Hallo zusammen, meine Frage bezieht sich auf eine aktive Gleichrichterschaltung. https://www.google.de/search?q=präzisionsgleichrichter&hl=de&site=webhp&prmd=mivn&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj8kevZt8jVAhXEOhQKHYSVCjYQ_AUICigC&biw=768&bih=928#imgrc=pP0IcrNGhH2atM: Mir ist klar wie Operationsverstärker grundlegend funktionieren. Warum wird dabei aber die Diodenschwellspannung kompensiert? Klar ist dass die OPs ihre Ausgangsspannung nachregeln und erhöhen, aber warum? Danke schonmal! Chrom
Matthias S. schrieb: > Klar ist dass die OPs ihre Ausgangsspannung nachregeln und erhöhen, aber > warum? Weil sie eine sehr hohe Spannungsverstärkung haben, z.B. einige Hunderttausend, und somit -BEI PASSENDER BESCHALTUNG- dafür sorgen, dass ihre Differenzeingangsspannung praktisch zu Null wird.
Diese sehr hohe Verstaerkung ist aber frequenzabhaengig und kann recht schnell zusammensacken...
>Mir ist klar wie Operationsverstärker grundlegend funktionieren. Diesen Satz glaube ich nicht wirklich, denn dann dürfte so eine Frage nicht kommen: >Warum wird dabei aber die Diodenschwellspannung kompensiert? Würde diese nicht kompensiert werden, würde der OPV an seinen Eingängen unterschiedliche Spannungen sehen. Unterschiedliche Spannungen bewirken aber ein Gegensteuerung über die Gegenkopplung. Die gleichgerichtete Spannung für die eine Halbwelle wird ja zw. Gegenkopplungs-R und der einen Diode abgenommen. Die andere Halbwelle wird dagegen über die andere Diode direkt gegengekoppelt, und kommt nicht am Ausgang (zw. Gegenkoplungs-R und erster Diode) an (ist in dem Moment 0V)
Zwölf Mal Acht (hacky) schrieb: >Diese sehr hohe Verstaerkung ist aber frequenzabhaengig und kann recht >schnell zusammensacken... Das ist aber nicht spezifisch für den Prazi-Gleichrichter.
Matthias S. schrieb: > Warum wird dabei aber die Diodenschwellspannung kompensiert? Mal anders gedacht: Bei einem Signal von 1V macht die Diodenspannung ne Menge aus. Verstärke ich das Signal 100 000 fach und geh dann auf die Diode, spielt die Diode eigentlich keine Rolle mehr. MfG Klaus
@ Klaus (Gast) >> Warum wird dabei aber die Diodenschwellspannung kompensiert? >Mal anders gedacht: >Bei einem Signal von 1V macht die Diodenspannung ne Menge aus. Verstärke >ich das Signal 100 000 fach und geh dann auf die Diode, spielt die Diode >eigentlich keine Rolle mehr. Tja, so funktioniert aber der Präzisionsgleichrichter nicht. http://sound.whsites.net/appnotes/an001.htm Figure 1 erklärt das ganz gut. Bei positiver Eingangsspannung sieht der OPV eine kleine Spannungsdifferenz am EIngang, welche bewirkt, daß der OPV Ausgang nach oben geht. Solange bis die Eingangsspannungsdifferenz wieder fast 0V ist. Die Kathode der Diode ist auf der gleichen Spannung wie der Eingang, der OPV-Ausgang um die Flußspannung höher. Bei negativer Ausgangsspannung versucht der OPV das Gleiche, schafft es aber nicht, weil die Diode sperrt. Also kracht er an den negativen Anschlag seiner Betriebsspannung. Die Kathode der Diode wird über R2 auf 0V gehalten, der sehr kleine Leckstrom der Diode spielt hier keine Rolle.
Anschaulicher wird die Schaltung, wenn man die Ströme betrachtet. Der hineinfließende Strom muß gleich dem abfließenden sein, sonst würde es eine Spannungsänderung am Eingang geben, was der OpV verhindert. In den Schaltungsbeispielen gibt es auch welche mit Strompfeilen. Gruß - Werner
Hallo Leute, Vielen Dank für die schnellen und verständlichen Antworten. So langsam macht diese Schaltung einen Sinn für mich ;)
Zwölf M. schrieb: > Diese sehr hohe Verstaerkung ist aber frequenzabhaengig und kann recht > schnell zusammensacken... Da ist nichts mit "kann zusammensacken". Sie nimmt ganz bestimmt und ganz definiert mit der Frequenz ab. Die (Leerlauf)-Verstärkung eines OPs ist durch das Verstäerkungs-Bandbreiten-Produkt charakterisiert. Aus der Tatsache, dass das Produkt konstant ist, folgt automatisch, dass die Verstärkung pro Oktave um 6dB abnimmt - überall.
@ Wolfgang (Gast) >Die (Leerlauf)-Verstärkung eines OPs ist durch das >Verstäerkungs-Bandbreiten-Produkt charakterisiert. Ja. > Aus der Tatsache, >dass das Produkt konstant ist, folgt automatisch, dass die Verstärkung >pro Oktave um 6dB abnimmt - überall. Nein, denn dann hätte man ja keinerlei flachen Frequenzgang. Eher so. Je nach Verstärkung, welche sich durch die exteren Rückkopplung ergibt, verläuft der Frequenzgang bis zu einem Punkt konstant und fällt dann mit 10db/Dekade ab.
