Eine Newby-Frage zum OPV der als Inverter (1:1) geschalten ist:
Negatives Eingangssignal soll positiv werden. Wird an einem OPV (LM358)
am Versorgungspin V- auch eine negative Spannung dann benötigt? V+ ist
auf +5V.
Wenn ich es richtig verstanden habe dreht der OPV am Ausgang die
Spannung in Richtung Eingangssignal (nur positiv) um dann an IN- seine
0V zu bekommen. Dafür bräuchte er dann ja keine negative
Versorgungsspannung?!
Das Eingangssignal wird im Normalfall nie positiv, könnte aber im
Fehlerfalle passieren (dann muss der OPV allerdings nur überleben, keine
Funktion dann mehr gefordert).
Danke,
Martin
Martin schrieb:> Negatives Eingangssignal soll positiv werden.
Ich verstehe den Zusammenhang nicht ganz. Was hat das mit
Mikrocontroller oder sonstiger digitaler Elektronik zu tun?
Zu deinem Problem:
Baue deine Schaltung einfach in LTSpice nach. Dann kannst die vieles
simulieren.
> (dann muss der OPV allerdings nur überleben, keine> Funktion dann mehr gefordert)
Bei der Standardschaltung für den invertierenden Verstärker erfolgt die
Steuerung über die Ströme, die zum invertierenden Eingang fließen. Der
OP ist dabei durch den Spannungs-Strom-Umsetzer zwischen
Schaltungseingang und Knotenpunkt recht gut geschützt. Bau die Schaltung
nicht zu niederohmig auf.
Martin schrieb:> Wenn ich es richtig verstanden habe dreht der OPV am Ausgang die> Spannung in Richtung Eingangssignal (nur positiv) um dann an IN- seine> 0V zu bekommen. Dafür bräuchte er dann ja keine negative> Versorgungsspannung?!
Nein, brauchst du nicht. Beim LM358 ist es deshalb gewährleistet, da die
Eingänge als "Common-mode voltage range" als Minimum V- erlauben.
Allerdings musst du berücksichtigen, dass bei einer Eingangsspannung von
0V der Ausgang nicht sicher 0V hat - abhängig von der Last (die "Input
offset voltage" ist hier nicht berücksichtigt).
Dietrich L. schrieb:> Nein, brauchst du nicht. Beim LM358 ist es deshalb gewährleistet, da die> Eingänge als "Common-mode voltage range" als Minimum V- erlauben.
Und -V darf auch auf 0 V liegen. Eigentlich ist es nur wichtig das +V >
-V ist und eine Mindestspannung gemäß Datenblatt eingehalten wird.
Jedoch ist es gerade für den Anfänger viel einfacher mit einer
symmetrischen Spannungsvorsorgung zu arbeiten. Dann hast Du z.B. Deine
+12 V für +V und -12 V für -V. GND liegt dann auf 0 V. Die
Bezugsspannung 0 V erleichtert das Berechnen. Bei einer Invertierung von
+1 V am Eingang liefert Dir der Ausgang bei einer Verstärkung von 1 eine
Spannung von -1 V.
Oft möchte man nur mit einer Batterie als Versorgungsspannung arbeiten.
Ist eben billiger, denkt man. Dann hätte man z.B. 9 V für +V und legt -V
auf 0 V. In diesem Fall muß GND, das Potential der Bezungsspannung
virtuell erzeugt werden. Ein Spannungsteiler liefert dann +V/2 also 4,5
V. Am einfachsten läßt es sich jetzt mit Wechselstrom arbeiten. Dazu
wird an Eingang und am Ausgang ein Kondensator eingesetzt, denn die
Signalquelle am Eingang wird in der Regel auf 0 V aufgelegt und beim
Ausgang ist es ebenso.
Die Gleichspannungsrechnung würde jetzt so aussehen +IN auf +4,5 V, -IN
hat +5,5 V und der Ausgang liefert +3,5 V. Es ist eben alles relativ.
Das sollte man sich ersparen, wenn man die Wahl hat.
mfg Klaus
Martin schrieb:> Wird an einem OPV (LM358) am Versorgungspin V- auch eine negative> Spannung dann benötigt?
Nein. Der OpAmp sieht in der invertierenden Beschaltung maximal (oder
minimal, wie man will) 0V am Eingang, und weil der LM358 ein single
supply OpAmp ist dessen Eingang bis 0V (und knapp drunter) messen kann,
reicht 0V (GND) als negative Versirgung.
Ein uA741 oder TL071 will aber mindestens -3V haben um 0V verarbeiten zu
können.
> V+ ist auf +5V.
Dann liefert ein LM358 mit Glück 3.5V. Wenn dir das reicht...
In Ordnung, vielen Dank für die Inputs!
Für den Fehlerfall dass eine positive Spannung an IN- anliegt (während
ich nur mit positiven Spannungen bzw. 0V an V+/V- arbeite), ist dies für
den OPV bzw. den zukünftigen Rail-To-Rail ein gefährlicher Zustand?
Sonst brauch ich ja noch den Verpolschutz...
Martin schrieb:> Dafür bräuchte er dann ja keine negative> Versorgungsspannung?!
Jain.
Will man bis 0V messen, braucht man auch eine negative Versogung, da
R2R-OPVs nie exakt an GND/VCC ran kommen. Ich nehme z.B. einen
PWM-Ausgang des MC und erzeuge etwa -0,6V damit.
Auch sollte der OPV no Phase Reversal on the Output for Over−driven
Input Signals haben, z.B. MC33202.
MaWin schrieb:> weil der LM358 ein single> supply OpAmp ist dessen Eingang bis 0V (und knapp drunter) messen kann,> reicht 0V (GND) als negative Versirgung.
