Hallo alle zusammen. Ich muss demnächst ein kleines Referat über einen Sägezahngenerator der durch OPs realisiert wird halten. Nach einiger Recherche habe ich herausgefunden, dass man so ein Verhalten durch einen Integrator, welcher von einer rechteckigen Wechselspannung gespeist wird erreichen kann. Rein mathematisch betrachtet ist das Verhalten des Integrators für mich logisch und nachvollziehbar. Bei der elektrotechnischen Betrachtung wird das etwas schwieriger. Ich verstehe nicht, wieso sich die Ausgangsspannung linear hebt, wenn eine Spannung > 0V am Eingang anliegt und umgekehrt. Irgendwie passen nach meinem Verständnis lineare Verläufe und Kondensatoren nicht so recht zusammen ;) Vielleicht ist hier ja jemand im Board der mir die Verhaltensweise anschaulich erläutern kann. Mit freundlichem Gruß, Jakob
Der OV hat das Bestreben, die Eingangsspannungsdifferenz an seinen beiden Eingängen minimal zu machen (sofern man ihn mit der dafür geeigneten Rückkopplung beschaltet ;-). Du hast nun an einem Eingang eine konstante Spannung, am anderen einen Widerstand gegen Masse. Dieses Bestreben sollte also dazu führen, dass durch den Widerstand ein konstanter Strom fließt. Da der Strom nicht in den oder aus dem Eingang selbst fließen kann, muss er über den Kondensator fließen. Konstantstrom an einem Kondensator wiederum ist aber eine schöne lineare Angelegenheit... (Das ist eine rein bildliche Erklärung, die mathematische kannst du dir ja bei Bedarf selbst herleiten. Diese würde dann auch nachweisen, dass die Rückkopplung mit dem Kondensator und dem Widerstand auch tatsächlich geeignet ist, die Eingangsspannungsdifferenz zu minimieren.)
Hmm, also wenn ich mir diese Schaltung anschaue, sehe ich keinen Widerstand gegen Masse: http://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#Integrator Der positive Eingang ist auf Masse gezogen und der Negative bekommt seine Eingangsspannung über einen Widerstand. Wieso fließt dann ein linearer Strom durch den Kondensator?
Ergänzung: 1. Die Ausgangsspannung des OP hat die invertierte Polarität zur Eingangsspannung. 2. Für einen Sägezahn ist die (periodische)schlagartige Entladung des Integrationskondansators notwendig. Die Eingangsspannung kann dauernd auf x-Volt liegen. Würdest du nur die Eingangsspannung auf 0V setzen, hättest du einen Rechteck-zu-Dreieckwandler.
Ich verstehe zwar nicht so recht was du mir sagen willst, aber um von einem Dreieck auf Sägezahn zu kommen muss man ja im Prinzip nur die Ladezeiten in eine Richtung verändern, also das RC-Glied mit Dioden Ausstatten. Dann kann man die Außenabgriffe eines Potis jeweils über eine Diode an den C führen und den Schleiferabgriff an den ursprünglichen Anfang des RC-Gliedes. Aber darum geht es mir ja jetzt gar nicht. Ich muss irgendwie erstmal diesen Integrator verstehen, ich finde absolut keine Erklärung für das Verhalten.
Hm, du musst ein Referat über ein Sägezahngenerator halten, und ich habe dir was über die Erzeugung des Sägezahns gechrieben. Schade dass ich dich nicht verstanden habe.
Das Problem vor dem ich stehe ist, dass ich die Funktionswiese des Integrators nicht nachvollziehen kann. Ich verstehe den elektrotechnischen Zusammenhang nicht. Also wieso zb der Ausgang linear verläuft.
>Hmm, also wenn ich mir diese Schaltung anschaue, sehe ich keinen >Widerstand gegen Masse Physikalisch nicht. Aber da der OP seinen Ausgang so regelt, dass zwischen den Eingängen immer 0V liegen und der +E an GND ist, ist dies gleichzusetzten wie wenn der R an GND hinge. Es fließt damit ein konstanter Strom Ue/R durch den R und der muss über den C kommen. Wie oben schon gesagt: Der OPA-Eingang kann den nicht aufnehmen, also regelt er seinen Ausgang so nach, dass über den C derselbe konstante Strom fließt. Ein konstanter Strom über einen C hat eine lineare Spannungsänderung zur Folge. Ich weiß, es war eine Wiederholung der Aussage von Jörg Wunsch - vielleicht hilft dem OP die andere Wortwahl ...
