Spannung nach Impedanzwandler bricht zusammen

Gast #3555997
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Hallo Leute,

ich habe mich mal mit Operationsverstärkerschaltungen beschäftigt. Dabei 
wollte ich die Funktionsweise von einem Impedanzwandler testen. Dazu 
habe ich eine Spannungsstabilisierer Schaltung mit einer 10 Volt Z-Diode 
aufgebaut. Als Last hängen mehere LED (mid vorwiderstand) parallel. Im 
angehängten Bild ist das die linke Schaltung. Wenn ich die Schaltung bei 
etwa 6 LEDs in Betrieb nehme dann bricht die Spannung an der Diode 
leicht bis ca. 9 Volt ein. Die LEDs leuchten weiterhin sehr gut.
Jetzt wollte ich einen Impedanzwandler dazwischen schalten  (rechtes 
Bild) weil ja dadurch die Spannung an der Z-Diode nicht mehr einbricht. 
Schließlich fließt nur ein sehr kleiner strom in den OPV. Da die 
Verstärkung 1 ist müssten ja die 10 Vol am Ausgang vom OPV anliegen. 
Doch das ist leider nicht der Fall. Es liegen komischerweise nur noch 
ca. 4,5 Volt an. Die LED leuchten auch schwächer...
Ich hatte eigentlich gedacht das mit dem Impedanzwandler die 
Spannungsstabilisierung besser funktioniert.
Könntet ihr mir sagen was ich falsch gemacht oder verstanden habe?

mfg

Alex
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Gast #3556067
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Ein kräftiger Impedanzwandler hat noch einen (Leistungs-)Transistor als 
Emitterfolger am OP-Ausgang.

Ansonsten, was Ulrich schreibt, oder den Strom verkleinern.

Ist der OP kein Rail-to-Rail-Typ, erreicht er am Ausgang auch nur was um 
die 80-90% der Betriebsspannung. Reale OP-Eigenschaften.
Gast #3556973
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@Wilhelm F.

Wie genau soll ich das mit dem Emitterfolger beschalten? Der OP Ausgang 
geht mit nem vorwiderstand an die Basis. Mit was soll der Kollektor 
verbunden werden? Doch nicht mit der Versorgungsspannung oder? Würde ja 
keinen sinn machen da ich dann die 12 Volt (bild im anhang) anliegen 
habe und nicht meine gewollte 10 Volt von der Z-Diode. Die LED (mit 
Vorwiderständen) würde ich dann an den Emitter verbinden.

mfg

Alex
Gast #3557150
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Alex schrieb:

> @Wilhelm F.
>
> Wie genau soll ich das mit dem Emitterfolger beschalten? Der OP Ausgang
> geht mit nem vorwiderstand an die Basis. Mit was soll der Kollektor
> verbunden werden? Doch nicht mit der Versorgungsspannung oder? Würde ja
> keinen sinn machen da ich dann die 12 Volt (bild im anhang) anliegen
> habe und nicht meine gewollte 10 Volt von der Z-Diode. Die LED (mit
> Vorwiderständen) würde ich dann an den Emitter verbinden.
>
> mfg
>
> Alex

So, ich zeichne jetzt mal den OP mit NPN-Transistor als Emitterfolger in 
LTspice, damit ich da nicht aus der Übung komme. Das Ding nennt sich 
auch Spannungsfolger oder Impedanzwandler.

Dann kann man in einem auch noch gleich eine Simulation mit LTspice 
machen.

Im Wiki des Forums fand ich jetzt auf die Schnelle nichts passendes, 
sonst hätte ich einfach einen Link darauf posten können.

Etwas später melde ich mich mit einem Bildanhang wieder.
Gast #3557240
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So, fertig. Siehe Bildanhang.

R2 ist die Last, da kann man seine LED jetzt mit Vorwiderstand anstatt 
R2 einfügen.

Die Spannung am Emitter entspricht der Spannung an der Z-Diode. Jetzt 
kann man dort erheblich mehr Strom entnehmen, als am OP-Ausgang direkt.

Allerdings wäre da an der Schaltung noch etwas Feinarbeit nötig, aber zu 
Demonstrationszwecken erst mal geeignet.
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#3557276
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Wilhelm F. schrieb:
> Die Spannung am Emitter entspricht der Spannung an der Z-Diode. Jetzt
> kann man dort erheblich mehr Strom entnehmen, als am OP-Ausgang direkt.

