Ich versuche schon länger diese wirklich einfache Schaltung hier zu
verstehen.
Ein Verständnisproblem gibt es da noch: (Siehe Bild:
http://i.stack.imgur.com/M47w4.png)
Die Kondensatoren können als Pufferkondensatoren wirken, also für eine
längere Zeit den Strom zur verfügung stellen
Die Kondensatoren können als Entstörkondensatoren wirken, also Ladung
schnell zur Verfügung stellen wenn impulsartig Ströme gezogen werden
UND die Kondensatoren müssen irgendwie Ground stabilisieren (also
versuchen konstant zu halten)
nach Ic/C gleich dUc/dt funktioniert es dann am besten, wenn die
Kondensatoren einen sehr hohen Wert haben, da sich die Spannung an
Ground dann kaum verändert.
Angenommen die Schaltung wird unsymmetrisch belastet, sodass oben keine
4.5 V am Widerstand abfallen sondern, 4 Volt. Dann würde einer der
Kondensatoren seinen Strom zur Verfügung stellen damit das Potential der
künstlichen Masse nicht herumschwabbt. Was passiert aber, wenn bei
unsymmetrischer Belastung die Spannung steigt? Dann würde sich der
Kondensator doch weiteraufladen und die Stabilisierung wäre doch futsch?
Irgendwo habe ich da einen Denkfehler.
Vielen Dank im Voraus!
Student89 schrieb:> Dann würde sich der> Kondensator doch weiteraufladen und die Stabilisierung wäre doch futsch?> Irgendwo habe ich da einen Denkfehler.
Die Vorgänge an sich gibst Du richtig wieder. Das läuft tatsächlich so
ab.
Kondensatoren sind im engeren Sinne nicht "stabilisierend". Dazu wären
aktive Bauelemente nötig. Unter "Stabilisieren" versteh man in diesem
engen Sinn, dass da eine Teilschaltung den Ist-Wert mit dem Soll-Wert
Vergleich und die Energiequelle entsprechend nachstellt. Üblicher ist
der Begriff "Regelung" oder als Nomen "Regler". Aber "Stabilisator" ist
durchaus auch verständlich. Wie gesagt: In diesem engeren Sinne. Es gibt
noch weitere Fälle in denen das eine festgeschrieben Bedeutung hat, die
nicht mit Regelung zu tun hat. Aber das lassen wir mal hier, weil es mit
deinem Beispiel nichts zu tun hat.
Im weiteren Sinne kann man das Wort "stabilisieren" durchaus benutzen,
wenn man meint das ein (grosser) Kondensator die Spannung länger hoch
halten würde, als wenn gar keiner da wäre.
Aber in der Praxis benutzt (soweit ich weiß) keiner das Wort so.
Jedenfalls nicht in einem mehr formalen Gespräch (was hier der Fall
sei). Man kann das mal so "lax" sagen, und jeder weiß was gemeint ist.
Korrekt ist es nicht.
Insgesamt heisst das: Du beschreibst den Vorgang völlig richtig, aber
die Auffassung, dass eine "Stabilisierung" vorliegt ist falsch.
Vielen Dank für deine Antwort, dann lass ich den Begriff stabilisieren
mal weg und frag mal anders:
Also würden die Kondensatoren die künstliche Masse nicht auf ihrem
Potential halten?
Es wäre allerdings ratsam, sich mal den Unterschied zwischen der
Schaltung mit und ohne Kondensatoren vorzustellen. Um es vorwegzunehmen:
Die Spannung würde sich mit einer gewissen Verzögerung (ggü. dem Fall
ganz ohne Kondensatoren) verändern. Also schon, in gewisser Weise eine
"Stabilisierung".
Ich möchte noch hinzufügen, dass die Verwendung des Wortes
"Stabilisierung" nicht eigentlich falsch ist. Aber man darf eben von
dieser Kondensatorschaltung auch nicht zu viel erwarten. Eben nicht,
dass die Spannung sich dann gar nicht verändert - wie es bei einer
"richtigen" Stabilisierung der Fall wäre.
Ich hoffe das hat Dir geholfen.
