält sowohl Fest- als auch Gleitkomma-DSPs.<br />
<br />
=== TI DM6400 (DaVinci) ===<br />
<br />
DSP für Videoanwendungen. Einige Derivate enthalten auch einen ARM9 als Co-Prozessor. Diese Familie wird unter dem Namen [http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=dsp&sectionId=2&tabId=1852&familyId=1300 DaVinci] vermarktet.<br />
<br />
=== TI OMAP ===<br />
<br />
Prozessor für mobile Geraete, enthält einen ARM-Kern und einen C6000-DSP. Ein interessantes und mit $149 sehr preisguenstiges Evalboard ist das [http://www.beagleboard.org Beagle Board]. Ein kostenloser Assembler für den DSP ist verfuegbar.<br />
<br />
=== SHARC/TigerSHARC ===<br />
<br />
32 Bit Gleitkomma-DSP von Analog Devices.<br />
<br />
=== Blackfin ===<br />
<br />
Der Blackfin ist ein 16/32 Bit Festkomma-DSP von Analog Devices. Im Gegensatz zu den 16-bittigen Vorgängern ADSP-21xx, die häufig als Co-Prozessoren zur Signalverarbeitung zusammen mit einem Mikrocontroller verwendet werden, geht der Blackfin schon weit in den Einsatzbereich eines Allround-Prozessors hinein. So gibt es z.&nbsp;B. einen Linux-Port für Blackfin, Eval-Boards mit Ethernet, CAN, USB und vielen MB SDRAM. Dank der verbesserten Stromsparfunktionen der BF52x-Reihe ist diese eher neue Architektur vermehrt in mobilen Geräten (Kameras, Mediaplayer, etc.) anzutreffen.<br />
<br />
Wichtig für die Entwicklung ist zu wissen:<br />
<br />
* Kein Fliesskomma-Support in Hardware<br />
* Keine MMU, keine Unterstützung für virtuelles Memory (kein Unix fork(), etc.)<br />
<br />
Unterstützte Entwicklungswerkzeuge:<br />
<br />
* Visual DSP++: Hauseigenes Entwicklungstool von Analog Devices, kommerziell<br />
* GCC: Freie GNU-Umgebung mit Assembler, Compiler, Linker, Debugger<br />
* Eclipse für uClinux-Entwicklung wie auch 'standalone' ohne OS<br />
<br />
Aufgrund der ausgereiften GNU-Toolchain ist der Blackfin eine der kostengünstigsten Plattformen für die Entwicklung. Die Tools laufen sowohl unter Windows32 als auch Linux, bevorzugt wird jedoch Linux eingesetzt. Für die Kernel-Entwicklung ist Linux unabdingbar.<br />
Dank offener JTAG-Spezifikation existieren einige Tools von Drittherstellern zum Hardware-Debugging (In Circuit Emulation) und zur Programmierung:<br />
<br />
* [http://www.section5.ch/icebear ICEbear] JTAG: schneller USB->JTAG adapter<br />
* [http://www.ronetix.at/ PEEDI] High end JTAG, Ethernet<br />
<br />
Beide Tools arbeiten auch mit ARM-Prozessoren.<br />
<br />
Weitere Links:<br />
<br />
* [http://www.analog.com/blackfin Herstellerwebsite]<br />
* [http://blackfin.uclinux.com/ uClinux Port und GNU toolchain]<br />
<br />
=== dsPIC ===<br />
<br />
Der [[dsPIC]] ist ein kleiner 16 Bit-Mikrocontroller mit DSP-Funktionen. Mit dem klassischen PIC hat er außer dem Namen nichts gemeinsam.<br />
<br />
=== TriCore ===<br />
<br />
Der '''TriCore''' von Infineon ist ein 32-Bit-Mikrocontroller mit DSP-Funktionen, mit derzeitigem Schwerpunkt im Bereich der Embedded Real-Time Systems und Automotive.<br />
<br />
* [http://www.infineon.com/cgi-bin/ifx/portal/ep/channelView.do?channelId=-78991&channelPage=%2Fep%2Fchannel%2FleafNote.jsp&pageTypeId=17099 Übersicht über die '''TriCore''' Produktfamilie]<br />
<br />
=== Bezugsquellen für Starterkits/Evalboards ===<br />
<br />
* http://www.spectrumdigital.com - große Auswahl an Starterkits mit TI-DSPs, ab $300<br />
* http://www.bluetechnix.com - Blackfin-Module ab € 150<br />
* http://www.zbrain.ch/ - Blackfin-Modul, Preis: ?<br />
* http://www.danvillesignal.com/ - ADSP-218x-Boards ab $200, Sharc-Boards ab $400<br />
* http://docs.blackfin.uclinux.org/doku.php?id=buy_stuff - Blackfin BF533 STAMP $170 (keine analogen Schnittstellen, aber über Pfostenstecker leicht zu erweitern)<br />
* http://www.sundance.com - High-End-Module mit TI C6000<br />
* http://www.spectrumsignal.com/ - TMS320 und SHARC<br />
* http://www.pentek.com/dspcentral/ - TMS430 und PowerPC<br />
* http://www.bittware.com/ - SHARC und TigerSHARC<br />
* http://www.hunteng.co.uk/ - C6000<br />
* http://www.kanecomputing.co.uk<br />
* http://www.dsp-systeme.net - DSP-Module mit DSP von TI und ADI<br />
* http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?lang=de&site=DE&WT.z_homepage_link=hp_go_button&KeyWords=TMDX5505EZDSP&x=22&y=22 eZDSP USB Stick , <50€<br />
* http://www.dsp-weuffen.de - TI C6727 Board und vielen Beispielen<br />
<br />
== Artikel aus der Kategorie DSP ==<br />
<br />
<ncl style=compact maxdepth=2 headings=bullet headstart=2<br />
showcats=1 showarts=1>DSP</ncl><br />
<br />
[[Category:DSP]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Digitale_Signalverarbeitung&diff=46059Digitale Signalverarbeitung2010-04-09T19:39:47Z<p>Rfr: /* FIR- und IIR-Filter */</p>
<hr />
<div>== Anwendungsbeispiele ==<br />
<br />
* Modulation/Demodulation zur Datenübertragung (z.&nbsp;B. Telefonmodem, DSL, GSM) - "Software Defined Radio" (SDR)<br />
* Multimediacodierung (MP3, DivX, JPEG)<br />
* Bildverarbeitung (Mustererkennung)<br />
* Echo- und Stoergeraeuschunterdrueckung bei Telefonen, Headsets und Hoergeraeten<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Bücher:<br />
* Oppenheim, Schaefer: "Discrete Time Signal Processing", ISBN 0131988425<br />
* Proakis: "Digital Signal Processing", ISBN 0131873741<br />
* Lyons: "Understanding Digital Signal Processing", ISBN 0131089897<br />
* Smith: "The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing", ISBN 075067444X (unter http://dspguide.com/ als PDF verfügbar)<br />
* Sanjit K. Mitra: "Handbook for Digital Signal Processing" (1993,1312 Seiten), ISBN 0471619957<br />
<br />
Foren:<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/list-10-1.html DSP-Forum auf mikrocontroller.net (deutsch)]<br />
* [http://groups.google.de/group/comp.dsp Newsgroup comp.dsp (Englisch)]<br />
* [http://www.dsprelated.com/groups.php Discussion Groups (Englisch)]<br />
<br />
Webseiten:<br />
* http://www.dspguru.com/ - FAQs, Infos, Beispielcode, ...<br />
* http://docs.google.com/View?docid=dg2hppb_4gtgk89 - evtl. interessant als Rohmaterial für diesen Artikel<br />
* http://www.dsprelated.com - Blogs, Jobs, Comp.DSP, ...<br />
* http://www.unidsp56.de/ Eine Entwicklungsplattform für den Amateur<br />
<br />
== Verfahren ==<br />
<br />
=== FIR- und IIR-Filter ===<br />
<br />
Die häufigste Aufgabe in der DSV ist das Filtern, das heißt bestimmte Frequenzanteile zu unterdrücken, in der Phase zu verschieben oder zu verstärken. Man kann grundsätzlich zwischen zwei Filterarten unterscheiden:<br />
<br />
Bei '''FIR-Filter'''n ('''F'''inite '''I'''mpulse '''R'''esponse) wird jeder Ausgangswert aus unterschiedlich gewichteten und addierten früheren Eingangswerten zusammengesetzt. Dabei bezeichnet man die maximale Anzahl an vergangenen Werten die bei der Berechnung berücksichtigt werden als '''Ordnung'''. Je höher die Ordnung, desto besser die Eigenschaften des Filters (Ripple, Steilheit, Dämpfung), desto höher aber auch der Rechenaufwand.<br />
