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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP mit NMOS, Verständnisschwierigkeiten


Autor: Jan K. (jan_k)
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Hey Leute, hoffe ich kann das hier reinstellen:

Ich habe obige Schaltung gesehen und frage mich, was die soll und vor 
allem wie sie funktioniert..

Wenn ich eine Wechselspannung an den positiven Eingang anlege (siehe 
Bild), dann ist das Potential am negativen Eingangs idealerweise 
identisch (oder funktioniert das erst, wenn der Transistor 
durchschaltet??). Also fällt Ue über R1 ab.
Aber was erzeugt der OP jetzt am Ausgang? Die gleiche Spannung, wie am 
positiven Eingang, damit Ud=0 wird oder erzeugt er eine größere 
Spannung?

Weil was ist mit den Transistor? Anfänglich ist dieser gesperrt. Sobald 
die Spannung am Ausgang größer ist als Ue (und zwar um die Spannung, die 
T1 zum durchschalten braucht), schaltet er durch.
Aber wenn die Ausgangsspannung an zwischen Gate und Source anliegt, aber 
an Source ebenfalls Ue anliegt, ist doch die Spannung immer 0 und der 
Transistor schaltet garnicht durch?

Angenommen der Transistor würde doch durchschalten, was passiert mit der 
Spannung Ub? Wofür ist die überhaupt noch zusätzlich gut, überlagert die 
sich dann an R1 mit der Wechselspannung?

Hoffe, ihr könnt etwas Licht ins Dunkle bringen. Bin immer verwirrt, 
wenn Wechsel+Gleichanteile in einer Schaltung zusammenkommen, die nicht 
durch Kondensatoren o.ä. entkoppelt werden : /

Danke!

Autor: ArnoR (Gast)
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Jan K. schrieb:
> Aber was erzeugt der OP jetzt am Ausgang?

Genau die Spannung, die am Gate nötig ist, um am R1 Ue zu erzeugen.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

schau mal nach spannungsgesteuerter Stromsenke. ( Stromquelle )

Autor: Jan K. (jan_k)
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ArnoR schrieb:
> Jan K. schrieb:
>> Aber was erzeugt der OP jetzt am Ausgang?
>
> Genau die Spannung, die am Gate nötig ist, um am R1 Ue zu erzeugen.

Hi.

Der OP erzeugt eine Spannung, bis der Transistor durchschaltet. Welche 
Spannung verursacht aber jetzt Ue an R1? Ist das Ub? Weil irgendwie muss 
ja am Source das Potential Ue erzeugt werden, das kann doch nicht der 
Op, oder?

danke!

Autor: ArnoR (Gast)
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Jan K. schrieb:
> Welche Spannung verursacht aber jetzt Ue an R1? Ist das Ub?

Nein, das ist der Strom, der infolge der Spannung am Gate durch den Fet 
fließt.

Autor: Jens G. (jensig)
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Das ist eine Konstantspannungsquelle (könnte man auch mit einem normalen 
npn-Transistor bauen).
Da das ein gegengekoppelter OPV ist, hat er das Bestreben, den neg. 
Eingang auf daselbe Potential zu heben wie den pos. Eingang. Das wäre 
dann der eingeschwungene Zustand. In dem Falle haben wie über R1 
dieselbe Spannung wie am pos. und neg. Eingang. Und mit dieser Spannung 
über R1 kann man den Strom berechnen. Und um diesen Strom liefern zu 
können, muß der FET eine bestimmte Ugs haben bekommen (also Spannung zw. 
Gate und Source). Der Zusammenhang zw. Ugs und Id (Drain bzw 
Sourcestrom) nennt sich Steilheit, und den findet man im Datenblatt des 
FETs.
Ue=U_R1 -> I_R1 -> Ugs

Autor: Jan K. (jan_k)
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Aber nur durch eine Spannung am Gate eines Mosfets passiert doch erstmal 
garnichts, außer, dass der Kanal aufgeht?


edit: danke @ jensg, war ich wohl zu langsam im schreiben.
Ich verstehe auch nicht genau, warum der OP überhaupt noch 
gegengekoppelt ist, es besteht doch keine Leitung zwischen OP Ausgang 
und invertierendem Eingang. Es fällt doch die gesamte Spannung des 
Ausgangs an der Gate-Source Strecke ab?

