Sägezahngenerator-Schaltung richtig verstanden?

[Jens (Gast)]

Aus dem Buch "Analogtechnik in Theorie und Praxis" hat die angehängte 
Schaltung mir am Wochenene etwas Kopfzerbrechen bereitet. Daher möchte 
ich hier um Hilfe fragen: (das Buch wellt sich leider etwas. Man kann 
den Fließtext zumindest erahnen. Bin mir aber recht sicher, dass ihr den 
auch nicht benötigt)

IC2 arbeitet als Integrator. Das steht auch deutlich in der 
Beschreibung. Jetzt ist das aber doch so, dass sich C1 durch den Strom 
durch R1 auflädt. Der Strom ist auch konstant, weil an '-' von IC2 ja 
die virtuelle Masse liegt und damit ein fester Spannungsabfall über R1 
herrscht. Wenn sich C1 jetzt auflädt, kann sich die linke Seite von C1 
nicht wegbewegen und darum fährt der IC2 seinen Ausgang runter. Dadurch 
erhöht sich die Spannung über dem Kondensator entsprechend der Ladung 
die rein geflossen ist. Also Ausgangsspannung fällt. Rechts unten steigt 
der Sägezahl aber symbolisch an - müsste das nicht eigentlich 
andersherum sein?

Damit sich C1 aufladen kann muss die Diode D1 erst mal aus dem Spiel 
sein, also muss die Kathode rechts eine höhere Spanung haben als die 
Anode. Dann sperrt die Diode ja. IC3 müsste dafür den Ausgang in 
positiver Sättigung haben. Das decht sich ja auch mit der Annahme dass 
Ausgang von IC1 fällt beim aufladen. Bei der gezeichneten Signalform ist 
aber ein positiver Puls und kein negativer Puls am Ausgang von IC3.

Das vesrtehe ich einfach nicht. Könnt ihr mir das erklären? Oder einfach 
ein Druckfehler?

Eine weitere Frage zu der Schaltung (bzw. eigentlich zu Schaltungen in 
der Art). Ist es an sich egal was für einen OPV ich benutze? Teilweise 
können diese ja ihre Ausgänge gar nicht so weit hoch und runter fahren 
und das würde doch evtl. das Umladeverhalten betreffen?

Für die Diode D1 sollte es nur eine sein, die schnell sperren kann, 
damit nicht Strom 'rückwärts' durch die mit in C1 fließen kann wenn der 
ganze Zyklus nach dem Entladen startet?

Vielen Dank!

[Der Zahn der Zeit (🦷⏳) (Gast)]

Du hast das in jeder Beziehung korrekt erkannt. Jede deiner Überlegungen 
stimmt. Lediglich auf eine schnelle Diode kommt es nicht an, denn der 
Operationsverstärker davor ist viel langsamen. Ein schneller Komparator 
statt IC3 wäre vielleicht einer langsamen Gleichrichterdiode (1N400x) 
unterlegen, aber nicht einer 1N4148.

Weiter so. Du hast die Schaltung komplett richtig durchschaut und auch 
Aspekte, die in der Praxis eine Rolle spielen, vorhergesehen. Auch, dass 
(und warum) der Sägezahngenerator nicht bis zu beliebig hohen Frequenzen 
beliebig "präzise" sein kann, wird dir klar sein.

[Egon D. (Gast)]

Jens schrieb:

>[...] Also Ausgangsspannung fällt. Rechts unten steigt
> der Sägezahl aber symbolisch an - müsste das nicht
> eigentlich andersherum sein?

Hihi... !
Der Kandidat erhält einen Zusatzpunkt! :)


> Damit sich C1 aufladen kann muss die Diode D1 erst mal
> aus dem Spiel sein, also muss die Kathode rechts eine
> höhere Spanung haben als die Anode.

Ja.


> Dann sperrt die Diode ja. IC3 müsste dafür den Ausgang
> in positiver Sättigung haben. Das decht sich ja auch mit
> der Annahme dass Ausgang von IC1 fällt beim aufladen.

Richtig.
Das muss auch sowieso genau so sein, weil die dargestellte
Schaltung mit IC1 der übliche Umkehr-Integrator ist.
Positive Steuerspannung führt zu gleichmäßig absinkender
Ausgangsspannung.


> Bei der gezeichneten Signalform ist aber ein positiver
> Puls und kein negativer Puls am Ausgang von IC3.
>
> Das vesrtehe ich einfach nicht. Könnt ihr mir das erklären?
> Oder einfach ein Druckfehler?

Nu ja... der Autor (oder der Zeichner) hat da einfach etwas
Sägezahnförmiges drangemalt und nicht darüber nachgedacht,
ob die Rampe ansteigt und die Schaltflanke fällt oder
umgekehrt... ;)

Also ja: Druckfehler oder Irrtum des Autors.


> Eine weitere Frage zu der Schaltung (bzw. eigentlich zu
> Schaltungen in der Art). Ist es an sich egal was für
> einen OPV ich benutze?

Sicher nicht, nein.


> Teilweise können diese ja ihre Ausgänge gar nicht so
> weit hoch und runter fahren und das würde doch evtl.
> das Umladeverhalten betreffen?

Klar.
Erstens müssen die Schaltschwellen des Komparators
natürlich so bemessen sein, dass der Integrator diese
Spannungen erreichen kann -- ansonsten schwingt da
nix.
Zweitens spielt auch die Slew-Rate eine Rolle, damit die
Schaltflanke wirklich eine FLANKE ist.
Drittens muss der Komparator große Differenzspannungen
aushalten; ein OP07 o.ä. ist schonmal nicht geeignet.

Ich habe vor Jahren eine ähnliche Schaltung mit TL084
aufgebaut, das ging ganz gut.

Generell ist der Nachteil dieses Prinzips, dass die
Ausgangspegel des als Komparator missbrauchten OPV nicht
so ganz präzise sind. Ein echter Doppelkomparator (so, wie
es im NE555 gemacht wird) ist im Hinblick auf die Präzision
überlegen. (Man kann auch einen echten 555 nehmen...)


> Für die Diode D1 sollte es nur eine sein, die schnell
> sperren kann, damit nicht Strom 'rückwärts' durch die
> mit in C1 fließen kann wenn der ganze Zyklus nach dem
> Entladen startet?

Der Klassiker: 1N4148

HTH

[Jens (Gast)]

Danke euch. Da war mein Sonntag ja nicht verschwendet und ich werde die 
Schaltung real aufbauen und testen.

Das Buch gefällt mir recht gut wegen der überschaubaren Häppchen. Es ist 
nur mühsam jedes Häppchen aufzudröseln und (hoffentlich) im aktiven 
Wissen abzuspeichern.

[Egon D. (Gast)]

Jens schrieb:

> [...] ich werde die Schaltung real aufbauen und testen.

Eventuell Impedanzwandler (ggf. mit Längswiderstand) an
den Ausgängen vorsehen -- sonst reisst die Schwingung ab,
wenn Du versehentlich einen Kurzschluss machst... :)


> Das Buch gefällt mir recht gut wegen der überschaubaren
> Häppchen. Es ist nur mühsam jedes Häppchen aufzudröseln
> und (hoffentlich) im aktiven Wissen abzuspeichern.

Bist ja auf dem richtigen Weg.
Ich fand das immer interessant, fremde Schaltungen zu
analysieren. Man kann viele gute Ideen abgucken; die
anderen Entwickler sind ja auch nicht blöd.

Viel Spass und viel Erfolg weiterhin.

[Franzi (Gast)]

Andere Frage: ist das Buch ansonsten empfehlenswert?
Ich suche auch noch Lesestoff zum vertiefen.