<br />
Merkmale von FIR-Filtern:<br />
* immer stabil<br />
* linearer Phasengang -> keine Phasenverzerrungen<br />
* Ordnungen oft im zwei- bis dreistelligen Bereich<br />
* problemlos realisierbar!<br />
<br />
Im Gegensatz zu FIR-Filtern werden bei '''IIR-Filter'''n ('''I'''nfinite '''I'''mpulse '''R'''esponse) auch frühere '''Ausgangs'''werte in die Berechnung des aktuellen Ausgangswertes mit einbezogen. Wie man sich leicht vorstellen kann, kann dadurch die Antwort auf einen Eingangsimpuls theoretisch unendlich lang werden, da jeder Ausgangswert auf den Eingang rückgekoppelt wird.<br />
<br />
Merkmale von IIR-Filtern:<br />
* durch Rundungsfehler kann das Filter instabil werden -> "Aufschaukeln" durch Rückkopplung -> schwierigere Realisierung<br />
* kein linearer Phasengang -> verschiedene Frequenzanteile werden durch den Filter unterschiedlich lange verzögert -> "Verzerrung"<br />
* einziger Vorteil gegenüber FIR: Um einen gewünschten Frequenzgang zu erzielen ist eine sehr viel niedrigere Ordnung ausreichend -> weniger Rechenaufwand<br />
* Ordnung üblicherweise < 10<br />
<br />
Viele nützliche Informationen zur Realisierung gibt es im [http://www.dspguru.com/info/faqs/ FIR- und IIR-FAQ auf dspguru.com] (der dort erwähnte Sourcecode FirAlgs.c kann [[Media:FirAlgs.c|hier]] direkt heruntergeladen werden).<br />
<br />
'''Berechnungssoftware''':<br />
* [http://www.filter-solutions.com/digital.html Beschreibung der Digitalfiltertypen], [http://www.nuhertz.com/download.html hier kostenlose Testversion Filter Free]<br />
* [http://www.ebookaktiv.de/eBook_Filter/eBook_Filter.htm eBook Analoge und digitale Filter, Entwurf und Analyse mit "Filter Free"]<br />
* [http://www-public.tu-bs.de:8080/~gunmay/projekte_dsp_filter_design.html ]DSP-Filter-Design 1.07 (Demo-Version) Im Rahmen einer Arbeit für den Wettbewerb "Jugend Forscht" entstand eine Software zum Berechnen von digitalen Filtern.Seite existiert anscheinen nicht mehr<br />
<br />
=== FFT ===<br />
<br />
Die FFT (Fast Fourier Transform) ist ein schneller Algorithmus zur Berechnung der DFT (Discrete Fourier Transform). Damit bezeichnet man die Transformation eines Zeitsignals (= eine Abfolge von Samples) in den Frequenzbereich (= Frequenzbestandteile des Signals). Die Transformation kann auch ohne Verlust umgekehrt durchgeführt werden, also vom Frequenz- in den Zeitbereich (Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT). Eine DFT wird praktisch immer mit dem FFT-Algorithmus realisiert, weshalb die Bezeichnungen FFT/DFT oft gleichwertig verwendet werden.<br />
<br />
Die offensichtlichste Anwendung der FFT ist die Darstellung des Frequenzspektrums eines Signals. Aber das ist nur ein kleiner Teil der Anwendungsmöglichkeiten. Viele Verarbeitungen lassen sich im Frequenzbereich einfacher durchführen als im Zeitbereich, z.&nbsp;B. Korrelationen oder sehr lange FIR-Filter. Das zu verarbeitende Signal wird dazu in den Frequenzbereich transformiert, dort manipuliert, und wieder in den Zeitbereich zurücktransformiert. Das klingt vielleicht umständlich, kann aber in der Praxis sehr viel schneller sein als eine Realisierung im Zeitbereich.<br />
<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/25095 Diskussion: FFT auf dem AVR]<br />
* [http://sourceforge.net/projects/kissfft/ Kiss FFT] - einfache FFT-Bibliothek, in C, Floating- und Fixed Point, BSD-Lizenz, geeignet für Mikrocontroller<br />
* [http://www.fftw.org/ FFTW] - '''die''' Floating Point FFT-Bibliothek für PCs, GPL-Lizenz<br />
*[http://www.sprut.de/electronic/pic/16bit/dsp/fft/fft.htm FFT - verständlich auch für Nichtakademiker (Deutsch)]<br />
<br />
=== Signalerzeugung ===<br />
<br />
Rechteck-, Sägezahn- und Dreieckssignale lassen sich mit einfachen Zählern realisieren.<br />
<br />
Möchte man Sinus- oder beliebige andere Signalformen erzeugen, bietet es sich an vorausberechnete Funktionswerte im Speicher abzulegen und der Reihe nach auszugeben. Eine variable Frequenzeinstellung kann man durch die Methode der Direkten Digitalen Synthese ('''DDS''') realisieren.<br />
<br />
* [[Digitaler Funktionsgenerator]] - ausführliche Erklärung des Verfahrens im PDF, Beispielcode für AVR<br />
* http://www.myplace.nu/avr/minidds/ - noch ein AVR-Projekt<br />
* http://www.hit.bme.hu/~papay/sci/DDS/start.htm - noch eine Erklärung<br />
<br />
Eine weitere Methode zur Realisierung von (mehr oder weniger beliebigen) Funktionen ist die '''Polynomapproximation'''. Dabei nähert man die zu erzeugende Funktion durch ein Polynom an und verwendet das Horner-Schema um die einzelnen Funktionswerte zu berechnen. Für ein Polynom der Ordnung N benötigt man damit pro Wert N+1 Multiplikationen (N ist üblicherweise <= 10).<br />
<br />
== Software ==<br />
<br />
Zur Entwicklung von Signalverarbeitungsverfahren gibt es eine ganze Reihe von Programmen. Neben kleinen Tools für Filterdesign und spezialisierten Bibliotheken zum Einbinden in eigene Programme gibt es mehrere Mathematikprogramme, mit denen sich Signale verarbeiten und darstellen lassen. Die drei wichtigsten sind Matlab, Octave und Scilab.<br />
<br />
=== MATLAB ===<br />
<br />
MATLAB ist das Standardprogramm für numerische Mathematik. In der digitalen Signalverarbeitung wird es häufig verwendet, um einen Algorithmus vor der Umsetzung in C-Code oder auf einen DSP zu entwickeln und zu testen. Zum schon recht hohen Preis der Grundsoftware muss man noch einige hundert Euro für diverse Toolboxes einplanen (Signal Processing, Filter Design, Image Processing). Die [http://www.mikrocontroller.net/link/isbn/0979223903 Studentenversion] kostet ca. 80 Euro (die Signal Processing Toolbox und ein paar andere sind bereits enthalten).<br />
<br />
MATLAB ist für Windows, Linux, Mac OS X, Solaris und HP-UX erhältlich.<br />
<br />
'''Weblinks''':<br />
* http://users.ece.gatech.edu/%7Ebonnie/book/TUTORIAL/tutorial.html - Englischsprachiges MATLAB-Tutorial<br />
* http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/techdoc/matlab.shtml - MATLAB-Referenz<br />
* http://www.eng.auburn.edu/~sjreeves/Classes/DSP/DSP.html - MATLAB for DSP (allgemeine Tipps und Hinweise)<br />
<br />
=== Octave ===<br />
<br />
Das Open-Source-Programm Octave zeichnet sich durch einen hohen Grad an Matlab-Kompatibilität aus; das geht so weit, dass man problemlos die Matlab-Online-Hilfe und Matlab-Einführungen zum Lernen verwenden kann. In dem Zusatzpaket Octave-Forge sind auch viele Funktionen der Matlab-Toolboxes enthalten (z.&nbsp;B. Filterdesign, Signalverarbeitung). Octave ist ein reines Kommandozeilenprogramm, so dass man auf alle Annehmlichkeiten des Matlab-GUI verzichten muss. Zum Plotten wird gnuplot verwendet.<br />