Falk B. schrieb: > Tja, so funktioniert aber der Präzisionsgleichrichter nicht. Eigentlich doch. Die Eingangsspannung wird um 100 000 (oder was der OPV so immer kann) verstärkt und über die Diode in die Gegenkopplung geleitet. Sobald diese verstärkte Spannung größer als der Diodendrop wird, fängt die Gegenkopplung an zu wirken und die Gesamtverstärkung fällt auf den Wert, den die Gegenkopplung vorgibt, zurück. Ist halt nur eine andere Sichtweise des selben Sache. MfG Klaus
@Klaus (Gast) >> Tja, so funktioniert aber der Präzisionsgleichrichter nicht. >Eigentlich doch. Die Eingangsspannung wird um 100 000 (oder was der OPV >so immer kann) verstärkt und über die Diode in die Gegenkopplung >geleitet. Sobald diese verstärkte Spannung größer als der Diodendrop >wird, fängt die Gegenkopplung an zu wirken und die Gesamtverstärkung >fällt auf den Wert, den die Gegenkopplung vorgibt, zurück. Ist halt nur >eine andere Sichtweise des selben Sache. Das ist aber eine andere Beschreibung als in deinem ersten Beitrag. Diese ist soweit OK, die erste nicht.
Falk B. schrieb: > Nein, denn dann hätte man ja keinerlei flachen Frequenzgang. Es ging bei der Aussage um den Frequenzgang des reinen OPs und nicht um den Frequenzgang, der sich zusammen mit der Gegenkopplung ergibt. Der flache Frequenzgang, von dem du sprichst, ergibt sich durch Gegenkopplung, die die Verstärkung der Gesamtschaltung auf einen bestimmten Wert begrenzt.
Wolfgang schrieb: > die die Verstärkung der Gesamtschaltung auf einen > bestimmten Wert begrenzt. ... und in Summe zu einer signifikant geringeren Bandbreite führt, als es das Frequenzbandbreiteprodukt des nicht gegengekoppelten OPs vorgaukelt. Um es einfacher zu sagen: Gleichstrommässig wird der Fehler der Diode um den Faktor der effektiven (durch Rückkopplung definierte) Verstärkung herabgesetzt. Das ist nicht Null, sondern nur fast. Hinzu kommt aber noch etwas: Der Gleichtaktfehler des OPs. Und auch der ist nicht Null sondern nur auch effektiv klein. Richtige Präzisionsmessschaltungen brauchen daher noch ein bischen mehr.
Falk B. schrieb: > Das ist aber eine andere Beschreibung als in deinem ersten Beitrag. > Diese ist soweit OK, die erste nicht. Das man alles, was man gradeaus macht auch in einer Gegenkopplung machen kann, hab ich mal vorausgesetzt. Mir gings nur darum, daß der Diodendrop eigentlich nicht weg ist, sondern nur um 1/Leerlaufverstärkung verkleinert wird. MfG Klaus
Wolfgang schrieb: > Es ging bei der Aussage um den Frequenzgang des reinen OPs und nicht um > den Frequenzgang, der sich zusammen mit der Gegenkopplung ergibt. Der > flache Frequenzgang, von dem du sprichst, ergibt sich durch > Gegenkopplung, die die Verstärkung der Gesamtschaltung auf einen > bestimmten Wert begrenzt. Der reine und reale OP hat auch konstante Verstärkung (flacher Teil) bei fehlender Rückkopplung. Ansonsten wäre die Verstärkung bei sehr kleinen Frequenzen ja unendlich. Ausserdem würden keine Stabilitätsanalysen mittels Bode-Plot möglich sein. Zwölf M. schrieb: > Diese sehr hohe Verstaerkung ist aber frequenzabhaengig und kann recht > schnell zusammensacken... Ist für so eine Schaltung nicht der einzige limitierende Wert. Die Slew Rate begrenzt noch mehr. Ein OP mit GWP=100Mhz und einer Slew Rate von 1V/us wird dir ein 100kHz Signal auch nicht sauber gleichrichten (Verzerrungen). Ausserdem muss auch die Recovery Time berücksichtigt werden: Wenn der OP in Sättigung ist (im Beispiel die negative Halbwelle) braucht dieser seine Zeit bis die Diode wieder leitet, dementsprechend wird der Sinus bei hohen Frequenzen nicht zu 100% gleichgerichtet. Es entstehen je nach dem massive Oberwellen.
Angehängte Dateien:
-
Gleichrichter_test.GIF
140 KB
Hallo, ich war überrascht in der Simulation, dass die klassische aktive Gleichrichterschaltung auch mit den nicht besonders schnellen Opamps noch bis zu recht hohen Frequenzen genau ist. Im rechten Bild sieht man den Mittelwert der Ausgangsspannung als Funktion der Frequenz. Diesen Plot erstellt man mit den Ergebnissen von .MEAS über "View->SPICE Error Log". An der oberen Kurve im mittleren Plotfenster sieht man, dass der 1. Opamp in beiden Richtungen die Diodenflussspannung überwinden muss. Die Dateien sind im Anhang. Einfach auspacken und mit der Simulation mit LTspiceXVII loslegen. http://ltspice.linear-tech.com/software/LTspiceXVII.exe Gruß Helmut
Da wir gerade von Präzisionsgleichrichtern reden, kennt jemand diskret aufgebaute mit wenigen Transistoren? Ich hab mal was in der Richtung gesehen mit nur 2 Transistoren und 2 Dioden, finds aber leider nicht mehr.
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