Na ganz simple. Der OP setzt seine Spannung an den Eingängen (+, -) zu Null. Folglich ist der Knoten an dem OP, Widerstand und Kondensator hängen auf Masse (nennt man virtuelle Masse). Über dem Widerstand liegt nun eine konstante Spannung, damit fließt ein konstanter Strom. Eine weiter Eigenschaft des OPS hilft nun weiter: Es fließen keine Ströme in den (idealen) OP. Der konsante Strom, der durch die Eingangsspannung und dem Widerstand erzeugt wird kann also nur zum Kondensator fließen. Und wenn man den Kondensator mit einem konstanten Strom läd/entläd dann ändert sich seine Spannung linear. Die Spannung über dem Kondensator ist aber die Ausgangsspannung wegen der virtuellen Masse. Hoffe man versteht was ich meine ;)
Wie Jörg und andere dir schon erklaert haben fliest ueber den Widerstand ein Konstantstrom. Warum fliest das jetzt ein Konstantstrom ? Der OP ist durch seine aussen beschaltung bestrebt die Differenzspannung zwischen seinen beiden Eingaengen gegen 0V gehen zu lassen. Da aber der (+) Eingang bei dieser Schaltung auf GND liegt ist die Spannung am (-) Eingang auch fast 0V (einige mV) . Dadurch ergibt sich ein sogenannter virtueller Nullpunkt am (-) Eingang des OPs. Wenn jetzt am Widerstand eine Konstante Spannung ansteht ergibt sich ein konstanter Strom. Der kann abe rnur durch den Kondenstator zum Ausgang des OPs fliessen weil der Strom in den Eingang des Ops fast gegen Null geht (hochohmige Eingaenge). Und einkonstanter Strom durch einen Kondensator ergibt eine linear mit der Zeit ansteigende (abfallende) Spannung. Gruss Helmi
Hmm. Also fließt der Eingangsseitige Strom über den C, weil er nicht in den Eingang des OPs fließen kann? Ich versuche das nachzuvollziehen. Ich stelle mir das jetzt so vor: Eigentlich müsste der Strom Ue/R fließen. Da der OP aber versucht die beiden Eingänge auf gleichem Pegel zu halten, muss er diesen "eliminieren". Deswegen fließt ein aus dem Ausgang über den C ein Strom, der -Ue/R beträgt, oder? Das bedeutet dann das Ie=0 also auch keine Spannung?? Habe ich das nun richtig interpretiert?
Hmm, während meines Schreibens gleich zwei Einträge dazu gekommen ;)
NIcht ganz oder ich missverstehe dich. Der STrom der bei Ue reinfließt ist UE/R, der bei Ua reinfließt ist -UE/R (d.h. er fließt da raus). Ist Ie=0 dann liegt auch keine Spannung an, d.h. Ue=0.
Danke für die Zahlreichen erklärungen Ich denke, dass ich das soweit verstanden habe. Der Strom fließt über C weil er nicht in den Eingang fließen kann. Aber dann ist ja im Prinzip, wenn man den ohmschen Widerstand des Cs betrachtet eine Reihenschaltung aus dem R und dem C gegeben. Wenn nun der C lädt, ändert sich sein Widerstand. Wieso ändert sich der Strom dann nicht?
>@HildeK >Diesmal wars du schneller. >Gruss Helmi Yeah!!
>Irgendwie passen nach meinem Verständnis lineare Verläufe und >Kondensatoren nicht so recht zusammen ;) Das klingt so, als ob du bei Kondensator+Laden immer auf diese e-Funktionen hoffst.. Das ist aber nur Sonderfall der allgemeinen Beschreibung des Kondensators. Und zwas der, wenn der KOndesator mit konstanter Spannung mithilfe eine Widerstandes geladen wird. Bekommt der Kondensator allerdings einen konstanten Strom (wo der herkommt wurde auch schon erklärt), dann entsteht eine linear ansteigende Kondensatorspannung. Wenn du jetzt das Verhalten von (Eingangs)strom in den Kondensator zu (Ausgangs)Spannung des Kondensators betrachtest, ist es integrierendes Verhalten. (Beim ersten Fall, konstante Spannung, ist es ein verzögerndess Verhalten) EDIT: >Der Strom fließt über C weil er nicht in den Eingang fließen kann. >Aber dann ist ja im Prinzip, wenn man den ohmschen Widerstand des Cs >betrachtet eine Reihenschaltung aus dem R und dem C gegeben. Wenn nun >der C lädt, ändert sich sein Widerstand. >Wieso ändert sich der Strom dann nicht? Weil das mit der Reihenschaltung nicht ganz korrekt ist. Zumindest entscheidet nicht die Gesamtwiderstand der Reihenschaltung über die Größe des Stromes, sondern nur die EIngangsspannung und der Widerstand. Denn: Der widerstand liegt einseitig an der Eingangsspannung, und auf der anderen Seite auf der virtuellen Masse, also an kosntanten NULL Volt. Somit kann sich der Strom nicht ändern. (Dafür sorgt der OPV)
Hmm, OK. Ich habe zwar verstanden, dass der lineare Strom eine lineare Ladekurve erzeugt, doch stört mich etwas an dieser Erklärung. Wieso ist der Strom konstant, wenn sich die Ladung und damit der ohmsche Widerstand des Cs ändert. dieser bildet ja eine Reihenschaltung mit R. Da müsste sich der Strom doch ändern, oder nicht?
