Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dimensionierung eines Differenzverstärkers


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von Fragender123 (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe die im Anhang befindliche Schaltung nachgebaut und möchte nun 
verstehen wie diese dimensioniert worden ist.
Habe mir schon mehrere Beiträge zum Differenzverstärker angeschaut, 
verstehe allerdings nicht wie die Widerstände zu berechnen sind.
(4,7k ist ein NTC)
Die nächste Frage die ich mir stelle: Wieso habe ich bei der roten LED 
keinen RC Widerstand?

Danke im Voraus

Gruß

von Fragender123 (Gast)


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Ich habe anhand dieses Dokuments 
(https://home.zhaw.ch/kunr/Elektronik/Skript_MVKuenzli_ab%20SS04/Kap_9.pdf) 
versucht die Schaltung zu berechnen, leider vergebens.

von Harald W. (wilhelms)


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Fragender123 schrieb:

> ich habe die im Anhang befindliche Schaltung nachgebaut und möchte nun
> verstehen wie diese dimensioniert worden ist.

Siehe Tietze/Schenk

> Habe mir schon mehrere Beiträge zum Differenzverstärker angeschaut,

Das Verständnis des Differenzverstärkers ist zwar wichtig für das
Verständnis des Operationsverstärkers, praktische Anwendungen gibt
es dafür aber nicht. Als Differenzverstärker verwendet man heut-
zutage (integrierte) Operationsverstäker

von Fragender123 (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Siehe Tietze/Schenk
>
>> Habe mir schon mehrere Beiträge zum Differenzverstärker angeschaut,
>
> Das Verständnis des Differenzverstärkers ist zwar wichtig für das
> Verständnis des Operationsverstärkers, praktische Anwendungen gibt
> es dafür aber nicht. Als Differenzverstärker verwendet man heut-
> zutage (integrierte) Operationsverstäker

Danke für den Tipp, aber ich möchte mir ungern das Buch zulegen um zu 
verstehen wie diese Schaltung zu dimensionieren ist.

von Harald W. (wilhelms)


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Fragender123 schrieb:

> Danke für den Tipp, aber ich möchte mir ungern das Buch zulegen um zu
> verstehen wie diese Schaltung zu dimensionieren ist.

Hast Du schon mal was von Leihbüchereien gehört?
Unabhängig davon, wenn man etwas tiefer in die
Dimensionierung von Elektronikschaltungen ein-
steigen will, ist der Tietze/Schenk immer eine
gute Investition. Das gilt auch für die älteren
Ausgaben in gebrauchter Form. Willst Du nur eine
einzige Schaltung aufbauen, nimm einen OPV. Den
kann man gut mit Internet-Tutorials dimensionieren.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Harald W. schrieb:
> Das Verständnis des Differenzverstärkers ist zwar wichtig für das
> Verständnis des Operationsverstärkers, praktische Anwendungen gibt
> es dafür aber nicht. Als Differenzverstärker verwendet man heut-
> zutage (integrierte) Operationsverstäker

Das ist ziemlicher Unsinn. Man erschlägt zwar sehr viele Fälle mit einem 
integrierten OP, aber trotzdem gibt es noch genug Anwendungsfälle für 
diskret aufgebaute Differenzverstärker. Zum Beispiel kann man damit sehr 
einfach einen Hochspannungsverstärker bzw. Impedanzwandler realisieren.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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"Die nächste Frage die ich mir stelle: Wieso habe ich bei der 
roten LED keinen RC Widerstand?"

Hallo,

auf der rechten Seite fließt über 100k nur sehr wenig Basisstrom durch 
den rechten Transistor, deshalb liegt der Kollektorstrom im Bereich, der 
für die LED passt.
Die linke Seite ist insgesamt niederohmiger, deshalb muß der Strom durch 
die LED separat begrenzt werden.

Die Dimensionierung der Schaltung kann im einfachsten Fall durch 
Probieren gefunden sein. Natürlich kann man auch mit Kennlinien und 
Verstärkungsfaktoren im Arbeitspunkt rechnen... Die Belastung durch die 
LEDs ist für einen gut wirkenden Differenzverstärker sowieso zu groß. Er 
dient hier nur, um das Prinzip zu verdeutlichen.

MfG

von Harald W. (wilhelms)


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Andreas S. schrieb:

> Das ist ziemlicher Unsinn. Man erschlägt zwar sehr viele Fälle mit einem
> integrierten OP, aber trotzdem gibt es noch genug Anwendungsfälle für
> diskret aufgebaute Differenzverstärker. Zum Beispiel kann man damit sehr
> einfach einen Hochspannungsverstärker bzw. Impedanzwandler realisieren.

Ausnahmen bestätigen die Regel. :-)

von Angus (Gast)


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"auf der rechten Seite fließt über 100k nur sehr wenig Basisstrom durch
den rechten Transistor, deshalb liegt der Kollektorstrom im Bereich, der
für die LED passt.
Die linke Seite ist insgesamt niederohmiger, deshalb muß der Strom durch
die LED separat begrenzt werden."


