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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik single supply OPV


Autor: Matze (Gast)
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Hallo.
Ich will einen invertierenden Verstärker realisieren. Die
Eingangsspannung beträgt -12V, am Ausgang kommen noch +2V heraus.

Ich habe das ganze schon mit einem 741 getestet, da funktioniert es
wunderbar, allerdings benötige ich hierbei +5V und -5V. Die -5V würde
ich mir gerne einsparen.

Kann mir von euch jemand sagen ob das funktioniert? Ich habe in einem
Application Guide von Ti zwar einen Hinweis gefunden, allerdings wird
auch gesagt, dass es kritisch werden kann:

  "Use of a single-supply limits the polarity of the output voltage.
When the supply voltage VCC = 10 V, the output voltage is limited to
the range 0 ≤ Vout ≤ 10. This limitation precludes negative
output voltages when the circuit has a positive supply voltage, but it
does not preclude negative input voltages when the circuit has a
positive supply voltage. As long as the voltage on the op amp input
leads does not become negative, the circuit can handle negative input
voltages.

Beware of working with negative (positive) input voltages when the op
amp is powered from a positive (negative) supply because op amp inputs
are highly susceptible to reverse voltage breakdown. Also, insure that
all possible start-up conditions do not reverse bias
the op amp inputs when the input and supply voltage are opposite
polarity."

Gruß Matze

Autor: Matze (Gast)
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Die 3. zeile vom Kommentar soll heißen:

the range 0 <= Vout <= 10V, the output...

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Ich vermute, Du möchtest nur ein AC -Signal verstärken?



In solch einem Fall kann man die negative Spannung für den OPV durch

einen kleinen Trick "bereitstellen", indem das Bezugspotential für

den OPV (normalerweise GND, also 0 Volt) durch einen Spannungsteiler

auf halbe Betriebsspannung gelegt wird.

Pin Vcc- auf GND, PIN Vcc+ auf positive Betriebsspannung.

Bernhard

Autor: Dietmar (Gast)
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Im Text von TI steckt schon die wesentliche Information: Bei einer
einzigen positiven Spannungsversorgung funktioniert der
Invertierverstärker nur mit negativen Eingangsspannungen bei
Bezugspunkt Masse. Der OP-Ausgang kann andererseits keine negative
Spannung mehr ausgeben, wenn die Eingangsspannung positiv wird.

In welchem Bereich sollen sich Eingangsspannung, Ausgangsspannung,
Verstärkung, bewegen?

Gruß

Dietmar

Autor: johnny.m (Gast)
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> As long as the voltage on the op amp input
> leads does not become negative, the circuit
> can handle negative input voltages.

Das bedeutet im Prinzip, dass die _Differenz_-Eingangsspannung des OPV
bei positiver Versorgung negativ werden darf, es darf aber an keinem
Eingangspin eine in Bezug auf Masse negative Spannung angelegt werden.
Deshalb: Über einen Teiler eine 'virtuelle' Masse erzeugen und das
Signal ebenfalls über einen Teiler in den gewünschten Bereich bringen.

Autor: Matze (Gast)
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Nein, ich möchte eine Gleichspannung "verstärken".

Ich will -12V mit einem AVR messen, da der aber nur positive Spannungen
verträgt, ist es mit einem Spannungsteiler nicht getan. Also hab ich an
einen invertierenden Verstärker gedacht. Dabei ist die Verstärkung
-1/6. Ich will aus -12V --> +2V machen, die ich dann vom Atmel digital
wandeln lasse.

Mit einem 741 mit +/- 5V hat das auch prima funktioniert. Ich weiß nun
nur nicht, ob das auch mit einem single Supply Typ funktioniert?

Matze

Autor: johnny.m (Gast)
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Funktioniert genau so, wie von Bernhard vorgeschlagen...

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Ich will -12V mit einem AVR messen


Das ist nicht ganz so einfach, da Du die negative Spannung in irgend
einer Art und Weise in eine positiv wandeln musst.

Wie niederohmig ist denn Deine Signalquelle?

Wo kommt das negative  Signal her?

Bernhard

Autor: Matze (Gast)
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Also funktioniert das ganze so:

Ich bau mir einen invertierenden Verstärker mit (zB 12k und 2kOhm --> V
= -1/6) auf. Auf den - Eingang geb ich meine -12V, den + Eingang leg ich
auf Masse. Als Versorgungsspannung geb ich am Vcc+ 5V den negativen leg
ich auf Masse.

Dann hab ich am am -Eingang keine negative Eingangssspannung, da er
durch die Rückkopplung auf 0V gezwungen wird (virtuelle Masse).
Was nicht gehen würde wäre, wenn ich zB (rein theoretisch) keine
Rückkopplung hätte, da dann eine neagtive Spannung am Eingang anliegen
würde.

Hab ich das so richtig verstanden?

