Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Widerstandswerte für Opamp-Grundschaltung


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von Andre N. (xaverius)


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Hallo,

ich möchte den Ausgang eines DACs verstärken von 0 bis +5 V zu 0 bis +10 
V. Außerdem soll die Ausgangsspannung schaltbar sein zwischen den 0 bis 
+10 V und -5 bis +5 V, indem ich gegebenenfalls -5 V hinzuaddiere. Im 
Anhang mein Schaltungsentwurf. Ich bin unsicher, was die Dimensionierung 
der Widerstände angeht. Ich gehe von 10k als Basis aus und berechne R2 
entsprechend zu 20k. R6 ist ein Schutzwiderstand gegen Kurzschlüsse am 
Ausgang. Der Ausgang wird mit weniger als 1 mA belastet.

Frage: Sind 10kOhm für R1, R3, R4 und R5 in Ordnung oder sollte ich hier 
höher dimensionieren? Das Datenblatt vom TL084 äußert sich hierzu nicht.

Vielen Dank im Voraus!

von HildeK (Gast)


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Andre N. schrieb:
> Frage: Sind 10kOhm für R1, R3, R4 und R5 in Ordnung oder sollte ich hier
> höher dimensionieren? Das Datenblatt vom TL084 äußert sich hierzu nicht.

Die Größenordnung der Widerstände ist ganz ok. Ab etwa 1kΩ für R1 (und 
entsprechend angepasst die anderen) wirst du keine Probleme haben. Und 
über 50k wird man nicht hinausgehen.
Wozu erachtest du den R6 als notwendig?

Zu klären ist lediglich, ob dein DAC 10kΩ Last problemlos treiben kann, 
bzw. was dessen Datenblatt als geeigneten Lastwiderstand vorsieht. 
Danach richtet sich der Wert von R1, denn den sieht der DAC als Last. 
Sollte dessen Last nur sehr hochohmig sein dürfen, dann würde ich noch 
einen Buffer davor schalten.

von Andre N. (xaverius)


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Vielen Dank!

Der Ausgang wird über ein Kabel, welches gesteckt und berührt werden 
kann, mit anderen Modulen verbunden. R6 schützt somit gegen zu hohe 
Ströme durch Kurzschlüsse.

Die Ausgänge des DAC sind bis 15 mA belastbar. 10k für R1 ist somit also 
groß genug.

von Anja (Gast)


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Andre N. schrieb:
> Frage: Sind 10kOhm für R1, R3, R4 und R5 in Ordnung oder sollte ich hier
> höher dimensionieren? Das Datenblatt vom TL084 äußert sich hierzu nicht.

Doch: unter maximum Output swing:
Bei +/-15V Versorgung und 2K Lastwiderstand werden +/-10V erreicht.
-> ich würde nicht unter 2K gehen.

Gruß Anja

von MaWin (Gast)


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Andre N. schrieb:
> Der Ausgang wird mit weniger als 1 mA belastet.

Macht über 1k einen Fehler von 1V.

Wer den TL084 verwendet, dem kann es nicht um Geschwindigkeit gehen.

Nimm 100k statt 10k.

Andre N. schrieb:
> Das Datenblatt vom TL084 äußert sich hierzu nicht

Doch, natürlich, es nennt Offsetstrom und Offsetspannung, und bei einem 
Quellwiderstand ergibt sich dann in der Summer der geringste Fehler. 
Aber wer 1V als Abweichung akzeptiert, für den spielt der optimale 
Widerstand keine Rolle.

von Andre N. (xaverius)


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Es handelt sich um einen Schaltungsteil für einen Modularsynthesizer und 
ich habe mich orientiert an folgender Schaltung:
http://www.yusynth.net/Modular/index_en.html

Hier findet sich auch der Schutzwiderstand von 1k. Allerdings sind die 
Werte für den Opamp mit 120k tatsächlich deutlich höher. Darum bin ich 
ja auch unsicher und habe nachgefragt.

Also: R1, R3, R4, R5 mit 100k und R2 mit 200k?

Ich habe leider noch nicht verstanden, woran man die Dimensionierung der 
Widerstände fest macht. Was hat das mit Offsetspannung, Offsetstrom und 
Quellwiderstand zu tun zu tun? Und was ist mit Quellwiderstand gemeint?

Ein Fehler in meiner Schaltung von 1V durch R6 wäre viel zu hoch. Ich 
hatte geschrieben, dass die Last weniger als 1 mA beträgt. Das war zu 
ungenau. Der Lastwiderstand am Ausgang, also der Eingangswiderstand des 
Moduls, mit dem der Ausgang verbunden wird, beträgt wahrscheinlich so 
50k bis 100k. Das heißt, ein Laststrom von max 0,2 mA und somit ein 
Fehler durch R6 von max 0,2 V. Nicht schön, aber ein Kompromiss.

TL084 statt TL074, da es tatsächlich nicht um Geschwindigkeit geht, da 
es sich um Steuerspannungen und nicht um Audiosignale handelt und ich 
den TL084 oft in solchen Schaltungen gesehen habe. Allerdings geht es 
vielleicht doch in den unteren Audiobereich rein. Lieber TL074?

von HildeK (Gast)


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Andre N. schrieb:
> Was hat das mit Offsetspannung, Offsetstrom und
> Quellwiderstand zu tun zu tun? Und was ist mit Quellwiderstand gemeint?