Autor: ArnoR (Gast)
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Jan K. schrieb:
> außer, dass der Kanal aufgeht?

Und genau dadurch kommt der Stromfluss durch R1 zustande.

Autor: Jan K. (jan_k)
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Aber dieser Strom wird nicht durch den OP getrieben sondern durch Ub?

Autor: ArnoR (Gast)
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Jens G. schrieb:
> Das ist eine Konstantspannungsquelle

Nein, das ist eine Konstantstromquelle, der Strom durch die Last ist 
IRlast=Ue/R1, Der Strom durch die Last ist durch Ue bestimmt.

Autor: ArnoR (Gast)
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Jan K. schrieb:
> Aber dieser Strom wird nicht durch den OP getrieben sondern durch Ub?

Ja, dieser Strom wird von Ub geliefert.

Autor: Jan K. (jan_k)
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ArnoR schrieb:
> Jan K. schrieb:
>> Aber dieser Strom wird nicht durch den OP getrieben sondern durch Ub?
>
> Ja, dieser Strom wird von Ub geliefert.

Okay. Das meinte ich gerade oben, hab' ich mich wohl falsch ausgedrückt.

Wenn Ub nicht mehr ausreicht, so kann der Strom nicht mehr geliefert 
werden? Fällt Ub komplett über R_L und U_DS ab? Wäre dann der Strom 
nicht doch wieder von R_L abhängig?!

Bin noch etwas verwirrt, ich schreibe mal hier die Gedankengänge nochmal 
hin..


Eine Eingangsspannung wird angelegt. Der OP erzeugt eine Spannung U_GS, 
die den Transistor öffnet (vermutlich nicht ganz), sodass ein Strom 
durch R_L und R_1 fließt, bereitgestellt von U_b. Dieser Strom 
verursacht an R_1 genau Ue als Spannungsabfall. Abhängig von Ue bleibt 
also der Strom konstant, solange Ub liefern kann.

Stimmt das jetzt soweit?
Irgendwie kann ich das nur so sehen, dass I_1 mit dem OP den Strom 
"erzwingt". Wenn ich von U_b ausgehe, wird mir das überhaupt nicht klar. 
Wieso treibt Ub nicht von sich aus bereits nen Strom durch die 
Schaltung? Weil der Kanal nur ein Stück weit "geöffnet" ist?

Was bringt es überhaupt eine Wechselspannungsquelle an den Eingang zu 
hängen? Wenn der OP eine negative Halbwelle ausgibt bleibt doch der Fet 
definitiv gesperrt?

Wie berechne ich denn den maximale möglichen Strom? Ub/(R1+RL)?
Was passiert, wenn Ue eine nicht ausreichende Amplitude hat, bleibt der 
Transistor dann ebenfalls einfach gesperrt? Könnte ich die auch 
berechnen? Weil ich denke mir gerade, dass eigentlich doch eine sehr 
kleine Eingangsspannung ausreichen würde, wenn der OP mit Faktor 10^5 
oder so verstärkt?

Danke für deine Geduld!

Autor: Jens G. (jensig)
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ArnoR (Gast)

>Jens G. schrieb:
>> Das ist eine Konstantspannungsquelle

>Nein, das ist eine Konstantstromquelle, der Strom durch die Last ist
>IRlast=Ue/R1, Der Strom durch die Last ist durch Ue bestimmt.

Oje, das war bestimmt die Forensoftware, die das falsch geschrieben 
hatte ;-). Klar ist das eine Konstantstromquelle. Aber ich hoffe, das 
ging aus meiner Beschreibung der Zusammenhänge der Schaltung hervor.