Praktiker lassen den OPV weg und hängen den Transistor mit der Basis 
direkt an die Z-Diode. Dann ist die Ausgangsspannung zwar ~0.7V geringer 
als die Spannung der Z-Diode, aber so genau sind Z-Dioden ja ohnehin 
nicht. Und falls es wirklich stört, einfach noch eine Diode (1N4148 
o.ä.) in Durchlaßrichtung in Reihe mit der Z-Diode schalten.


XL
Gast #3557298
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Axel Schwenke schrieb:

> Praktiker lassen den OPV weg und hängen den Transistor mit der Basis
> direkt an die Z-Diode.

Da sprichst du mit mir auch gerade den Richtigen an. ;-)

Sowas habe ich hier auch noch im Betrieb, es reicht sogar für einige 
Zwecke, wo die Spannung nicht ganz hoch präzise sein muß. In den 1970-er 
Jahren, als es keine Festspannungsregler gab, waren solche einfachen 
Regler in Gerätenetzteilen üblich. Aus der Germanium-Zeit habe ich noch 
so ein altes Telefonanlagennetzteil mit ASZ18 hier liegen, ca. 50 Jahre 
alt, und tuts immer noch. Der ASZ18 war sozusagen der damalige 2N3055, 
hat ähnliche Leistungsdaten bis auf die niedrige Temperatur bei 
Germanium.

Aber ich glaube, es geht dem TO eher mal darum, etwas mit dem OP zu 
experimentieren, kein Projekt.

Aber der OP als Impedanzwandler ist immer noch nicht ganz uninteressant. 
Habe da noch alte Literatur hier liegen, wo man auf diese Art auch 
präzisere Spannungsregler baute, z.B. anstatt der Z-Diode eine 
Band-Gap-Referenz. Oder man hätte aus einem aktuellen guten 
Referenzspannungsbaustein gerne Ampere-Ströme. Die oben gezeigte 
Schaltung ist auch schnell zur guten Konstantstromquelle umgebaut, das 
machte ich auch schon ein mal zur Akkuladung.

Wer keinen Bock auf Schaltplaneingabe hat, und LTspice hat, mal etwas 
spielen will, da lade ich gerne auch noch die Simulationsdatei hoch.

Schade, daß ich den LT1001 verwenden mußte, hätte da auch gerne den 
ollen 741 genommen. Der ist nicht in der Bausteinbibliothek. Der LT1001 
tuts aber auch.

Mit fremden Bauteilen in LTspice einbinden muß ich mich auch noch mal 
näher beschäftigen.
Gast #3557508
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Alex schrieb:

> Ahh verstehe, so liegen also die 10V an der last an. Sehr gut
> danke du
> hast mir gut weitergeholfen ;)

Aber Vorsicht, du wirst bestimmt nicht lange Freude an deiner 
OP-Schaltung haben. Denn die Betriebsspannung liegt bei 12V, und der 
Ausgang soll 10V bringen. Die OP streiken da gerne, und kommen nicht mit 
dem Ausgang an die 12V, vielleicht an 10V. Da ist immer eine Lücke, wenn 
es kein Output-Rail-To-Rail-Typ ist. Und selbst dann immer noch.

Mal sehen, ob ich noch ein Bild einer Simulation anhänge, wo man es 
sieht. Am Nachmittag machte ich eine Simulation mit 10-15V 
Betriebsspannung, und unter 12V war es ziemlich unzulänglich, am Ausgang 
noch 10V raus zu bekommen.
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#3557519
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Alex schrieb:

> ich habe mich mal mit Operationsverstärkerschaltungen beschäftigt. Dabei
> wollte ich die Funktionsweise von einem Impedanzwandler testen. Dazu
> habe ich eine Spannungsstabilisierer Schaltung mit einer 10 Volt Z-Diode
> aufgebaut. Als Last hängen mehere LED (mid vorwiderstand) parallel. Im
> angehängten Bild ist das die linke Schaltung. Wenn ich die Schaltung bei
> etwa 6 LEDs in Betrieb nehme dann bricht die Spannung an der Diode
> leicht bis ca. 9 Volt ein. Die LEDs leuchten weiterhin sehr gut.
> Jetzt wollte ich einen Impedanzwandler dazwischen schalten

Beide Schaltungen sind für LEDs denkbar ungeeignet. LEDs treibt
man am besten mit Konstantstromquellen. Hier kannst Du Dir eine
passende aussuchen:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle
Gruss
Harald
#3557772
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Wilhelm F. schrieb:
> Der Alex scheint etwas mit OP zu üben, und will kein Projekt mit Lösung.