Hallo Klaus,
in der Tat hat es mir geholfen, doch ich kann mir den
schaltungstechnischen Vorgang nicht erklären, wie diese "Stabilisierung"
der künstlichen Masse zustande kommt.
Wenn durch unsymmetrische Last die Spannung an einem der Widerstände R
zu klein wird, dann wird der Kondensator seinen Strom zur Verfügung
stellen. Was wird dann aber mit dem anderen Widerstand R passieren, an
dem der Spannungsabfall ja größer wird? Wird der andere Kondensator dann
etwa aufgeladen? Ich versteh nicht wie der Mittelpunkt konstant gehalten
wird mit der Schaltung ... wäre froh, wenn du es mir erklären könntest.
Vielen Dank im Voraus
Student89 schrieb:> Vielen Dank für deine Antwort, dann lass ich den Begriff stabilisieren> mal weg und frag mal anders:>> Also würden die Kondensatoren die künstliche Masse nicht auf ihrem> Potential halten?
Strenggenommen: Nein.
Allerdings würden die Kondensatoren, die Verschiebung zeitlich
verzögern. "Puffern" oder "Buffern" wären die allgemein verwendeten
Begriffen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich ihre Wirkung nicht von
den Einzel-Kondensatoren an ICs. Die kennst Du wahrscheinlich schon.
Eine dauerhafte unsymmetrische Belastung können sie nicht ausgleichen.
Das ist eigentlich genau genommen eine Schaltung für sehr geringe
Ströme. Du kennst den Fall eigentlich schon von dem Spannungsteiler für
die Basisvorspannung von Transistoren. Oder einen Schritt vorher von den
"belasteten" und "unbelasteten" Spannungsteilern.
Der Kondensator enthält eine Ladung und kann die kurzzeitig liefern.
Aber da die Spannung an dem parallelen Widerstand wieder mehrheitlich
durch den Lasstrom bestimmt wird, wenn der Kondensator "leer" ist, d.h.
die Spannung hat, die an dem Widerstand abfällt, dann ist Ende mit
puffern.
Bastele Dir das mal in LTSpice zusammen. Da wird einiges klarer, vermute
ich.
Danke,
aber wenn ich doch eine sehr hohe Kapazität wähle, dann geht dUc/dt
gegen 0 und somit müssten die künstliche Masse doch immer stabil
bleiben, da sich die Spannung praktisch nicht mehr ändert bis die
Kondensatoren entladen sind oder nicht? Da liegt mein Problem.
Student89 schrieb:> Hallo Klaus,>> in der Tat hat es mir geholfen, doch ich kann mir den> schaltungstechnischen Vorgang nicht erklären, wie diese "Stabilisierung"> der künstlichen Masse zustande kommt.
Trenne Dich von der Vorstellung einer "Stabilisierung". Das verstellt
den Blick auf die realen Vorgänge. (Das war der Tenor meiner ersten
Antwort).
> Wenn durch unsymmetrische Last die Spannung an einem der Widerstände R> zu klein wird, dann wird der Kondensator seinen Strom zur Verfügung> stellen. Was wird dann aber mit dem anderen Widerstand R passieren, an> dem der Spannungsabfall ja größer wird? Wird der andere Kondensator dann> etwa aufgeladen? Ich versteh nicht wie der Mittelpunkt konstant gehalten> wird mit der Schaltung ... wäre froh, wenn du es mir erklären könntest.
Wie gesagt, die Schaltung hält den Mittelpunkt nicht konstant. Nicht in
der Weise, wie Du das (vermutlich) meinst.
Bei einer unsymmetrischen Belastung fliesst mehr Strom durch den jeweils
entgegengesetzten Widerstand des Spannungsteilers. Das bewirkt, das die
Spannung an der Seite mit der höheren Belastung absinkt und an der Seite
mit der niedrigeren Belastung ansteigt.
Dem wirken die Kondensatoren entgegen. Das ist die "Pufferung" - nicht
"Stabilisierung".