<br />
Octave lässt sich auf praktisch jedem Unix kompilieren. Für Windows gibt es ein fertig kompiliertes Paket.<br />
<br />
'''Weblinks''':<br />
* http://octave.sourceforge.net/ - Übersicht über alle Funktionen von Octave/Octave-Forge<br />
<br />
=== Scilab / Scicos ===<br />
<br />
Auch das Open-Source-Programmpaket Scilab / Scicos, ähnlich leistungsfähig wie Matlab und seine Zusatzmodule, ist kostenlos und im Quelltext erhältlich. Während die Grundsyntax (Kontrollstrukturen, Ausdrücke) weitgehend Matlab-kompatibel ist, gibt es bei den Funktionen z.T. deutliche Abweichungen. Dafür bietet Scilab / Scicos verglichen mit Octave umfangreichere Möglichkeiten zur grafischen Darstellung, die über das 2D- und 3D-Plotten von Funktionen weit hinausgehen, z.&nbsp;B. lassen sich Linien, Kreise usw. zeichnen.<br />
<br />
Scilab / Scicos läuft unter Windows, Linux/Unix und Mac OS X. Für die wichtigsten Linux-Distributionen sind fertige, komplette Binärpakete (RPM, ...) zur einfachen Installation frei verfügbar. Für Windows gibt es ebenfalls ein einfach zu installierendes Komplettpaket.<br />
<br />
'''Weblinks''':<br />
* [http://www.scilab.org/ Scilab Homepage (Universelles Wissenschaftlich-Technisches Mathematik-Paket)]<br />
* [http://www.scicos.org/ Scicos Homepage (Modellations- und Simulations-Paket für Scilab, ist im Scilab-Download enthalten)]<br />
* [http://www-rocq.inria.fr/scicos/scicosmodnum.html ModNum Digital communication toolbox zu Scicos]<br />
* [http://www.scilab.org/publications/index_publications.php?page=freebooks Übersicht zur Literatur: Webtexte, Bücher und Zeitschriftenartikel]<br />
'''Bücher''':<br />
* [http://www.scicos.org/book.html Modeling and Simulation in Scilab/Scicos, (für Version 3.0, aktuell ist Version 4.1.2)]<br />
* [http://www.ebookaktiv.de/eBook_Regelung/eBook_Regelung.htm Grundlagen digitale Regelungstechnik und Mechatronik - Simulation mit SCILAB/SCICOS, eBook Ver.1.1/2007]<br />
'''Tutorials''':<br />
* [http://www.scilab.org/doc/signal.pdf Tutorial Signal Processing (1998)], [http://wuarchive.wustl.edu/pub/aminet/misc/math/scilab-doc.lha Beispielfiles dazu lha-gepackt (1996)] [http://aminet.net/package/misc/math/scilab-doc oder hier], [http://viewvc.scilab.org/bin/cgi/viewvc.cgi/trunk/scilab_doc/signal/Nfigs_source/ hier auch einzeln erhältlich]<br />
* [http://www.scilab.org/publications/delicado/scilab.pdf DSP-Tutorial in spanisch, teilweise aus dem englischen Tutorial entnommen]<br />
* [http://www.neurotraces.com/scilab/scilab2/index.html Treatment of neurophysiological signals using Scilab, HTML-Texte mit Kapiteln zu Filtern, FFT usw.]<br />
* [http://www.scilab.org/publications/TELECOM/ComNumSc.zip Digital-Kommunikation - französisches Tutorial, gezipptes Postscript]<br />
<br />
== Hardware ==<br />
<br />
Ein DSP ('''D'''igital '''S'''ignal '''P'''rocessor) ist eine spezielle CPU mit einem auf die Verarbeitung von Signalen optimierten Kern und Befehlssatz. Unterschieden wird hauptsächlich zwischen Gleitkomma- und Festkomma-DSPs.<br />
<br />
Charakteristisches Merkmal vieler DSPs ist eine VLIW-Architektur ('''V'''ery '''L'''ong '''I'''nstruction '''W'''ord). Dabei werden Anweisungen für mehrere parallele Ausführungseinheiten (Multiplizierer/Addierer/Akkumulatoren) und mehrere Lade-/Speicherbefehle in einem einzigen, langen Befehlswort kodiert, und in einem Takt ausgeführt. Dazu kommen häufig mehrere gleichzeitig adressierbare Speicherbänke, Unterstützung für Ringpuffer, Schleifen ohne Sprung-Overhead, Bit-Reverse-Adressierung (wichtig für FFT) und Arithmetik mit Sättigungs- statt Überlaufverhalten (wichtig für die Realisierung von IIR-Filtern).<br />
<br />
Seit ein paar Jahren beginnen die Grenzen zwischen Mikrocontrollern und DSPs etwas zu verschwimmen. Viele Mikrocontroller werden mit zusätzlichen DSP-Funktionen ausgestattet ([[PICCOLO]], [[dsPIC]], [[ARM]]), während DSPs zunehmend in Richtung der Aufgabenbereiche eines Mikrocontrollers oder Allround-Prozessors vordringen und immer öfter um Unterstützung für Betriebssysteme (MMU) oder I/O-Funktionen wie Ethernet oder USB erweitert werden ([[Blackfin]]).<br />
<br />
Eine noch grössere DSP-Rechenleistung kann mit programmierbaren Logikbausteinen ('''[[FPGA]]'''s) erzielt werden, da die Anzahl gleichzeitig ausführbarer Rechenoperationen nur durch die Größe des FPGAs begrenzt wird. Nachteilig sind die gegenüber DSPs um ein vielfaches höheren Kosten, höherer Stromverbrauch und höherer Entwicklungsaufwand, weshalb FPGAs für Signalverarbeitung nur in sehr speziellen Anwendungen verwendet werden.<br />
<br />
Aktuelle '''PC-Prozessoren''' sind sehr gut für Floating-Point-Signalverarbeitung geeignet. Wenn keine besonderen Anforderungen an Echtzeitfähigkeit, Strom- oder Platzbedarf gestellt werden, hat ein normaler PC mit Abstand das beste Preis/Leistungsverhältnis. Der erste Schritt bei einem DSP-Projekt sollte somit eine Implementierung auf dem PC sein. Es macht wenig Sinn ein Eval-Board für einen Signalprozessor zu kaufen und einfach loszulegen.<br />
<br />
=== Fest- oder Gleitkomma? ===<br />
<br />
Signalverarbeitung auf einem Gleitkomma- (Floating-Point-) Rechner ist grundsätzlich einfacher als auf einem Festkomma- (Fixed-Point-) Rechner. Da die Ungenauigkeiten bei der Rechnung mit Floating-Point-Zahlen in vielen Fällen vernachlässigbar sind, kann man einen Algorithmus i.d.R. 1:1 in Programmcode umsetzen. Hat man nur Festkomma-Rechenoperationen zur Verfügung wird es etwas ungemütlich. Man muss sich Gedanken um die Skalierung der Daten, die Reihenfolge von Rechenoperationen, Überläufe, Rundungsrauschen usw. machen. Da Gleitkomma-DSPs allerdings teurer sind und mehr Strom verbrauchen, werden für Massenprodukte fast ausschließlich Festkomma-DSPs bzw. ASICs mit Festkomma-Rechenwerken verwendet.<br />
<br />
=== TI C2000 ===<br />
<br />
Eine komplette 32-bit DSC Controller Familie vom low-cost ([http://www.ti.com/corp/docs/landing/f280xx-piccolo/index.htm PICCOLO]) bis high-end Controller mit FPU ([http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=mcu&sectionId=95&tabId=2108&familyId=1414&paramCriteria=no TMS320F28335]).<br />
Die Peripherie umfasst Mehrkanal A/D Wandler mit 12-bit Aufloesung und bis zu 4 Megasamples Abtastrate. Die PWMs haben einen hochauflösenden Modus, der bis zu 150ps auflösen kann. Als Interface stehen CAN, I2C, schnelle generelle serielle Ports und Quadratureingänge für Drehgeber zur Verfügung.<br />
<br />
=== TI C5000 ===<br />
<br />
DSP für Batterieapplikationen. Die gesamte Architektur wurde auf Stromverbrauch optimiert. Dazu werden spezielle Tools zur Verfügung gestellt, die zur Anwendung passende Optimierungslösungen generiert. [[TMS320VC5505 eZDSP USB Stick]] mit IDE als preisgünstiges Entwicklungssystem ( < 50€)<br />