Hm. Aber der Kollektorstrom beider Transistoren wird doch effektiv durch 
den 1k Emitter-Widerstand begrenzt?

von Angus (Gast)


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Ich würde eher sagen der bringt etwas Hystere rein wenn der Thermistor 
bei 4.7k liegt. Oder?
Vielleicht geht da noch mal jemand fähigeres genauer drauf ein; 
Vermeindlich einfache Frage wo wir (also ich und unsereins) was lernen 
können. :-)

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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"Vielleicht geht da noch mal jemand fähigeres genauer drauf ein; "

Es sollen bitte alle, die sich für richtig fähig halten, hervortreten, 
um die Schaltung zu erklären, denn sonst kann man hier nichts lernen.

MfG

von ArnoR (Gast)


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Christian S. schrieb:
> auf der rechten Seite fließt über 100k nur sehr wenig Basisstrom durch
> den rechten Transistor, deshalb liegt der Kollektorstrom im Bereich, der
> für die LED passt.
> Die linke Seite ist insgesamt niederohmiger, deshalb muß der Strom durch
> die LED separat begrenzt werden.
>
> Die Dimensionierung der Schaltung kann im einfachsten Fall durch
> Probieren gefunden sein. Natürlich kann man auch mit Kennlinien und
> Verstärkungsfaktoren im Arbeitspunkt rechnen... Die Belastung durch die
> LEDs ist für einen gut wirkenden Differenzverstärker sowieso zu groß. Er
> dient hier nur, um das Prinzip zu verdeutlichen.

So ein Mumpitz, Hauptsache mal wieder überflüssigen Senf dazu gegeben.

Die Dimensionierung geht so:

An der rechten Seite befindet sich der 100k/47K-Teiler, der eine 
Spannung von 1/3 Vcc=3V erzeugt. Genau das Gleiche macht auch der Teiler 
an der linken Seite, falls der Thermistor gerade 4,7k hat. Die 
Emitterspannung beider Transistoren ist jetzt 3V-Ube~2,3V, der 
gemeinsame Emitterstrom demnach 2,3mA.

In dem geschilderten Fall sind beide Kollektorströme gleich groß und 
beide LEDs leuchten mit 1,15mA. Je nach Temperatur ändert der Thermistor 
seinen Widerstand und verschiebt damit die Spannung an der linken Basis. 
Bei höherer Spannung (höherer Widerstand) leuchtet die grüne LED heller 
und die rote geht aus. Der Übergangsbereich von nur rot zu nur grün ist 
etwa 100mV Spannungsänderung an der linken Basis.

Der Vorwiderstand an der grünen LED ist eigentlich nicht nötig, weil der 
Strom durch die Grüne LED nicht größer als (UBasis(links)-Ube)/1k werden 
kann.

von Toxic (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Der Vorwiderstand an der grünen LED ist eigentlich nicht nötig, weil der
> Strom durch die Grüne LED nicht größer als (UBasis(links)-Ube)/1k werden
> kann.
Ich nehme an, dass der "Designer" der Schaltung mit dem Widerstand 
lediglich eine gewisse Helligkeitsanpassung vornehmen will: das 
menschliche Auge ist fuer Gruen wesentlich empfindlicher als fuer Rot.

von ArnoR (Gast)


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Toxic schrieb:
> Ich nehme an, dass der "Designer" der Schaltung mit dem Widerstand
> lediglich eine gewisse Helligkeitsanpassung vornehmen will

Falsche Annahme. Der Widerstand hat überhaupt keinen Einfluss.

Die LED liegt in der Kollektorleitung, der Kollektorstrom wird (solange 
keine Sättigung eintritt) aber durch den Emitterwiderstand und die 
Stromverteilung (Basispotentiale der Transistoren) bestimmt.

von S------- R. (simonr)


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Gib mir doch mal deine EMailadresse, dann kann ich dir die hier 
aufgeführte Literatur zuschicken. Ich verstehe es, wenn du dir einen 
solchen Wälzer für ein Einzelproblem nicht gleich zulegen willst

von ArnoR (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Der Widerstand hat überhaupt keinen Einfluss.

Weil das für Viele sicherlich schwer zu glauben ist, hier noch ein 
Simu-Bildchen dazu: siehe Anhang. Gezeigt sind die LED-Ströme in beiden 
Zweigen (rot und grün) in Abhängigkeit vom Thermistorwiderstand, der 
hier von 4...6k verändert wird. AM1 ist die grüne LED, AM2 die rote. Die 
Stromkurven für die Fälle Vorwiderstand=1k und Vorwiderstand=0 liegen 
direkt aufeinander.

Beitrag #5631444 wurde vom Autor gelöscht.
von Fragender123 (Gast)


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Ich danke euch vielmals für die ausführlichen und hilfreichen
Kommentare. Ihr habt mir sehr geholfen!