>Wieso ist der Strom konstant, wenn sich die Ladung und damit der ohmsche
Siehe EDIT im letzten Post.
Noch ein Tip:
Wenn die Reihenschaltung entscheidend wäre, dann würde sich die
Spannung am Punkt zwischen dem R und dem C ändern. Und damit diese bei
konstanten NULL Volt bleibt, sorgt der OPV, indem er die
Ausgangsspannung so nachführt, das diese NULL Volt (virtuelle Masse)
immer erhalten bleibt
Achso.. D.h., dass der Knotenpunkt zw. Widerstand und OP-Eingang theoretisch auf Masse liegt, der Strom aber "weg fließen" muss. Deshalb fließt dieser über C. Wohin fließt er dann? In den OP-Ausgang oder über den Verbraucher?
>Wohin fließt er dann? In den OP-Ausgang oder über den Verbraucher?
In den OP-Ausgang!
>D.h., dass der Knotenpunkt zw. Widerstand und OP-Eingang theoretisch auf >Masse liegt, der Strom aber "weg fließen" muss. Korrekt. >>Wohin fließt er dann? In den OP-Ausgang oder über den Verbraucher? >In den OP-Ausgang! Auch Korrekt. Falls du jetzt eine Last hinten am Ausgang des OPVs dran hast, dann addieren/subtrahieren sich die Ströme am, oder besser im Ausgangspin.
OK, ich glaube ich habe es endlich verstanden. Danke für diese kompetente Hilfe eurer Seite. Ich mache die Erfahrung immer wieder, dass in diesem Board gestellt Fragen grundsätzlich kompetent beantwortet und/oder diskutiert werden. Wenn es okay wäre hätte ich noch eine weitere Frage.. ;) Ich habe eine Schaltung gefunden, die eine Dreiecksfunktion erzeugt. An und für sich verstehe ich den Zusammenhang der Schaltung, nur frage ich mich, wieso diese anfängt zu schwingen? http://homepages.internet.lu/absolute3/tronic/sz1.gif http://homepages.internet.lu/absolute3/tronic/sz.htm Mit freundlichem Gruß, Jakob
>wieso diese anfängt zu schwingen?
Der Komparator links hat als Ausgang entweder +Ua oder -Ua. Der
Integrator macht eine entsprechende negative oder positive Slope. Sein
Ausgang geht wieder auf den Komparatoreingang und wenn die
Dreieckspannung über den Teiler R1 und R2 die Schwelle (GND) über- bzw.
unterschreitet, schaltet der Komparator auf die andere Ausgangslage.
Das Spiel beginnt nun wieder von vorne - in die entgegengesetzte
Richtung.
Aber besteht durch R2 nicht im Prinzip eine Rückkopplung? Das würde ja bedeuten, dass bei einer Eingangsspannung von 0V auch 0V herauskommen.
>Aber besteht durch R2 nicht im Prinzip eine Rückkopplung?
Nein. Eine Rückkopplung, besser gesagt eine GEGENkopplung ist nur dann
erreicht, wenn der Ausgang über ein elektrisches Netzwerk (R,L,C) mit
den invertierenden Eingang verbunden ist.
Nur dann gilt die Aussage, dass die Spannung zwischen IN+ und IN-
immer identisch ist.
Fehlt diese Gegenkopplung, dann gilt:
Die Ausgangsspannung ist positiv UB, wenn die Differenz IN+ - IN- auch
positiv ist.
Und negativ UB, wenn die DIfferenz IN+ - IN- negativ ist.
Kurz:
Uout = +Ub, wenn IN+ > IN-
= -Ub, wenn IN+ < IN-
= 0, wenn IN+ = IN- (ohne Gegenkoppllung praktisch nicht
möglich)
mit UB ist der Spannungspegel an dem entsprechenden UB-Pin gemeint.
Diese Annahme hatte ich auch, deswegen konnte ich mir die Schaltung nicht erklären. Im Einschaltmoment ist die Schaltung potentialfrei, dh. IN+ = IN- = 0V, also auch Ub = 0V.. Oder sehe ich das falsch?
>Im Einschaltmoment ist die Schaltung potentialfrei, dh. >IN+ = IN- = 0V Naja, das die Bedingung IN+ = IN- bis auf das Quadrillionstel ;-) Volt stimmt, ist praktisch ausgeschlossen. Deshalb kippt der Komparator (undefiniert) in eine der beiden Richtungen. PS: Wegen diesem "Anfangswertproblem" haben viele SImulationstools beim Start Schwierigkeiten die (statischen) Arbeitspunkte richtig zu berechnen. Deshalb sollten dort kleine Unsymmetrien (oder toleranzbehaftete Bauelemente) eingebaut werden.
Noch eine kleine Randbemerkung: Wenn es vom Ausgang eines OPs auf den positiven Eingang geht spricht man auch von einer Mitkopplung
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