<br />
=== TI C6000 ===<br />
<br />
DSP-Familie vom Marktführer Texas Instruments, enthält sowohl Fest- als auch Gleitkomma-DSPs.<br />
<br />
=== TI DM6400 (DaVinci) ===<br />
<br />
DSP für Videoanwendungen. Einige Derivate enthalten auch einen ARM9 als Co-Prozessor. Diese Familie wird unter dem Namen [http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=dsp&sectionId=2&tabId=1852&familyId=1300 DaVinci] vermarktet.<br />
<br />
=== TI OMAP ===<br />
<br />
Prozessor für mobile Geraete, enthält einen ARM-Kern und einen C6000-DSP. Ein interessantes und mit $149 sehr preisguenstiges Evalboard ist das [http://www.beagleboard.org Beagle Board]. Ein kostenloser Assembler für den DSP ist verfuegbar.<br />
<br />
=== SHARC/TigerSHARC ===<br />
<br />
32 Bit Gleitkomma-DSP von Analog Devices.<br />
<br />
=== Blackfin ===<br />
<br />
Der Blackfin ist ein 16/32 Bit Festkomma-DSP von Analog Devices. Im Gegensatz zu den 16-bittigen Vorgängern ADSP-21xx, die häufig als Co-Prozessoren zur Signalverarbeitung zusammen mit einem Mikrocontroller verwendet werden, geht der Blackfin schon weit in den Einsatzbereich eines Allround-Prozessors hinein. So gibt es z.&nbsp;B. einen Linux-Port für Blackfin, Eval-Boards mit Ethernet, CAN, USB und vielen MB SDRAM. Dank der verbesserten Stromsparfunktionen der BF52x-Reihe ist diese eher neue Architektur vermehrt in mobilen Geräten (Kameras, Mediaplayer, etc.) anzutreffen.<br />
<br />
Wichtig für die Entwicklung ist zu wissen:<br />
<br />
* Kein Fliesskomma-Support in Hardware<br />
* Keine MMU, keine Unterstützung für virtuelles Memory (kein Unix fork(), etc.)<br />
<br />
Unterstützte Entwicklungswerkzeuge:<br />
<br />
* Visual DSP++: Hauseigenes Entwicklungstool von Analog Devices, kommerziell<br />
* GCC: Freie GNU-Umgebung mit Assembler, Compiler, Linker, Debugger<br />
* Eclipse für uClinux-Entwicklung wie auch 'standalone' ohne OS<br />
<br />
Aufgrund der ausgereiften GNU-Toolchain ist der Blackfin eine der kostengünstigsten Plattformen für die Entwicklung. Die Tools laufen sowohl unter Windows32 als auch Linux, bevorzugt wird jedoch Linux eingesetzt. Für die Kernel-Entwicklung ist Linux unabdingbar.<br />
Dank offener JTAG-Spezifikation existieren einige Tools von Drittherstellern zum Hardware-Debugging (In Circuit Emulation) und zur Programmierung:<br />
<br />
* [http://www.section5.ch/icebear ICEbear] JTAG: schneller USB->JTAG adapter<br />
* [http://www.ronetix.at/ PEEDI] High end JTAG, Ethernet<br />
<br />
Beide Tools arbeiten auch mit ARM-Prozessoren.<br />
<br />
Weitere Links:<br />
<br />
* [http://www.analog.com/blackfin Herstellerwebsite]<br />
* [http://blackfin.uclinux.com/ uClinux Port und GNU toolchain]<br />
<br />
=== dsPIC ===<br />
<br />
Der [[dsPIC]] ist ein kleiner 16 Bit-Mikrocontroller mit DSP-Funktionen. Mit dem klassischen PIC hat er außer dem Namen nichts gemeinsam.<br />
<br />
=== TriCore ===<br />
<br />
Der '''TriCore''' von Infineon ist ein 32-Bit-Mikrocontroller mit DSP-Funktionen, mit derzeitigem Schwerpunkt im Bereich der Embedded Real-Time Systems und Automotive.<br />
<br />
* [http://www.infineon.com/cgi-bin/ifx/portal/ep/channelView.do?channelId=-78991&channelPage=%2Fep%2Fchannel%2FleafNote.jsp&pageTypeId=17099 Übersicht über die '''TriCore''' Produktfamilie]<br />
<br />
=== Bezugsquellen für Starterkits/Evalboards ===<br />
<br />
* http://www.spectrumdigital.com - große Auswahl an Starterkits mit TI-DSPs, ab $300<br />
* http://www.bluetechnix.com - Blackfin-Module ab € 150<br />
* http://www.zbrain.ch/ - Blackfin-Modul, Preis: ?<br />
* http://www.danvillesignal.com/ - ADSP-218x-Boards ab $200, Sharc-Boards ab $400<br />
* http://docs.blackfin.uclinux.org/doku.php?id=buy_stuff - Blackfin BF533 STAMP $170 (keine analogen Schnittstellen, aber über Pfostenstecker leicht zu erweitern)<br />
* http://www.sundance.com - High-End-Module mit TI C6000<br />
* http://www.spectrumsignal.com/ - TMS320 und SHARC<br />
* http://www.pentek.com/dspcentral/ - TMS430 und PowerPC<br />
* http://www.bittware.com/ - SHARC und TigerSHARC<br />
* http://www.hunteng.co.uk/ - C6000<br />
* http://www.kanecomputing.co.uk<br />
* http://www.dsp-systeme.net - DSP-Module mit DSP von TI und ADI<br />
* http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?lang=de&site=DE&WT.z_homepage_link=hp_go_button&KeyWords=TMDX5505EZDSP&x=22&y=22 eZDSP USB Stick , <50€<br />
* http://www.dsp-weuffen.de - TI C6727 Board und vielen Beispielen<br />
<br />
== Artikel aus der Kategorie DSP ==<br />
<br />
<ncl style=compact maxdepth=2 headings=bullet headstart=2<br />
showcats=1 showarts=1>DSP</ncl><br />
<br />
[[Category:DSP]]</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=45515Freiberufler und Angestellte2010-03-30T20:10:58Z<p>Rfr: /* Arbeitnehmer */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben. Alle anderen sind Freiberufler.<br />
<br />
==Arbeitnehmer==<br />
* Arbeitsverträge sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten. Nicht immer werden diese abgegolten. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
== Freiberufler==<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. Die Rechtsprechung ändert sich momentan noch, genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie können daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschließen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Größe der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=45514Freiberufler und Angestellte2010-03-30T20:08:05Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man Personen, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben. Alle anderen sind Freiberufler.<br />
<br />
==Arbeitnehmer==<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten. Werden sie geleistet, müssen sie i.d.R. extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
<br />
== Freiberufler==<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. Die Rechtsprechung ändert sich momentan noch, genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie können daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschließen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Größe der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=45513Freiberufler und Angestellte2010-03-30T18:27:02Z<p>Rfr: /* Freiberufler */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man lLeute, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben.<br />
<br />
==Arbeitnehmer==<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten. Werden sie geleistet, müssen sie i.d.R. extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
<br />
