Temperaturkompensierter e-Funktionsgenerator

[Manuel B. (manuwestern)]

Hallo,

kann mir jemand die genaue Funktionsweise der Schaltung erklären.
Soweit ich es kapiert habe: Die Eingangsspannung Ue bestimmt den 
Kollektorstrom Ic des Transistors T1. Man nutzt den Transistor also im 
nichtlinearen Bereich um einen exponentiellen Strom Ic in Abhängigkeit 
von Ube zu erzeugen. Dieser erzeugt aufgrund des gegengekoppelten OV1 
den Spannungsabfall an R1 der wiederrum der Ausgangsspannung Ua 
entspricht. Ua ist somit exponentiell von der Eingangsspannung Ue 
abhängig. Richtig?

Meine Fragen:

1. Was genau bringt der OV1? Hätte ich nicht auch eine exponentielle 
Spannung in Abhängigkeit von Ue, wenn ich einfach eine Spannung über R1 
messe? SRY, in Bild2 meinte ich natürlich die Spannung über R1, ich habe 
es falsch eingezeichnet.


Wozu dient der OV2 und wie wirken sich die verschiedenen Widerstände 
aus?

Ich habe zwar die Formeln aus dem Buch "Halbleiterschaltungstechnik, 
Tietze u. Schenk" aber ich kapiere die Zusammenhänge aus 
elektrotechnischer Sicht nicht so ganz. Insbesondere den 
Differenzverstärker in Kombination mit OV2, ich weiß nur dass er zur 
Temperaturkompensation dient, aber ich verstehe nicht so ganz welcher 
Strom wohin fließt bzw. welche Spannungen wo abfallen...

Vielleicht kann es mir jemand anschaulich erklären...

MfG
Manuel

[mse2 (Gast)]

manuel bayer schrieb:
> Ich habe zwar die Formeln aus dem Buch "Halbleiterschaltungstechnik,
> Tietze u. Schenk" aber ich kapiere die Zusammenhänge aus
> elektrotechnischer Sicht nicht so ganz.
Mangels Zeit kann ich es Dir jetzt leider nicht erklären, nur so viel:
Der Tietze Schenk eignet sich nicht als Lehrbuch, er ist mehr ein 
Nachschlagewerk.

> 1. Was genau bringt der OV1? Hätte ich nicht auch eine exponentielle
> Spannung in Abhängigkeit von Ue, wenn ich einfach eine Spannung über R1
> messe?
Genau das passiert ja in der Schaltung: Der OP macht die Spannung 
zwischen dem P- und dem N-Eingang zu Null, P liegt auf GND, N somit auch 
(mit vernachlässigbarer Abweichung bei sehr großer Verstärkung), damit 
ist die Ausgangsspannung von OP1 gleich der an R1 abfallenden Spannung 
und somit proportional zum Strom durch R1.
Die Vorteile:
- die Ausgangsspannung ist relativ belastbar (kleiner 
Ausgangswiderstand),
- die Spannung ist gegen GND.

Den zweiten Teil mit OP2 durchschaue ich selber nicht auf die Schnelle, 
ich hoffe, jemand anderes beantwortet Dir das.
Mich selber interessiert es übrigens auch, ich habe ab und zu die 
Vision, 'mal 'nen analogen Musiksynthesizer zu bauen, aber man kommt ja 
zu nichts... :)

> Tut mir Leid, vielleicht ist die Frage peinlich...
Ist sie keineswegs, dafür sind Foren ja da.

[Purzel H. (hacky)]

IC2 ist Uref / R1 . Und bei U1= GND ist IC2=IC1. Das ist die Normierung. 
T2 ist die Temperaturkompensation von T1. Optimalerweise sind die beiden 
Transistoren T1 und T2 gematcht und auf demselben Substrat. Dann, mit 
IC2 = constant ist IC1 = IC2 * exp (U1 * const)  oder so aehnlich.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

manuel bayer schrieb:
> Soweit ich es kapiert habe: Die Eingangsspannung Ue bestimmt den
> Kollektorstrom Ic des Transistors T1. Man nutzt den Transistor also im
> nichtlinearen Bereich

Dieser Teilsatz ist Unsinn. Der Zusammenhang zwischen U_be und I_c ist 
beim Transistor überall nichtlinear. Es gibt keinen besonderen 
nichtlinearen Bereich.

> um einen exponentiellen Strom Ic in Abhängigkeit von Ube zu erzeugen.

Ja.

> Dieser erzeugt aufgrund des gegengekoppelten OV1
> den Spannungsabfall an R1 der wiederrum der Ausgangsspannung Ua
> entspricht. Ua ist somit exponentiell von der Eingangsspannung Ue
> abhängig. Richtig?

Ja.

> 1. Was genau bringt der OV1? Hätte ich nicht auch eine exponentielle
> Spannung in Abhängigkeit von Ue, wenn ich einfach eine Spannung über R1
> messe?

Klar. Aber mit umgekehrtem Vorzeichen. Und bezogen auf die Betriebs- 
spannung (die am oberen Ende von R1 anliegt). Gleiches Verhalten wie bei 
jeder Emitterschaltung: eine steigende Eingangsspannung führt zu einer 
fallenden Ausgangsspannung (Invertierung). OPV1 sorgt nun dafür, daß 
die Ausgangsspannung wieder zurückinvertiert wird.

