Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV: U3-[U2+U1] (mit nur einem OPV?)


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von J. P. (9kv-block)


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Hallo,

meine Aufgabe lautet: Skizzieren Sie eine Schaltung, die die Diffenenz 
zweier Eingangssignale in der Form Ua(t)=U3(t)-[U2(t)-U1(t)] ausgibt.

Im angehängten Bild könnt ihr sehen, wie ich es gemacht habe:

Der linke OPV ist als invertierender Addierer geschaltet, an seinem 
Ausgang liegt also -(U1+U2) an.

Der rechte OPV ist als nichtinvertierender Addierer geschaltet, wobei 
R6=R7, also R7/R6=1 sprich dimensioniert für 2 Summanden.


Die Lösung funktioniert. Ich wollte euch aber fragen, ob man das eher 
irgendwie anders machen würde. Vor allem weil es in den Teilaufgaben 
davor um Logarithmierer, Differenzierer und e-Funktionsgenerator ging 
und diese Addierersachen viel früher abgehandelt wurden, frage ich mich, 
ob hier vielleicht eine bessere oder ganz andere Lösung gefragt sein 
könnte.


Fällt euch eine bessere Lösung ein, vielleicht nur mit einem OPV?

Danke

von Dieter (Gast)


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Deine Schaltung macht -U1-U2+U3.
Ua ist nicht eingetragen.

An OV2 ist fas keine Rueckwirkungsfreie Mischung, bzw. Adition, im 
Gegensatz zu OV1.

von J. P. (9kv-block)


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Danke dir!

Dieter schrieb:
> Deine Schaltung macht -U1-U2+U3.
Da hast du dich glaube ich vertan. Im angehängten Bild (LTSpice):

U1=-3V
U2=-1V
U3=6V

blau ist am Ausgang des linken OPVs gemessen, grün am Ausgang des 
rechten.

Wenn der linke -U1-U2 machen würde, wie du sagst, dann wäre an seinem 
Ausgang nicht -[-3+(-1)]=4 sondern -3-(-1)=-2

> Ua ist nicht eingetragen.
Da hast du Recht. Das ist aber auch nicht die Skizze sondern die 
LTSpice-Schaltung. Um zu messen mache ich da immer so eine Unterbrechung 
vor einem Ground (Ua).

> An OV2 ist fas keine Rueckwirkungsfreie Mischung, bzw. Adition, im
> Gegensatz zu OV1.
Tut mir Leid, ich verstehe nicht was du meinst. Kannst du mir das bitte 
nochmal irgendwie anders ausdrücken?

Vielleicht habe ich dich aber auch komplett falsch verstanden... Oder 
hast du dich tatsächlich vertan?



Hat sonst jemand noch eine Meinung dazu? Macht man das so oder besser 
anders oder vielleicht sogar mit nur einem OPV irgendwie?

Danke


/edit
Nur das 2. Bild betrachten reicht, ist das selbe (Beschriftung 
eingefügt). Man kann beim Editieren keine Anhänge löschen

: Bearbeitet durch User
von Peter (Gast)


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> ... meine Aufgabe lautet: Skizzieren Sie eine Schaltung, die die
> Diffenenz zweier Eingangssignale in der Form Ua(t)=U3(t)-[U2(t)-U1(t)]
> ausgibt.

Kann es sein, dass ich mit U1, U2 und U3 drei Signale sehe?

von J. P. (9kv-block)


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Peter schrieb:
>> ... meine Aufgabe lautet: Skizzieren Sie eine Schaltung, die die
>> Diffenenz zweier Eingangssignale in der Form Ua(t)=U3(t)-[U2(t)-U1(t)]
>> ausgibt.
>
> Kann es sein, dass ich mit U1, U2 und U3 drei Signale sehe?

Ich habe die Aufgabenstellung zitiert. Ich sehe das auch so wie du, aber 
würde dir dadurch eine andere Lösung einfallen? Das wird wohl ein 
kleiner Fehler in der Formulierung sein, oder nicht?

von Helmut S. (helmuts)


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Im Anhang die Schaltung mit einem Opamp. Die Schaltung wurde mit 
LTspiceXVII gezeichnet und simuliert.

Der Nachteil der Schaltung mit einem Opamp ist, dass der Strom den die 
Quellen U1 und U2 liefern müssen von der Spannung U3 abhängt.