== Freiberufler==<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. Die Rechtsprechung ändert sich momentan noch, genauere Informationen haben Steuerberater und die IHKs.<br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie können daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschließen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Größe der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=45512Freiberufler und Angestellte2010-03-30T18:25:22Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt. Als Arbeitnehmer bezeichnet man lLeute, die einen solchen Arbeitsvertrag geschlossen haben.<br />
<br />
==Arbeitnehmer==<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten. Werden sie geleistet, müssen sie i.d.R. extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
<br />
== Freiberufler==<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschließen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Größe der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43121Freiberufler und Angestellte2010-02-11T18:26:04Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschließlich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschließlich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschließen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Maß an Überstunden zu leisten. Werden sie geleistet, müssen sie i.d.R. extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Größe der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB Xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass, ISBN 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43106Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:41:50Z<p>Rfr: /* Literatur */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die earbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
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Privatrecht von Wolfgang Kallwass, ISBN-13: 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43105Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:41:17Z<p>Rfr: /* Literatur = */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
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==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
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* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
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== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die earbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
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== Literatur ==<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass <br />
ISBN-13: 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43104Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:40:54Z<p>Rfr: /* Freiberufler oder Angestellter? */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
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* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
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* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
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* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
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==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
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* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die earbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.<br />
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= Literatur ==<br />
Privatrecht von Wolfgang Kallwass <br />
ISBN-13: 978-3800637386<br />
ist eine sehr gute Einführung in das allgemeine Privatrecht, auch für Nichtjuristen verständlich geschrieben.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43103Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:35:28Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handelt. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
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* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
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* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
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==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die earbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43102Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:34:54Z<p>Rfr: /* Erfüllung */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
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==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die earbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43101Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:34:38Z<p>Rfr: /* Erfüllung */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
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* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die earbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten weitere Modalitäten der echnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43100Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:34:12Z<p>Rfr: /* Angebot */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme: Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43099Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:33:56Z<p>Rfr: /* Angebot */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
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* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
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* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
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== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43098Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:33:37Z<p>Rfr: /* Angebot */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
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* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
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==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
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* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten. <br />
<br />
* Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo. Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden <br />
erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl erforderlich!<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43097Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:32:44Z<p>Rfr: /* Marktteilnehmer Auftraggeber */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
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==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
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* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
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* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie <br />
Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten.<br />
Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo.<br />
Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden <br />
erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine<br />
ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl<br />
erforderlich! <br />
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== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43096Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:31:51Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
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<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
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==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten <br />
für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das <br />
Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge<br />
und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt <br />
mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben <br />
aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler<br />
einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler<br />
für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer<br />
gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
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== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie <br />
Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten.<br />
Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo.<br />
Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden <br />
erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine<br />
ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl<br />
erforderlich! <br />
<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43095Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:30:59Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen<br />
Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten <br />
für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das <br />
Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge<br />
und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt <br />
mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben <br />
aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler<br />
einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler<br />
für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer<br />
gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie <br />
Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten.<br />
Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo.<br />
Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden <br />
erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine<br />
ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl<br />
erforderlich! <br />
<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43094Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:30:29Z<p>Rfr: /* Allgemeines */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
<br />
* Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt, Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der <br />
Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen<br />
Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbständige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine Berufshaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf die Rechnung.<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten <br />
für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das <br />
Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge<br />
und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt <br />
mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben <br />
aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler<br />
einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler<br />
für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer<br />
gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie <br />
Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten.<br />
Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo.<br />
Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden <br />
erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine<br />
ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl<br />
erforderlich! <br />
<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=Freiberufler_und_Angestellte&diff=43093Freiberufler und Angestellte2010-02-10T20:27:30Z<p>Rfr: /* Freiberufler versus Angestellter */</p>
<hr />
<div>= Freiberufler oder Angestellter?=<br />
<br />
<br />
==Allgemeines ==<br />
* Abhängige Arbeit oder 'weisungsgebundene Arbeit' liegt vor, wenn der Dienstenehmer<br />
ausschliesslich oder überwiegend nach Anweisung des Auftraggebers handeln. Diese Form <br />
des Arbeitens wird durch Arbeitsverträge -und meistens- auch durch Tarifverträge bestimmt.<br />
Verträge dieser Art sind vom Gedanken der Fürsorgepflicht gegenüber dem Arbeitnehmer bestimmt,<br />
Verträge dieser Art unterliegen auch dem Arbeitsschutzrecht, der Arbeitszeitordnung<br />
und anderen Gesetzen. Auch die Teilnahme am Sozialsystem entspringt dem Gedanken der Fürsorge <br />
gegenüber dem Arbeitnehmer. Durch die Verpflichtung zur Teilnahme sinkt allerdings der <br />
Gestaltungsspielraum des Arbeitnehmers. <br />
<br />
* Freiberufler sind Dienstenehmer. Es handelt sich oft um Spezialisten, deren Wissen nur <br />
kurze Zeit benötigt wird. Sie sind von der Pflicht zur Sozialversicherung ausgenommen und können <br />
sich daher privat versichern. Dies ist uU sehr günstig. Ein Freiberufler braucht in der Regel keinen<br />
Meisterbrief, es gibt allerdings Branchen, in denen er vorgeschrieben ist. Ein Freiberufler braucht<br />
auch keinen Gewerbeschein, obwohl er ihn haben kann. <br />
<br />
* Scheinselbsttändige sind Freiberufler, die langfristig ausschliesslich für einen Auftraggeber<br />
tätig sind. Hier handelt es sich oft um Versuche, die Zwänge zum Sozialrecht zu umgehen. <br />
<br />
* Freiberufler unterliegen nicht dem Zwang zur gesetzlichen Sozialversicherung. Sie sollten daher <br />
eigene Versicherungen auf privater Basis abschliessen. Diese Überlegungen sollten vorwiegend<br />
auf Kranken- Unfall- Renten- Rechtsschutz- und Berufsunfähigkeitsversicherung, aber auch auf eine<br />
Berufahaftpflichtversicherung angewendet werden.<br />
<br />
* Arbeitnehmer sind verpflichtet, ein gewisses Mass an Überstunden zu leisten, die idR nicht<br />
extra abgegolten werden. Freiberufler haben dieses Problem nicht, sie schreiben alle Zeiten auf<br />
die Rechnung.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
==Marktteilnehmer Auftraggeber ==<br />
* Zeitarbeitsunternehmen haben Angestellte, die einen normalen Arbeitsvertrag abgeschlossen haben und die Arbeiten <br />
für andere leisten. Sie werden vom Vertragspartner bezahlt. Vorteil ist für den Arbeitnehmer das <br />