> Wozu dient der OV2

Er stellt den Arbeitspunkt ein und stabilisiert ihn. Im Prinzip könnte 
man alles links von T1 weglassen und den Emitter von T1 nur soweit 
negativ vorspannen, daß ohne Eingangsspannung gerade so kein 
Kollektorstrom fließt. Dummerweise wäre eine solche Schaltung aber sehr 
temperaturabhängig. Und auch exemplarabhängig - der Sättigungssperrstrom 
in der Shockley-Gleichung wird von Geometrie und Dotierungsprofil des 
pn-Übergangs bestimmt und ist für zwei Bauelemente (auch des gleichen 
Typs) nie genau gleich.

Wenn man aber zwei identische Transistoren mit gleicher Temperatur hat, 
dann kann man mit OPV2 die Emitter-Vorspannung von T1 so regeln, daß ein 
genau vorgegebener Kollektorstrom fließt. Das macht OPV2.
Welchen Einfluß U_ref hat und die Widerstände - das findest du jetzt 
sicher selber heraus. Die Transistoren T1 und T2 müssen natürlich auf 
dem gleichen Die sitzen, z.B. als (integrierter) Doppeltransistor oder 
Teil eines Transistor-Arrays.

[Manuel B. (manuwestern)]

Axel Schwenke schrieb:
> Dieser Teilsatz ist Unsinn. Der Zusammenhang zwischen U_be und I_c ist
> beim Transistor überall nichtlinear. Es gibt keinen besonderen
> nichtlinearen Bereich.

Aber nutzt man beim Verstärken von Signalen nicht normalerweise einen 
nahezu "linearen" Bereich um den Arbeitspunkt (durch anlegen einer 
Tangente...)?


Danke für eure und speziell für deine Hilfe, sehr hilfreich!!!

[Purzel H. (hacky)]

>Aber nutzt man beim Verstärken von Signalen nicht normalerweise einen
nahezu "linearen" Bereich um den Arbeitspunkt (durch anlegen einer
Tangente...)?

Ja. sicher. Nur ist ein Exponentierer eben keine lineare Funktion.

Ein OpAmp als Verstaerker wird durch die Gegenkopplung linear

[Manuel B. (manuwestern)]

Siebzehn Für Fuenfzehn schrieb:
>>Aber nutzt man beim Verstärken von Signalen nicht normalerweise einen
> nahezu "linearen" Bereich um den Arbeitspunkt (durch anlegen einer
> Tangente...)?
>
> Ja. sicher. Nur ist ein Exponentierer eben keine lineare Funktion.

Ja deshalb meinte ich ja man nutzt den Transistor im nichtlinearen 
"Bereich"... egal. Das war falsch von mir formuliert.

[Purzel H. (hacky)]

Der OpAmp wird linear durch lineare Elemente in der Gegenkopplung. Die 
Openloop, dh ohne Gegenkopplung, Verstaerkung eines OpAmps ist in der 
Region von 10^5 .. 10^7. Und mit einer Gegenkopplung, die eine 
Verstaerkung von 10^2 macht, ist die Gegenkopplung dann 10^3 .. 10^5. Dh 
der Linearitaetsfehler wird ganz klein, 10^-3 .. 10^-5

Ich sollte noch anfuegen, bei Frequenz ungleich Null wird's schlechter, 
weil die Openloop Verstaerkung dann abnimmt.
.. Fuer die Leute, die das GBW ausreizen wollen...

[Harald W. (wilhelms)]

manuel bayer schrieb:

> Ja deshalb meinte ich ja man nutzt den Transistor im nichtlinearen
> "Bereich"... egal. Das war falsch von mir formuliert.

Exponentiell ist grundsätzlich jede Diodenkennlinie, also auch die
Kennlinie der BE-Diode. Will man linear verstärken, nutzt man das
Verhältnis von Basisstrom zu Kollektorstrom. Dieses Verhältnis ist
(einigermassen) linear. Der Rest wird per Gegenkopplung ausgebügelt.
Gruss
Harald

[Manuel B. (manuwestern)]

Harald Wilhelms schrieb:
> Exponentiell ist grundsätzlich jede Diodenkennlinie, also auch die
> Kennlinie der BE-Diode. Will man linear verstärken, nutzt man das
> Verhältnis von Basisstrom zu Kollektorstrom. Dieses Verhältnis ist
> (einigermassen) linear. Der Rest wird per Gegenkopplung ausgebügelt.
> Gruss
> Harald

Ist der Zusammenhang zwischen Ib und Ic nicht auch exponentiell?
Weil Ib ist doch wieder exponentiell abhängig von Ube?
Oder bin ich jetzt komplett durcheinander?

[foo (Gast)]

manuel bayer schrieb:
> Ist der Zusammenhang zwischen Ib und Ic nicht auch exponentiell?

Nein, idealer Weise ist Ic proportional zu Ib.
In der Praxis treten aber Abweichungen auf, die zu einem Maximum der 
Stromverstärkung bei mittleren bis geringen Kollektorströmen führen.

[Manuel B. (manuwestern)]

Ja stimmt sieht man ja auch wenn man Eingangskennlinie und 
Übertragungskennlinie des Transistors anschaut.  Danke