Auf der Seite mit der höheren Belastung liefert die Kondensator einen
(infinitesimal) kurzen Moment lang etwas Strom an die grössere Last. Auf
der Seite mit der niedrigeren Belastung nimmt der Kondensator einen
kurzen Moment lang Strom (genauer eigentlich Ladung) auf, der also
weniger durch den parallel geschalteten Widerstand fliesst und daher die
Spannung nicht sofort sondern eben verzögert ansteigen lässt.
Darin liegt keine Stabilisierung, weil es keinen gegenläufigen Effekt
gibt, der die Wirkung der höheren unsymmetrischen Last ausgleichen will.
Die Verhältnisse sind mit Kondensatoren auch deswegen etwas schwerer
gedanklich zu erfassen, weil sie eben bei Veränderungen relevant werden
und nicht in einem statischen Zustand.
Vor allem das fehlen einer gegenläufigen Wirkung in der Schaltung hat
die Konsequenz das keine Stabilisierung oder Regelung erfolgt. Das ist
sehr wichtig zu erkennen.
Student89 schrieb:> Danke,>> aber wenn ich doch eine sehr hohe Kapazität wähle, dann geht dUc/dt> gegen 0 und somit müssten die künstliche Masse doch immer stabil> bleiben, da sich die Spannung praktisch nicht mehr ändert bis die> Kondensatoren entladen sind oder nicht? Da liegt mein Problem.
Naja. Das ist mathematisch richtig argumentiert aber unvollständig.
Die selbe Mathematik sagt Dir nämlich auch, in welchem Maße sich die
Spannung verändern wird, wenn sich der Strom asymmetrisch ändert.
Oder auch wie groß die Kondensatoren sein müssen, damit eine gewisse,
aber konkret quantifizierte Stromänderung höchsten zu eine bestimmten
Spannungsänderung führt.
Deswegen empfahl ich Dir ja, mit LTSpice herumzuspielen.
Ich meine mich an den ersten Thread zu erinnern, in dem Du nach einer
"negativen Spannung nur mit Widerständen" gefragt hast. Finde ihn aber
gerade nicht, vielleicht verwechsle ich das auch gerade.
Diese Schaltung ist in der Realität eigentlich nur für geringe Laste die
sich nur "sehr wenig" ändern. Sehr wenig heisst hier irgendwas in der
Grössenordnung von einem 50stel oder mehr. Und eine geringe Läst
deswegen, weil Du halt Leistung verbrätst die Du genauso aber mit
wesentlich mehr Konstanz verbraten würdest, wenn Du eine "aktive"
Stabilisierung verwendest.
Du solltest das mal gedanklich durchspielen. Sollte eigentlich schon
einmal früher (wie oben von mir erwähnt), erfolgt sein aber seis drum.
Aber dann verwirf dass und mache es "richtig". Mit richtigen Reglern.
Das ist eine Sackgasse für Anfänger. Ein Profi macht das auch nur, wenn
es anders nicht geht oder mal als temporäre Improvisation.
Student89 schrieb:> UND die Kondensatoren müssen irgendwie Ground stabilisieren (also> versuchen konstant zu halten)
Nö.
Spannung treten ausschließlich und immer und überall nur zwischen
zwei Punkten auf.
Wenn Du mehr als zwei Punkte hast, ist es aus rein praktischen
Überlegungen zweckmäßig, einen Punkt als Referenzpunkt zu definieren. Du
betrachtest dann alle Spannungen gegenüber diesem Referenzpunkt. In
Deinem Fall ist eben der Mittelabgriff des Spannungsteilers als
Referenz, sprich "Ground" definiert.
Klaus schrieb:> Ein Profi macht das auch nur, wenn> es anders nicht geht oder mal als temporäre Improvisation.
Oder er verwendet einen überzähligen Operationsverstärker mit der
Verstärkung 1 um die von dieser Schaltung vorgegebene Spannung
niederohmig zu machen.
So ich hab das jetzt mal mit PSpice ausführlich simuliert.
Bild 1 stellt die bipolare Spannungsquelle dar. (Die Kapazität varriere
ich zwischen 1uF und 100 uF um die Spannungen an der Last vergleichen zu
können)
In Bild 2 wird die bipolare Quelle unsymmetrisch belastet.
In Bild 3 hab ich die Spannungen gegen Masse gemessen.