Sammeln von Erfahrung in verschiedenen Firmen und Projekten, nachteilig sind oft die geringeren Bezüge<br />
und die Ungewissheit. Die Firma ist verpflichtet, für eine konstante Beschäftigung zu sorgen.<br />
<br />
* Vermittler sind Unternehmen, die Freiberufler in Projekte vermitteln. Ihre Tätigkeit beginnt <br />
mit der Ausschreibung im Projekt und endet nach Ablauf des Dienstvertrages. Die Vermittler üben <br />
aber keine Projektarbeit aus. Projektbörsen sind typische Vermittler.<br />
<br />
* Dienstleister sind Firmen, die Projekte in anderen Firmen durchführen und dabei auch Freiberufler<br />
einsetzen. Die Dienstleister führen das gesamte Projekt durch.<br />
<br />
* Für den Freiberufler ist die Zusammenarbeit mit einem Vermittler vorteilhaft, weil der Vermittler<br />
für die Bezüge haftet, wenn der Kunde die Zahlung verweigert. Dieses ist natürlich erst bei einer<br />
gewissen Grösse der Vermittler ein Kriterium.<br />
<br />
== Angebot ==<br />
<br />
* Angebote sind meistens räumlich, fachlich, zeitlich und fachlich bestimmt, dies bedeutet, dass sie <br />
Mindestanforderungen in diesen Bereichen erfordern. Es ist in der Regel unsinnig, diese nicht zu beachten.<br />
Ein Angebot enthält eine Skillslist, denn der Anbietende muss ersehen können, was der Anbieter bisher so gemacht hat und wo.<br />
Ich habe in meiner Skillslist alle Projekte der letzten 10 Jahre aufgelistet, aber die Namen der Kunden werden <br />
erst ein Jahr nach dem Abschluss des Auftrages hinzugefügt. (Ausnahme:Referenzen).<br />
<br />
* Angebote, die unter Verwendung von virtuellen Marktplätzen (zB xing) zustande kommen, haben in der Regel eine<br />
ausführliche Projektliste im Internet erkennbar. Nicht jeder Auftraggeber findet das gut, hier ist Fingerspitzengefühl<br />
erforderlich! <br />
<br />
<br />
== Erfüllung ==<br />
<br />
*In der Regel wird in einem Vertrag ein Stundensatz festgelegt. Um die gearbeiteten Stunden nachzuweisen, müssen diese<br />
in geeigneter Form erfasst werden. Die Art der Festlegung und die Person, die den Stundennachweis unterschreibt, sollten<br />
ebenfalls im Vertrag festgehalten werden.<br />
<br />
* Am Ende eines Monats wird eine Rechnung erstellt. Diese unterliegt in der Regel der Mehrwertsteuer. Im Vertrag sollten <br />
weitere Modalitäten der Rechnungserstellung (zB Reisekosten, Ab/Anfahrt usw) enthalten sein.</div>Rfrhttps://www.mikrocontroller.net/index.php?title=AT91SAM7S_mit_OpenOCD_programmieren&diff=42144AT91SAM7S mit OpenOCD programmieren2010-01-11T08:45:57Z<p>Rfr: /* Weblinks */</p>
<hr />
<div>von [[Benutzer:Andreas]]<br />
<br />
== Einführung ==<br />
<br />
Dieser Artikel soll zeigen wie man einen AT91SAM7S über JTAG mit Hilfe von OpenOCD programmiert.<br />
<br />
OpenOCD bietet zwei Kommunikationsschnittstellen: eine per Telnet benutzbare (Port 4444) und eine für GDB (Port 3333). Für die ersten Schritte oder einfache Aufgaben ist es am Besten erst mal das Telnet-Interface zu verwenden.<br />
<br />
== Konfiguration von OpenOCD + Wiggler ==<br />
<br />
at91sam7_wiggler.cfg:<br />
<pre><br />
telnet_port 4444<br />
gdb_port 3333<br />
<br />
#interface<br />
interface parport<br />
parport_port 0x378<br />
parport_cable wiggler<br />
jtag_speed 0<br />
reset_config srst_only<br />
<br />
jtag_device 4 0x1 0xf 0xe<br />
<br />
target arm7tdmi little reset_halt 0 arm7tdmi<br />
daemon_startup reset<br />
<br />
flash bank at91sam7 0 0 0 0 0<br />
</pre><br />
<br />
== Grundfunktionen ==<br />
<br />
=== ICE Modus wählen ===<br />
<br />
Falls es einen JTAGSEL Eingang gibt (z.B. AT91SAM7S, AT91SAM7X), darf der JTAGSEL Jumper '''nicht''' gesetzt sein! JTAGSEL wählt zwischen dem JTAG Modus (z.B. um JTAG IDs zu lesen), wenn JTAGSEL=1 (Jumper gesetzt), und dem EmbeddedICE Modus (Jumper offen).<br />
<br />
=== Programmausführung anhalten ===<br />
<br />
> ''halt''<br />
requesting target halt...<br />
> Target 0 halted<br />
target halted in Thumb state due to debug request, current mode: User<br />
cpsr: 0x40000010 pc: 0x0010031e<br />
<br />
=== Programmausführung fortsetzen/starten ===<br />
<br />
> ''resume''<br />
Target 0 resumed<br />
> poll<br />
target state: running<br />
<br />
=== Reset auslösen ===<br />
<br />
> ''reset''<br />
> Target 0 halted<br />
target halted in ARM state due to debug request, current mode: Supervisor<br />
cpsr: 0x600000d3 pc: 0x00000000<br />
<br />
== Flash-Programmierung mit OpenOCD ==<br />
<br />
=== Ggf. NVM-bit 2 setzen mit SAM-BA (nur bei AT91SAM7X) ===<br />
<br />
Vorsicht: Wenn der ERASE-Pin des SAM7X gebraucht wurde, muss man erst das NVM-Bit 2 ''setzen'', ggf. mit SAM-BA. Ansonsten startet der SAM7X immer im Bootloadermodus und nie aus dem FLASH. OpenOCD unterstützen das Verändern der NVM-Bits ab SVN-Version~90 (August 31st, 2006, Befehl at91sam7 gpnvm.<br />
<br />
=== Ggf. Programmausführung anhalten ===<br />
<br />
siehe oben<br />
<br />
=== Lock-Bits entfernen ===<br />
<br />
Im Flash hat sich SAM-BA eingenistet und seine Lockbits gesetzt:<br />
<br />
> flash info 0<br />
#1: at91sam7 at 0x00100000, size 0x00010000, buswidth 4, chipwidth 0<br />
<br />
at91sam7 information:<br />
cidr: 0x27090540, arch: 0x0070, eproc: ARM7TDMI, version:0x000, flashsize: 0x00010000<br />
main clock(estimated): 18614kHz <br />
pagesize: 128, lockbits: 16 ''0x0003'', pages in lock region: 32 <br />
securitybit: 0, nvmbits: 0x0<br />
<br />
> ''flash protect 0 0 15 off''<br />
> flash info 0<br />
#1: at91sam7 at 0x00100000, size 0x00010000, buswidth 4, chipwidth 0<br />
<br />
at91sam7 information:<br />
cidr: 0x27090540, arch: 0x0070, eproc: ARM7TDMI, version:0x000, flashsize: 0x00010000<br />
main clock(estimated): 18614kHz <br />
pagesize: 128, lockbits: 16 ''0x0000'', pages in lock region: 32 <br />
securitybit: 0, nvmbits: 0x0<br />
<br />
<br />
Beim AT91SAM7S256 muss man flash protect 0 0 7 off benutzen<br />
<br />
=== Löschen ===<br />
<br />
Der Flash kann nur in einem Stück gelöscht werden (Blöcke 0-15), ansonsten kommt eine Fehlermeldung:<br />
> ''flash erase 0 0 15''<br />
<br />
=== Programmieren ===<br />
<br />
Die hochzuladende Datei muss ins Binärformat gebracht werden, z.B. mit<br />
arm-elf-objcopy -O binary test.elf test.bin<br />
<br />
Anschließend kann die Datei mit folgendem Befehl in den Flash geschrieben werden:<br />
> ''flash write 0 test.bin 0''<br />
<br />
=== Resetten ===<br />
<br />
> ''reset''<br />
> ''resume''<br />
Target 0 resumed<br />
> poll<br />
target state: running<br />
<br />
Jetzt sollte das Programm loslaufen.<br />
<br />
== Verwendung von GDB ==<br />
<br />
=== Start und Herstellen der Verbindung ===<br />
<br />
''arm-elf-gdb test.elf''<br />
<br />
(gdb) ''target remote 192.168.0.33:3333''<br />
Remote debugging using 192.168.0.33:3333<br />