: Bearbeitet durch User
von J. P. (9kv-block)


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Helmut S. schrieb:
> Im Anhang die Schaltung mit einem Opamp. Die Schaltung wurde mit
> LTspiceXVII gezeichnet und simuliert.
>
> Der Nachteil der Schaltung mit einem Opamp ist, dass der Strom den die
> Quellen U1 und U2 liefern müssen von der Spannung U3 abhängt.

Wow! Habs ausprobiert. Tatsächlich! Ich habe ja nicht wirklich dran 
geglaubt, wollte eher nur sicher gehen... Vielen Dank dir hey! Klasse!

von Dieter (Gast)


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U3(t)-[U2(t)-U1(t)] = U3-U2+U1

Damit ist die Schaltung immer noch falsch.

von Helmut S. (helmuts)


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Dieter schrieb:
> U3(t)-[U2(t)-U1(t)] = U3-U2+U1
>
> Damit ist die Schaltung immer noch falsch.

Dank Dieter für den Hinweis. Ich hatte die Klammern übersehen.
Anbei die passende Schaltung.

: Bearbeitet durch User
von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Ausgehend vom klassischen Subtrahierer kann man durch Zusammenschalten 
jeweils mehrerer Eingangsspannungen über Widerstände (wie in Helmuts 
Beispielen gezeigt) beliebige Ausdrücke der Form

  Ua = c1*Ue1 + c2*Ue2 + c3*Ue3 + c4*Ue4 ...

(die Verstärkungsfaktoren c1, c2, c3, c4 ... dürfen jeweils positiv oder 
negativ sein) mit einem einzelnen Opamp realisieren. Die hier gestellte 
Aufgabe ist ein Sonderfall davon.

: Bearbeitet durch Moderator
von Helmut S. (helmuts)


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Yalu X. schrieb:
> Ausgehend vom klassischen Subtrahierer kann man durch Zusammenschalten
> jeweils mehrerer Eingangsspannungen über Widerstände (wie in Helmuts
> Beispielen gezeigt) beliebige Ausdrücke der Form
>
>   Ua = c1*Ue1 + c2*Ue2 + c3*Ue3 + c4*Ue4 ...
>
> (die Verstärkungsfaktoren c1, c2, c3, c4 ... dürfen jeweils positiv oder
> negativ sein) mit einem einzelnen Opamp realisieren. Die hier gestellte
> Aufgabe ist ein Sonderfall davon.

Der Nachteil der Lösung mit einem Opamp ist allerding, dass die Änderung 
eines einzelnen Gewichtungsfaktor eine Änderung vieler Widerstände nach 
sich zieht. Außerdem hängt die die Belastung der Eingangsquellen 
teilweise von den Spannungen der anderen Eingangsquellen ab.

Bei der Lösung mit 2 Opamps gibt es keinerlei Beeinflüssung der Werte 
der anderen Widerstände. Außerdem ist dort die Belastung der 
Eingangsquellen unabhängig von den anderen Eingangsquellen.

Zusammenfassung: "no free lunch" (NFL).

von M. K. (sylaina)


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J. P. schrieb:
> Wow! Habs ausprobiert. Tatsächlich! Ich habe ja nicht wirklich dran
> geglaubt, wollte eher nur sicher gehen... Vielen Dank dir hey! Klasse!

Ist eigentlich nicht verwunderlich. Da in deiner Schaltung 
ausschließlich lineare Elemente enthalten sind (ja, auch OPVs sind 
lineare Elemente) kannst du da super das Überlagerungsprinzip anwenden.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Helmut S. schrieb:
> Außerdem hängt die die Belastung der Eingangsquellen teilweise von den
> Spannungen der anderen Eingangsquellen ab.

Dieses Problem hat man aber auch schon beim ganz gewöhnlichen
Subtrahierer mit zwei Eingängen. Da hängt der Eingangsstrom des
invertierenden Eingangs immer auch von der Eingangsspannung am
nichtinvertierenden Eingang ab.

Helmut S. schrieb:
> Bei der Lösung mit 2 Opamps gibt es keinerlei Beeinflüssung der Werte
> der anderen Widerstände. Außerdem ist dort die Belastung der
> Eingangsquellen unabhängig von den anderen Eingangsquellen.

Zumindest bei der Schaltung des TE ist die Belastung von U3 abhängig von
U1 und U2. Um das zu vermeiden, bräuchte man wahrscheinlich noch einen
dritten Opamp.

Da die Eingangsquellen für die korrekte Funktion der Schaltungen sowieso
niederohmig sein müssen, sehe ich die wechselnde Belastung nicht so sehr
als Problem.

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