Ein Offsetstrom ruft einen zusätzlichen Spannungsabfall in der 
Widerstandsbeschaltung hervor (U=R*I_offset). Auch der wird mit 
verstärkt und verursacht eine Offsetspannung am Ausgang. Je größer die 
Widerstände, desto größer dieser Offset. Manchmal, z.B. bei AC-Kopplung 
und nicht allzu großer Aussteuerung braucht einen das nicht zu 
interessieren - man hat halt ein paar hundert mV DC-Offset auf dem 
Ausgang, der durch das Ausgangs-C wieder entfernt wird. Bei 
Messverstärkern mit DC-Eingang und hoher Verstärkung interessiert das 
schon.
Es gibt auch eine Offsetspannung am Eingang, verursacht durch 
Unsymmetrien im inneren Aufbau. Es sollte, wenn +E und -E den selben 
Wert haben, am Ausgang 0V heraus kommen. Durch die Eingangsoffset kann 
es sein, dass am Ausgang nur dann 0V herauskommen, wenn man eine geringe 
Differenzspannung anlegt.

Quellwiderstand: jede Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand, auch 
dein DAC. Der mag klein sein (bei Gegengekoppelten OPAs z.B.) oder eben 
auch mal im sub-kΩ-Bereich liegen (bei Audioausgängen z.B.). Dieser 
Widerstand liegt in Reihe zu R1 und verfälscht damit den 
Verstärkungsfaktor, weil du nicht mehr v=R2/R1 rechnen darfst, sondern 
v1=R2/(R1+R_Quelle). Die Verstärkung wird als ggf. etwas kleiner. Das 
wiederum spricht für einen höheren Wert von R1, dann ist diese 
Abweichung kleiner.

Auch wenn andere hier höhere Widerstandswerte verwenden oder 
propagieren, ich würde den größten Wert in der Schaltung nicht über 
100kΩ wählen. Deine ursprüngliche Dimensionierung war schon sehr 
brauchbar. Bis auf R6, für den reichen auch 100R ... 200R und den würde 
ich ggf. auch in die Gegenkopplung mit einbeziehen. Meist sind die 
OPA-Ausgänge sogar kurzschlussfest, wenn vielleicht auch nicht 
dauerhaft. Da müsste das Datenblatt was dazu sagen.

von Andre N. (xaverius)


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@HildeK: Super erklärt, vielen Dank! Jetzt verstehe ich die Hintergründe 
zur Dimensionierung der Widerstände.

von Jens G. (jensig)


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>Ich habe leider noch nicht verstanden, woran man die Dimensionierung der
>Widerstände fest macht. Was hat das mit Offsetspannung, Offsetstrom und
>Quellwiderstand zu tun zu tun? Und was ist mit Quellwiderstand gemeint?

Auch wenn HildeK dies ganz gut erklärt hat - laß Dich nicht verrückt 
machen. Erst recht nicht von MaWin, da er ohnehin der Falsche ist.
Offsetspannung äusert sich in deiner Schaltung nur mit max. paar 10mV am 
Ausgang.  Das ist unabhängig von den R (bei gleichem Verstärkungsfaktor, 
bzw. Widerstandsverhältnis).
Und Offsetstrom interessiert hier sowieso nicht, denn das sind OPV mit 
FET-Eingang, also extrem hochohmig. Die paar pA Offsetstrom 
interessieren da bei 10k oder 20k überhaupt nicht, bzw. der Fehler mit 
normalen Meßgeräten nicht feststellbar.

>Ein Fehler in meiner Schaltung von 1V durch R6 wäre viel zu hoch. Ich
>hatte geschrieben, dass die Last weniger als 1 mA beträgt. Das war zu
>ungenau. Der Lastwiderstand am Ausgang, also der Eingangswiderstand des
>Moduls, mit dem der Ausgang verbunden wird, beträgt wahrscheinlich so
>50k bis 100k. Das heißt, ein Laststrom von max 0,2 mA und somit ein
>Fehler durch R6 von max 0,2 V. Nicht schön, aber ein Kompromiss.

Laß den R6 einfach weg - der TL084 ist in weiten Grenzen kurzschlußfest, 
da er ohnehin schon interne R's mit paar 100Ohm in Serie hat. Das 
einzige, was beachtet werden muß, ist die dabei entstehende 
Verlustleistung.
Man könnte evtl. wenige 10Ohm vorsehen als Schutz vor evtl'er 
Schwingneigung bei höherer Kabelkapazität.

>TL084 statt TL074, da es tatsächlich nicht um Geschwindigkeit geht, da
>es sich um Steuerspannungen und nicht um Audiosignale handelt und ich
>den TL084 oft in solchen Schaltungen gesehen habe. Allerdings geht es
>vielleicht doch in den unteren Audiobereich rein. Lieber TL074?

Der TL074 ist doch noch langsamer. Aber egal, mit beiden kannst Du bei 
geringer Verstärkung wie in Deinem Fall lässig weit über 100kHz 
verstärken.
Reicht also vollkommen aus für den Audiobereich.

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