0x00000000 in ?? ()<br />
<br />
=== Ausführen von OpenOCD-Befehlen ===<br />
<br />
Alle OpenOCD-Befehle lassen sich auch von GDB aus ausführen:<br />
(gdb) monitor <befehl><br />
<br />
=== Beim Debuggen von Programmen im Flash: Hardware-Breakpoints erzwingen ===<br />
<br />
''monitor arm7_9 force_hw_bkpts enable''<br />
<br />
== Integration in Makefile ==<br />
<br />
Wenn man auf eine IDE verzichten möchte und deshalb nur einen Texteditor (z.B. VIM) verwendet, bietet es sich an, häufig ausgeführten Aktionen einen Abschnitt im Makefile zu spendieren. <br />
<br />
=== OpenOCD Konfiguration ===<br />
Die nachfolgende Konfiguration von OpenOCD ist derjenigen weiter oben sehr ähnlich. Der direkte Zugriff auf die Hardware erfordert zwingend superuser Rechte, was für eine Automatisierte Ausführung natürlich hinderlich ist. Daher kommt die Schnittstelle zu ppdev zum Einsatz. <br />
* Dazu das ppdev Kernelmodul laden: <pre>modprobe ppdev</pre><br />
* Und/Oder in /etc/modules einfügen.<br />
* Rechte für Zugriff auf parport0: Benutzernamen in /etc/group eintragen, idR bei lp<br />
<br />
/etc/openocd.cfg: (bei mir sucht openocd zuerst nach /etc/openocd.cfg, falls keine Datei angegeben wurde)<br />
<pre><br />
#daemon configuration<br />
telnet_port 4444<br />
gdb_port 3333<br />
daemon_startup attach<br />
<br />
#interface<br />
interface parport<br />
parport_port /dev/parport0<br />
parport_cable wiggler<br />
jtag_speed 0<br />
#reset_config trst_and_srst|trst_only|srst_only srst_pulls_trst|trst_pulls_srst|combined<br />
reset_config srst_only<br />
<br />
#jtag scan chain<br />
#format L IRC IRCM IDCODE (Length, IR Capture, IR Capture Mask, IDCODE)<br />
jtag_device 4 0x1 0xf 0xe<br />
<br />
#target configuration<br />
#target <type> <endianness> <startup mode> <chainpos> <variant><br />
target arm7tdmi little reset_halt 0 <br />
daemon_startup reset<br />
<br />
#working_area 0 0x208000 0x4000 nobackup<br />
flash bank at91sam7 0 0 0 0 0<br />
</pre><br />
<br />
/etc/openocd_flash.cfg:<br />
<pre><br />
#daemon configuration<br />
telnet_port 4444<br />
gdb_port 3333<br />
daemon_startup reset<br />
<br />
#interface<br />
interface parport<br />
parport_port /dev/parport0<br />
parport_cable wiggler<br />
jtag_speed 0<br />
#reset_config trst_and_srst|trst_only|srst_only srst_pulls_trst|trst_pulls_srst|combined<br />
reset_config srst_only<br />
<br />
#jtag scan chain<br />
#format L IRC IRCM IDCODE (Length, IR Capture, IR Capture Mask, IDCODE)<br />
jtag_device 4 0x1 0xf 0xe<br />
<br />
#target configuration<br />
#target <type> <endianness> <startup mode> <chainpos> <variant><br />
target arm7tdmi little run_and_init 0 <br />
run_and_halt_time 0 30<br />
<br />
#working_area 0 0x208000 0x4000 nobackup<br />
flash bank at91sam7 0 0 0 0 0<br />
target_script 0 reset /etc/openocd_at91sam7_flash.script<br />
</pre><br />
<br />
/etc/openocd_at91sam7_flash.script:<br />
<br />
<pre><br />
# <br />
# The following commands will be executed on<br />
# reset (because of run_and_init in the config-file)<br />
# - halt target<br />
# - init ecr<br />
# - flash content of file main.bin into target-memory<br />
# - shutdown openocd<br />
#<br />
# created by Martin Thomas <br />
# http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects<br />
# based on information from Dominic Rath <br />
#<br />
<br />
halt<br />
sleep 10<br />
<br />
# Init - taken form the script openocd_at91sam7_ecr.script <br />
mww 0xfffffd44 0x00008000 # disable watchdog<br />
mww 0xfffffd08 0xa5000001 # enable user reset<br />
mww 0xfffffc20 0x00000601 # CKGR_MOR : enable the main oscillator<br />
sleep 10<br />
mww 0xfffffc2c 0x00481c0e # CKGR_PLLR: 96.1097 MHz<br />
sleep 10<br />
mww 0xfffffc30 0x00000007 # PMC_MCKR : MCK = PLL / 2 ~= 48 MHz<br />
sleep 10<br />
mww 0xffffff60 0x003c0100 # MC_FMR: flash mode (FWS=1,FMCN=60)<br />
# arm7_9 force_hw_bkpts enable # program resides in flash<br />
<br />
# AT91SAM7 flash command-"batch"<br />
# adapted by Martin Thomas based on information from Dominic Rath - Thanks<br />
arm7_9 dcc_downloads enable<br />
sleep 10<br />
poll<br />
flash probe 0<br />
flash write 0 main.bin 0x0<br />
reset run<br />
sleep 10<br />
shutdown<br />
</pre><br />
<br />
Wie unschwer zu erkennen ist, habe ich mich bei der großartigen Arbeit von Martin Thomas bedient. Das ändert sich auch beim Makefile nicht. <br />
<br />
=== Integration in das Makefile ===<br />
<br />
An geeigneter Stelle (wo man es zur Not auch wieder findet) ist folgendes in das Makefile von WinARM einzufügen:<br />
<br />
<pre><br />
# OpenOCD Flags<br />
OPENOCDFLAGS = -f /etc/openocd_flash.cfg<br />
<br />
INSIGHT = arm-elf-insight<br />
OPENOCD = openocd<br />
KILLALL = killall<br />
<br />
# Program the device.<br />
program: $(TARGET).bin<br />
ifeq ($(RUN_MODE),ROM_RUN)<br />
$(OPENOCD) $(OPENOCDFLAGS)<br />
endif<br />
<br />
debug: begin insight end<br />
<br />
insight:<br />
ifeq ($(RUN_MODE),RAM_RUN)<br />
$(OPENOCD) & $(INSIGHT) $(TARGET).elf -ex "target remote localhost:3333" -ex "monitor arm7_9 sw_bkpts enable" -ex "load"<br />
$(KILLALL) $(OPENOCD)<br />
else<br />
$(OPENOCD) & $(INSIGHT) $(TARGET).elf -ex "target remote localhost:3333" -ex "monitor arm7_9 force_hw_bkpts enable"<br />
$(KILLALL) $(OPENOCD)<br />
endif<br />
</pre><br />
<br />
Damit schreibt ein simples<br />
<pre>make program</pre><br />
die Datei main.bin ins Flash und ein<br />
<pre>make debug</pre><br />
startet OpenOCD und Insight, verbindet sich und lädt bei Bedarf das Programm ins Ram. Funktioniert hervorragend vom VI aus ;)<br />
<br />
Anmerkungen:<br />
*Ich weiß nicht mehr, welcher Teufel mich geritten hat, aber ich habe OpenOCD dazu gebracht, zuerst nach /etc/openocd.cfg zu suchen, wenn keine Datei angegeben wird. Das müsste man sonst im Makefile berücksichtigen, wenn im aktuellen Pfad keine openocd.cfg existiert. <br />
*Einrückungen im Makefile müssen ein TAB-Zeichen sein. Eine äquivalente Anzahl Leerzeichen funktioniert nicht!<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
<br />
* [http://openfacts.berlios.de/index-en.phtml?title=Open_On-Chip_Debugger OpenOCD Dokumentation]<br />
* [http://www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/openocd_intro/index.html ARM-Controller Flash-programming with OpenOCD] (beschreibt auch "batch programming"/"make program")<br />
* [http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-335700.html SAM7FLASH: kleiner USB Bootloader (nur für Windows)]<br />
<br />
<br />
The following links has been expired (This means: they don't work):<br />
* [http://www.sparkfun.com/cgi-bin/phpbb/viewforum.php?f=18 OpenOCD Forum (neu)]<br />
* [https://developer.berlios.de/forum/forum.php?forum_id=12655 OpenOCD Foren (alt)]<br />
<br />
[[Category:ARM]]</div>Rfr