Ich habe die Quelle nun durch eine sinusförmige Quelle ersetzt, da
Operationsverstärker Ströme ziehen die in der Stärke variieren.
Ich habe eine Messung mit 1 uF gemacht und ein mit 100 uF.
Jeweils am oberen Lastwiderstand gemessen: Last_1 (Bild: Spannung an
Last 1 bei 1 uF)
Und die letzte Messung mit 100 uF: Last 1 (Bild: Spannung an Last 1 bei
100 uF)
Man sieht bei der Messung mit 1 uF, dass sich die Quelle die mit 10 V
speist keine gleichmäßige Spannungsteilung bewirkt. Bei 100 uF bewirkt
sie eine gleichmäßige Teilung. Genau das meinte ich ja mit
stabilisieren.
Wehren sich die Kondensatoren nun so stark gegen die Spannungsänderung
dass der Mittelpunkt nahezukonstant gehalten wird?
Vielen Dank im Voraus!
Servus,
die Quelle durch eine Wechselspannung zu ersetzen, ist hier völliger
Unsinn!
Was Du jetzt siehst, ist einfach, daß der Spannungsteiler für den
Wechselspannungsanteil der Quelle mit großen Kondensatoren insgesamt
symmetrischer wird, weil der Strom durch die (symmetrisch
dimensionierten) großen Kondensatoren größer wird, der Anteil durch die
(unsymmetrischen) Lastwiderstände aber gleich bleibt. Genauso gut
könntest Du auch einfach R1 und R2 kleiner machen und kommst auf das
gleiche Ergebnis.
In der Realität hast Du eine (vermutlich relativ stabile)
Gleichspannungsquelle, aber Dein Laststrom variiert, und zwar
unterschiedlich im positiven und negativem Zweig.
Um sinnvolle Erkentnisse aus der Simulation zu gewinnen, solltest Du
besser diese Last-Änderungen simulieren!
Student89 schrieb:> Danke,>> aber wenn ich doch eine sehr hohe Kapazität wähle, dann geht dUc/dt> gegen 0 und somit müssten die künstliche Masse doch immer stabil> bleiben, da sich die Spannung praktisch nicht mehr ändert bis die> Kondensatoren entladen sind oder nicht? Da liegt mein Problem.
Genau da liegt dein Problem. Welche Spannung liegt an dem Kondensator
wenn er entladen ist? Nach der Zeitkonstante R*C (weiss nicht wie man
das "Tau" hier darstellt) hat der Kondensator nur mehr 37% seiner
Ausgangsspannung. Mit jedem noch so geringem Strom aus dem Kondensator
heraus ändert sich dessen Spannung.
Wenn du das ohne Kondensatoren simulierst, wirst du sehen das jede
unsymetrische Belastung eine stufenweise Verschiebung der 0-Spannung
bewirkt. Mit Kondensatoren werden diese Stufen entsprechend der
Zeitkonstante flacher.
Ich möchte mich erstmal für die versierten Antworten hier bedanken.
Ich weiß auch, dass diese Schaltung möglicherweise nichts für die Praxis
ist, da das Stabilisieren dew künstlichen Massenpunktes mit
Spannungsfolgern viel besser zu realisieren ist, trotzdem geht es mir
als Student ums Verständnis und hätte daher noch paar Fragen:
Die Verschiebung des künstlichen Punktes ist mir nun klar und dass die
Kondensatoren sich gegen die Spannungsänderung wehren ist mir auch klar.
Aber: Wenn diese Quelle unsymmetrisch belastet wird, werden die
Kondensatoren das irgendwie regeln können, dass die künstliche Masse
wieder ihr ursprüngliches Potential erreicht? Da liegt noch mein
Verständnisproblem.
Student89 schrieb:> Aber: Wenn diese Quelle unsymmetrisch belastet wird, werden die> Kondensatoren das irgendwie regeln können, dass die künstliche Masse> wieder ihr ursprüngliches Potential erreicht? Da liegt noch mein> Verständnisproblem.
Nein, das werden sie nicht können. Sie verlangsamen nur die Änderung.