Autor: Jens G. (jensig)
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@Jan K.
>Ich verstehe auch nicht genau, warum der OP überhaupt noch
>gegengekoppelt ist, es besteht doch keine Leitung zwischen OP Ausgang
>und invertierendem Eingang. Es fällt doch die gesamte Spannung des
>Ausgangs an der Gate-Source Strecke ab?

Es ist egal, was sich zw. Ausgang und neg. Eingang befindet - solange 
vom Ausgangssignal irgendwas am Eingang wieder ankommt (ohne zusätliche 
Invertierung), bleibt es eine Gegenkopplung.
Denn wenn das Gate sich ändert, wird ja davon eine Reaktion am Source 
(also neg. Eingang) sichtbar werden in dieselbe Richtung, auch wenn die 
Übertragungsfunktion vom Ausgang des OPV zum Eingang nichtlinear sein 
sollte (der Transistor bringt ja eine Nichtlinearität mit rein, wie z.B. 
der Spannungsversatz zw. Gate und Source, oder die nicht wirklich 
lineare Übertragungskennlinie des Transistors.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Stimmt das jetzt soweit?
Ja.
Wobei der Transitor aber nicht einfach einschaltet, sondern nur fließend 
etwas leitend wird - und zwar soviel, bis der richtige Strom fließt (was 
letztendlich der OPV bestimmt).

Autor: Jens G. (jensig)
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>Irgendwie kann ich das nur so sehen, dass I_1 mit dem OP den Strom
>"erzwingt". Wenn ich von U_b ausgehe, wird mir das überhaupt nicht klar.
>Wieso treibt Ub nicht von sich aus bereits nen Strom durch die
>Schaltung? Weil der Kanal nur ein Stück weit "geöffnet" ist?

Ja.

>Was bringt es überhaupt eine Wechselspannungsquelle an den Eingang zu
>hängen? Wenn der OP eine negative Halbwelle ausgibt bleibt doch der Fet
>definitiv gesperrt?

Ja - diese ASchaltung ist natürlich nur für positive Eingangsspannungen 
geeignet. Du könntest aber eine Wechselspannung mit überlagerter pos. 
Gleichspannung auf den Eingang geben, so daß die "neg." Halbwellen immer 
noch im positiven Bereich bleiben.

>Wie berechne ich denn den maximale möglichen Strom? Ub/(R1+RL)?

Ja. Aber eigentlich kommt noch der minimale Einschaltwiderstand des 
Transis dazu, wenn er völlig durchsteuern müsste, um max. Strom zu 
zulassen. Das ist dann der Rds_on im Datenblatt, der noch dazukäme.

>Was passiert, wenn Ue eine nicht ausreichende Amplitude hat, bleibt der
>Transistor dann ebenfalls einfach gesperrt? Könnte ich die auch
>berechnen? Weil ich denke mir gerade, dass eigentlich doch eine sehr
>kleine Eingangsspannung ausreichen würde, wenn der OP mit Faktor 10^5
>oder so verstärkt?

Ab Ue=0V geht der I im R1 mit nach oben - und zwar linear.

Autor: Jan K. (jan_k)
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Ohman Leute, ihr seid der Hammer.

Ganz herzlichen Dank, bin mit meinem Verständnis weiter gekommen.

Dass die Spannungsamplitude letztendlich auch die Stromstärke bestimmt 
ist mir jetzt auch klar. In diesem Fall hier (mit 
Wechselspannungsquelle) würde der Strom periodisch bei jeder pos. 
Halbwelle von I=0 bis Imax und wieder auf 0 wandern.
Ist dann sowas wie ein Blinklicht mit sich langsam ein-&ausschaltenden 
Lämpchen?

Danke & schöne Grüße

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ist dann sowas wie ein Blinklicht mit sich langsam ein-&ausschaltenden
>Lämpchen?

Ja - wenn die Wechselspannung langsamm "wechselt". Ab paar 10Hz wird 
aber aus dem Blinken ein gleichmäßiges Dauerlicht ;-)

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