Autor: Matze (Gast)
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@ Bernhard.
Die -12V kommen von einem Netzteil. Die Schaltung überwacht meine
Spannungen, damit ich einen Alarm erzeugen kann wenn die Spannungen
ihren Toleranzbereich verlassen. Das ganze dient u.a. der
Spannungsüberwachung

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Ich bau mir einen invertierenden Verstärker mit (zB 12k und 2kOhm --

Zeichne mal die Schaltung, nicht, dass es jetzt zu Irrtümern kommt.

Theoretisch funktioniert das Prinzip, aber der Teufel steckt im Detail
(Temperatur-Trifft z.B)

Und wenn Du einfach nur einen Spannungsteiler nimmst,

von +5V ---R---- AUSGANG(MESSEN) ----R----- Eingang(-12V)

Schon kannste direkt die -12Volt überwachen.


Bernhard

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

je nach Genauigkeit:

Teiler 12k von Meßspannung zum Wandler und 5k von dort gegen die 5V
Ub.

Sind dann 0V bei -12V und 3,5V bei 0V MeßSpannung.

Rest per Software machen.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Michael,

wir hatten die gleiche Idee, aber ich hatte schneller fertig ;)

Autor: Matze (Gast)
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Also im Anhang die Beschaltung des OPVs wie ich sie realiert hätte.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Also im Anhang die Beschaltung des OPVs wie ich sie realiert hätte.

Geht nicht. Es fehlt die Virtuelle Masse für Deinen nichtinvertierenden
Eingang (+)

Autor: Matze (Gast)
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Kann ich dann wie in OPV Beschaltung 2 die virtuelle Masse an den +
Eingang weiterreichen? Mit der Beschaltung konnt ich bis jetzt nix
anfangen, dienen die 2 Dioden diesem zweck?

Zu der Spannungsteiler Idee von euch:
Das ist Anhang Nr 2. Hab ich die Beschaltung so richtig verstanden?

Autor: Matze (Gast)
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Sorry Bild 2 fehlt.

Autor: Matze (Gast)
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Halt stopp mein Fehler!
In der OPV Beschaltung 2 gehört der Widerstand vor die 2 Dioden. Also
gleich bei dem Spannungseingang.
Matze

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Und schon hast Du 2 Möglichkeiten, um die -12V überwachen zu können,
eine ganz einfache ist auch dabei.

Für welche wirst Du Dich entscheiden?

Autor: Matze (Gast)
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Die einfache ist natürlich besser, der Mensch ist ja faul.Allerdings
muss ich dann den Sourcecode für die einer Messung ändern. Aber das
wird wohl das kleinere Übel sein.

Könntest du mir vielleicht die einfache Version mit den Widerständen
mal erklären? Julian hat geschrieben:"3,5V bei 0V MeßSpannung." Das
ist mir noch nicht klar, wie es zu den Spannungen kommt. Ich wär dir
sehr dankbar, will ja auch wissen warum es geht.

Die Funktion, der 2 Dioden ist mir ehrlich gesagt auch etwas unklar.
Klar mein + Eingang wandert so auch auf das Potential der virtuellen
Masse, aber warum sind dann 2 Dioden in Sperr- und Flussrichtung da?

Vielen Dank schon mal
Matze

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Könntest du mir vielleicht die einfache Version mit den Widerständen
>mal erklären?

Es ist ein einfacher Spannungsteiler.

R1=12 k
R2= 2 k

Beide hängen an +5 und -12V ergibt eine Gesamt-Potentialdifferenz
(Gesamtspannung) von 17Volt

I=U/R  = 17V / 14k = 1,21mA

Also 1,21 mA fließen durch beide Widerstände.

Die Teil-Spannungen über den R kannst Du mit U=I mal R errechnen.

Um die Potentiale der R zu bestimmen, musst Du natürlich anschließend
die errechneten Werte von +5V subtrahieren ;)

>Die Funktion, der 2 Dioden ist mir ehrlich gesagt auch etwas unklar.

Diese Schaltung ist so, wie Du sie gezeichnet hast, noch nicht
korrekt.


Bernhard

Autor: Matze (Gast)
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Mit den geschilderten Änderungen sieht es dann so aus (siehe Bild im
Anhang)
So müsste es dann passen.
Matze

Autor: Dietmar (Gast)
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>Die Funktion, der 2 Dioden ist mir ehrlich gesagt auch etwas unklar.

Eine ist sogar schädlich, da sie von Masse in Flußrichtung nach -12V
gepolt ist.

Gruß

Dietmar

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

die beiden Dioden sind Schutzdioden für die OPV-Eingänge.
Die Differenz zwischen den Eingängen ist nie größer als wenige mV,
die Schwellspannung bei Si-Dioden liegt 200-500mV.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Dietmar (Gast)
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Bei der 2. Version sind die Schutzdioden OK, hatte nur Version 1
angeklickt.

Ich denke eher an einen Schutz vor Übersteuerung (Klemmdiode, oder wie
man es nennen mag). Bei vernünftigem Betrieb kommt man mit der Spannung
eh nicht aus der Nähe zur Masse heraus.

Gruß

Dietmar

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