Dann hätte man ihm aber mal sagen müssen, daß Impedanzwandler keineswegs 
eine besonders niedrige Ausgangsimpedanz bedeuten muß. Sondern eben nur, 
daß die Eingangsimpedanz der Schaltung viel höher als die 
Ausgangsimpedanz ist.

Wilhelm F. schrieb:
> Aber der OP als Impedanzwandler ist immer noch nicht ganz uninteressant.
> Habe da noch alte Literatur hier liegen, wo man auf diese Art auch
> präzisere Spannungsregler baute, z.B. anstatt der Z-Diode eine
> Band-Gap-Referenz.

Dann ist der OPV aber nicht als Impedanzwandler geschaltet, sondern als 
schnöder nichtinvertierender Verstärker.

> Schade, daß ich den LT1001 verwenden mußte, hätte da auch gerne den
> ollen 741 genommen.

Und wärst auf die Nase gefallen. OK, in der Simulation vielleicht nicht. 
Problem ist der eher bescheidene Aussteuerbereich des 741 am Ausgang. 
Für 10V Ausgangsspannung muß der OPV 10.7V am Ausgang schaffen. Bei 12V 
Betriebsspannung illusorisch.


XL
Gast #3557807
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@Harald Wilhelms

Es ist so wie Wilhelm F. schrieb. Ich wollte nur eigentlich nur ein 
wenig mit OPVs experimentieren. Und für den Impedanzwandler ist mir kein 
Einsatzgebiet eingefallen. Dann hab ich mal gelesen das man die 
Spannungsstabilisierer Schaltung mit einer Z-Diode mit einem solchen 
Impedanzwandler verbessern kann. Trotzdem Danke für deinen Link. Da sind 
interessante Schaltungen dabei die ich auch testen könnte ;)
#3558258
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Alex schrieb:

> Es ist so wie Wilhelm F. schrieb. Ich wollte nur eigentlich nur ein
> wenig mit OPVs experimentieren. Und für den Impedanzwandler ist mir kein
> Einsatzgebiet eingefallen.

Nun, typisch nimmt man OPVs für Messzwecke. Der innere Widerstand
ist bei einem solchen Impedanzwandler auch recht niedrig. Allerdings
gilt das nicht für beliebige Belastungen. Bei den meisten OPVs ist
da bei ca. 20mA Schluss und so stehts dann auch im Datenblatt.
Andererseits führt eine zu hohe Belastung nur selten zu Beschädigungen
des OPVs, sondern es wird einfach der Ausgangsstrom begrenzt.
Wenn man aber eine Versorgung für LEDs bauen will,ist der Weg einer
Zwischenstabilisierung mit Z-Dioden nicht sinnvoll. Da LEDs grund-
sätzlich mit Strömen versorgt werden wollen, kann man eine passende
Stromquelle auch gleich an der Versorgungsspannung anschliessen, wenn
einem die Stromschwankungen, die sich bei Versorgung mit Vorwider-
ständen ergeben, als zu hoch erscheinen.

Eine typische Anwendung eines Impedanzwandlers ist es übrigens,
das man damit aus einem belasteten Spannungsteiler einen (fast)
unbelasteten macht.
Gruss
Harald
Gast #3559000
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Oh, sorry, ich wollte ja gestern noch mal die Simulation hoch laden. 
Obwohl man die auch schnell selbst eingegeben hat.

Für den Alex wäre noch das Programm LTspice (Simulator) interessant. Man 
bekommt es kostenlos und völlig ohne Registrierung bei Linear.com.

Dafür hat die Bausteinbibliothek eine Menge deren Bausteine, aber das 
ist ja nicht weiter tragisch.

Mir selbst half mal "Operationsverstärker für Einsteiger" von Nührmann 
vor 25 Jahren. Auch wenn da olle 741 und noch ältere drin vor kamen. 
Ansonsten hat Tietze/Schenk was, aber für manche etwas teuer, und auch 
mehr theoretisch.



Apropos LTspice: Vielleicht kennt sich ja jemand besser als ich aus. Die 
unzähligen mit gelieferten Beispiele haben alle nur eine 
Zahlenkombination als Dateiname. Muß man die jetzt wirklich alle wie 
eine Wundertüte öffnen, wenn man was sucht?
Angehängte Dateien:
Gast #3559346
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Danke für die Tipps und auch für die Simulationsdatei. Das Buch sieht 
interessant aus. Ich glaub ich hols mir. Den Tietze/Schenk hab ich schon 
;) Hab mir den gebraucht gekauft für 40 euro :D. Bin noch in meinem 
E-Technik Studium und hab mir zuhause ein kleines Labor aufgebaut zum 
experimentieren :)

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