Mehr nicht. Wie Hubert schon schrieb: Wenn du das ganze ohne
Kondensatoren simulierst, hast du das eigentliche Verhalten dieser
Schaltung. Die Kondensatoren verzögern die "Schieflage" nur. Sie machen
diese nicht rückgängig, sie stellen nicht die Symmetrie wieder her!
Student89 schrieb:> Die Verschiebung des künstlichen Punktes ist mir nun klar und dass die> Kondensatoren sich gegen die Spannungsänderung wehren ist mir auch klar.
Das ist doch Unsinn. Die Kondensatoren können sich nicht wehren. Wenn du
aus einem Glas Wasser heraus nimmst, ändert sich der Wasserstand. Wie
soll sich das Glas dagegen wehren.
Student89 schrieb:> Wenn diese Quelle unsymmetrisch belastet wird, werden die> Kondensatoren das irgendwie regeln können, dass die künstliche Masse> wieder ihr ursprüngliches Potential erreicht?
Nein, wenn die unsymmetrische Belastung permanent vorhanden ist, ändern
die Kondensatoren überhaupt nichts an einer Verschiebung der Spannung!
Von "Regelung" kann hier überhaupt keine Rede sein!
Lediglich kurze Lastimpulse werden durch die Kondensatoren abgepuffert,
mehr oder weniger stark, je nachdem, wie stark die Lastimpulse und wie
groß die Kondensatoren sind.
Aber die Simulation zeigt mir eindeutig ein Tiefpassverhalten. Ab einer
bestimmten Frequenz wird alles gedämpft. Wie kann ich mir das erklären?
Ich hab es mir sogar selber ausgerechnet.
Und selbstverständlich: Kondensatoren "wehren" sich gegen die
Spannungsänderung, so wie eine Spule sich gegen die Änderung des Stromes
wehrt. Wollte das nur mal hinzufügen weil das gerade verneint wurde.
Student89 schrieb:> Aber die Simulation zeigt mir eindeutig ein Tiefpassverhalten. Ab einer> bestimmten Frequenz wird alles gedämpft. Wie kann ich mir das erklären?> Ich hab es mir sogar selber ausgerechnet.
Ja, indem du als Spannungsquelle eine Wechselspannungsquelle genommen
hast. Wie weiter oben schon gesagt wurde, mußt du stattdessen eine
Gleichspannungsquelle benutzen und die Last dann mal unsymmetrisch
belasten. Dann siehst du, daß der Nullpunkt unsymmetrisch bleibt.
Student89 schrieb:> Und selbstverständlich: Kondensatoren "wehren" sich gegen die> Spannungsänderung, so wie eine Spule sich gegen die Änderung des Stromes> wehrt. Wollte das nur mal hinzufügen weil das gerade verneint wurde.
Sie wehren sich nicht dagegen, sondern sie verzögern sie nur (zeitlich
gesehen). Sich dagegen wehren würde bedeuten, daß sie die Änderungen
auch rückgängig machen würden. Das können sie aber nicht.
Jetzt bin ich wieder völlig aus dem Konzept.
Wie "PUFFERN" die Kondensatoren denn dann den Mittelpunkt hier?
Wenn mir einer den Vorgang nochmal erklären könnte ... wäre ich
zufrieden.
Student89 schrieb:> Wie "PUFFERN" die Kondensatoren denn dann den Mittelpunkt hier?
Indem sie die Spannungsänderungen verlangsamen (aber nicht verhindern
oder sogar rückgängig machen!). Die Kondensatoren brauchen ja eine
gewisse Zeit, um sich aufladen zu können und brauchen ebenso eine Zeit,
um sich entladen zu können. Wenn sich die Last schneller ändert als
diese Zeitkonstante, kann der Kondensator diese (kurze) Zeit entweder
als Spannungsquelle oder als Senke fungieren, je nach Richtung der
Laständerung. Wenn die Last aber dauerhaft unsymmetrisch bleibt, dann
bleibt auch der Mittelpunkt unsymmetrisch.
Nimm doch einfach mal deine Simulation und hänge an den oberen Zweig
eine Last von 200 Ohm und an den unteren Zweig eine Last von 100 Ohm.
Dann schau dir die beiden Spannungen an.