LG

von Toxic (Gast)


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ArnoR schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> Der Widerstand hat überhaupt keinen Einfluss.
>
> Weil das für Viele sicherlich schwer zu glauben ist, hier noch ein
> Simu-Bildchen dazu

Ich hab hier auch ein Simu-Bildchen - siehe Anhang

Der Widerstand sollte in der Tat keinen Einfluss haben,sofern alles 
"ideal" ist.
Ideal ist die Schaltung aber insofern nicht,weil die Spannungsteiler 
sich um den Faktor 10 unterscheiden und somit unterschiedliche 
Basisstroeme liefern koennen.
In der LTspice-Simulation sind die Leds und Transistoren gleich.Ebenso 
die die Spannungsteilerverhaeltnisse.Man muesste also davon ausgehen, 
dass durch beide Leds die gleichen Stroeme fliessen - sie weichen aber 
dennoch nicht unerheblich voneinander ab.
Ohne vorher die Simulation gemacht zu haben,bin ich davon 
ausgegangen,dass der Schaltungsentwickler sich die Unsymmetrie zu Nutzen 
machen wollte - mit maessigem Erfolg - den Widerstand kann er sich 
tataechlich an den Hut stecken...

Nun denne: Theorie und Praxis klaffen wie ueblich auseinander.

von ArnoR (Gast)


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Toxic schrieb:
> Ideal ist die Schaltung aber insofern nicht,weil die Spannungsteiler
> sich um den Faktor 10 unterscheiden und somit unterschiedliche
> Basisstroeme liefern koennen.

Ja, die Belastung des hochohmigeren Spannungsteilers durch den rechten 
Basisstrom führt dazu, dass in meinem Bild die Stromgleichheit nicht wie 
im Idealfall bei 50% Poti-Setting ist, sondern etwas daneben. Aber sonst 
ist alles wie beschrieben.

> In der LTspice-Simulation sind die Leds und Transistoren gleich.Ebenso
> die die Spannungsteilerverhaeltnisse.Man muesste also davon ausgehen,
> dass durch beide Leds die gleichen Stroeme fliessen - sie weichen aber
> dennoch nicht unerheblich voneinander ab.

Natürlich, wie eben beschrieben. Die Spannungsteilerverhältnisse sind 
eben nicht gleich.

Toxic schrieb:
> Theorie und Praxis klaffen wie ueblich auseinander.

Nö, es passt genau.

Übrigens, hat es einen besonderen Grund, dass du zu Simulation der 
statischen Verhältnisse in der Schaltung ausgerechnet die 
Transientenanalyse benutzt, obwohl hier überhaupt kein Zeitverhalten 
untersucht wird? Viel anschaulicher ist das doch mit der passenden 
DC-Analyse, siehe oben.

von ArnoR (Gast)


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Toxic schrieb:
> Der Widerstand sollte in der Tat keinen Einfluss haben,sofern alles
> "ideal" ist.

Nun hast dich auf meine Aussage zum Widerstand bezogen aber dazu liefert 
dein Post bzw. deine Simu überhaupt keine brauchbare Aussage...

von Toxic (Gast)


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ArnoR schrieb:
> Nun hast dich auf meine Aussage zum Widerstand bezogen aber dazu liefert
> dein Post bzw. deine Simu überhaupt keine brauchbare Aussage...

Hielt ich nicht mehr fuer notwendig - haette aber die asc-Datei gleich 
mit anhaengen sollen....

ArnoR schrieb:
> Übrigens, hat es einen besonderen Grund, dass du zu Simulation der
> statischen Verhältnisse in der Schaltung ausgerechnet die
> Transientenanalyse benutzt, obwohl hier überhaupt kein Zeitverhalten
> untersucht wird?

Was LTspice angeht und Transientenanalyse: Macht der Gewohnheit....

von ArnoR (Gast)


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Toxic schrieb:
> Hielt ich nicht mehr fuer notwendig

Achso.

Übrigens kann man die Stromwerte deiner Simulation natürlich schon in 
meiner Simulation für den Fall Potisetting=50% ablesen. Eine ganz kleine 
Differenz ist dann zwar immer noch, aber die resultiert lediglich aus 
meiner Vereinfachung 47k->50k, damit ich (bei der Funktionsbeschreibung 
oben und auch beim Poti) nicht mit krummen Zahlenwerten hantieren 
musste.

von oldeurope O. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Fragender123 schrieb:
>
>> ich habe die im Anhang befindliche Schaltung nachgebaut und möchte nun
>> verstehen wie diese dimensioniert worden ist.
>
> Siehe Tietze/Schenk
>
>> Habe mir schon mehrere Beiträge zum Differenzverstärker angeschaut,
>
> Das Verständnis des Differenzverstärkers

Und? Steht in dem Buch, dass dies kein Differenzverstärker
sondern ein LTP (Long Tailed Pair) ist?

LG
old.

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