Hier siehst Du, was die Kondensatoren machen: es ist eine Simulation von
2 mal derselben Schaltung, 1x mit und 1x ohne Kondensatoren. Die
Schaltung wird jeweils unsymmetrisch (nur im positiven Zweig) mit einer
Stromquelle belastet (Verlauf: lila)
Ich werde das dann nur mit Gleichspannung machen.
Eine Frage vorab: Wenn ein Operationsverstärker Strom aus einer
Gleichspannungsquelle zieht, dann verändert sich dieser Strom doch NUR
in der Stärke aber nicht in der Richtung, ist das richtig?
Ich versuche nun die Schaltung mal zu erklären .. wäre dankbar wenn du
mir dann sagen könntest ob ich es verstanden hab (Dann kann ich endlich
damit abschließen)
Funktion der Kondensatoren:
Entstörkondensator
Wenn impulsartige Ströme gezogen werden, dann verhindert die
Leitungsinduktivität dass die Kondensatoren noch mit der Quelle
verbunden sind, halten kurzzeitig die Spannung auf die sie aufgeladen
wurden und entladen sich gegebenenfalls bis sie zusammenbrechen (C ganz
nah an ICs anbringen)
Pufferkondensator
Einen Kondensator mit möglichst hoher Kapazität, gegebenenfalls mehrere
Elektrolytkondensatoren parallel schalten, damit dUc/dt möglichst klein
ist, sodass der Mittelpunkt "nahezu stabil" bleibt. Je nach
unsymmetrischer Laständerung, wird sich der Mittelpunkt dann mal mehr
nach + und mehr nach - verschieben, aber mit einer sehr kleinen
Geschwindigkeit, weil die Kondensatoren hohe Kapazitätswerte haben.
Ist das so richtig?
Ich denke nicht, dass es sinnvoll ist in diesem Moment noch korrigierend
oder auch bestätigend einzugreifen.
Du guckst sozusagen, gerade durch eine Milchglasscheibe. Du siehst zwar
alles und beobachtest im wesentlichen richtig, aber es gibt noch kein
"rundes" Bild, bzw. keine runde Beschreibung. Es wäre etwas verwickelt
das detaillierter auszuführen. Es stimmt - soweit kann man Deine
Beschreibung bestätigen - aber es passt einfach nicht so richtig rund.
Ein richtiger Showstopper ist die Frage nach der Stromrichtung im ersten
Absatz. Hat eigentlich nichts mit der Ursprungs-Frage zu tun. Aber Deine
Fragestellung weist darauf hin, dass Dir da eine Grundlage fehlt.
Ich rate Dir, das Ganze Thema erst einmal ruhen zu lassen. Solche Phasen
wirst Du immer wieder einlegen müssen. Mir und ich denke vielen Anderen
geht es auch so, dass sich die vielen kleinen Wissens-Schnipsel
irgendwie "setzen" müssen.
Dann, in einiger Zeit, solltest Du Dir Deine Threads hier noch einmal
durchzulesen. Dazu noch die Grundlagen zu Widerstand, Spannungsteiler
und Kondensator und die einfachen Verwendungen dieser Elemente bzw. der
Schaltung. Dann legst Du das Ganze einfach noch mal ein paar Tage zur
Seite und machst was Anderes. Dein Unterbewusstsein wird das alles
verarbeiten und ein Ganzes daraus machen.
Wahrscheinlich erledigt sich das Thema damit selbst.
Vielen Dank für die Antworten ... ich werde aber gleich ein anderes
Thread eröffnen, da geht es mehr um die Versorgung eines OPs was auch
mit den Kondensatoren zu tun hat ... ich kann leider nicht aufgeben :)
Student89 schrieb:> Vielen Dank für die Antworten ... ich werde aber gleich ein anderes> Thread eröffnen, da geht es mehr um die Versorgung eines OPs was auch> mit den Kondensatoren zu tun hat ... ich kann leider nicht aufgeben :)
Huch? Ich denke es geht hier schon die ganze Zeit um die Stromversorgung
von Operationsverstärkern? Von was für einer Art Last bist Du denn
ausgegangen?