Der Eingang ist ja auch nicht das Problem, sondern die Tatsache, dass
der Ausgang nicht bis herab zu 0 V einen (auch geringen) Ausgangsstrom
liefern kann, das geht nur mit negativer Versorgungsspannung. Wenn es
auf 0V -> 0V nicht so genau ankommt kann man natürlich V- auf GND legen.
Ist dann halt ungefährer Murks.
Georg
Georg schrieb:> Der Eingang ist ja auch nicht das Problem, sondern die Tatsache, dass> der Ausgang nicht bis herab zu 0 V einen (auch geringen) Ausgangsstrom> liefern kann, das geht nur mit negativer Versorgungsspannung
Da in der invertierenden Schaltung vom Ausgang ein Spannungsteiler zum
eine negative Spannung liefernden Eingang besteht, also immer ein pull
down, wird der Ausgang von alleine auf 0V gezogen. Abgesehen von
Leckströmen (1uV) muss der Ausgang also keinen Strom aufnehmen, sondern
bei steigender Spannung nur Strom liefern.
Wer natürlich so blöd ist, und eine LED über Widerstand nach plus legt
die 20mA zieht, bekommt beim LM358 den Ausgang nicht unter 0.7V.
Aber Blödheit wollen wir mal ausschliessen, oder ?
Martin schrieb:> Wenn ich es richtig verstanden habe dreht dreht der OPV am Ausgang> die Spannung in Richtung Eingangssignal (nur positiv)
In einer "normalen" OP-Verstärker-Schaltung (also nicht Komparator- oder
Schwingschaltung) versucht dieser, die Spannung zwischen IN+ und IN+auf
0 zu regeln.
> um dann an IN- seine 0V zu bekommen.
Das ist der Fall, wenn der IN+ auch auf 0V liegt. Allserdings müssen
diese beiden Eingangsspannungen immmer im Gleichtaktbereich des OP
liegen (input common mode voltage range).
Martin schrieb:> Für den Fehlerfall dass eine positive Spannung an IN- anliegt (während> ich nur mit positiven Spannungen bzw. 0V an V+/V- arbeite), ist dies für> den OPV bzw. den zukünftigen Rail-To-Rail ein gefährlicher Zustand?
Nicht, wenn diese Spannung im erlaubten maximalen Spannungsbereich für
diese Eingänge ist (siehe absolute maximum ratings).
Martin schrieb:> Eine Newby-Frage
Dazu auch noch'n Tipp: https://www.google.com/search?q=newbie
MaWin schrieb:> Da in der invertierenden Schaltung vom Ausgang ein Spannungsteiler zum> eine negative Spannung liefernden Eingang besteht
Die aber auch 0V betragen kann. Die Pulldown Wirkung ist also am
schlechtesten, wenn man sie braucht.
Man kann aber auch den +Eingang leicht positiv setzen und den Offset vom
ADC-Wert wieder abziehen.
Lothar M. schrieb:> Martin schrieb:>> Wenn ich es richtig verstanden habe dreht dreht der OPV am Ausgang>> die Spannung in Richtung Eingangssignal (nur positiv)> In einer "normalen" OP-Verstärker-Schaltung (also nicht Komparator- oder> Schwingschaltung) versucht dieser, die Spannung zwischen IN+ und IN+auf> 0 zu regeln.>> um dann an IN- seine 0V zu bekommen.> Das ist der Fall, wenn der IN+ auch auf 0V liegt. Allserdings müssen> diese beiden Eingangsspannungen immmer im Gleichtaktbereich des OP> liegen (input common mode voltage range).>> Martin schrieb:>> Für den Fehlerfall dass eine positive Spannung an IN- anliegt (während>> ich nur mit positiven Spannungen bzw. 0V an V+/V- arbeite), ist dies für>> den OPV bzw. den zukünftigen Rail-To-Rail ein gefährlicher Zustand?> Nicht, wenn diese Spannung im erlaubten maximalen Spannungsbereich für> diese Eingänge ist (siehe absolute maximum ratings).>
Danke Lothar!
Habe gerade etwas mit dem AD80031 geliebäugelt:
https://www.mouser.de/datasheet/2/609/AD8031_8032-1502047.pdf
Zuerst hatte ich den LM358B im Auge, hätte gern aber Rail to rail um die
volle V+ Range zu nutzen:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm358ba.pdf
Dabei hab ich jedoch bemerkt dass der AD8031 sehr schnell limitiert ist
bei der Differential Input Voltage: +/-3.4V.
Im Vergleich steht beim LM358: 32V (differentiell und auch Vi)
Spielt das denn überhaupt eine Rolle bei mir? Ich arbeite ja nicht mit
einem AC-Signal, aber in dem Moment wo am OP ja an IN- ein Signal
anliegt dass ungleich IN+ ist, wäre die differentielle Spannung beim
AD8031 schnell überschritten bis der OP das ganze ausregelt (bei mir
0V).
Oder spielt differentielle INput Voltage nur eine Rolle bei zwei
unterschiedlichen AC-Signalen die nicht in Phase sind?
p.s. es kann sein dass an meinem IN- Eingang eine Spannung von +31V
anliegen im Fehlerfalle.
Die max. Input-Voltage Vi bezieht sich doch auf die supply Voltage Vs?
Im Datenblatt fast so zu lesen als ob der Input GENERELL bis zu +32V
aushalten würde.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm358ba.pdf
Martin schrieb:> Die max. Input-Voltage Vi bezieht sich doch auf die supply Voltage> Vs?
Das hängt vom OpAmp und dessen Herstellungstechnologie ab.
> Im Datenblatt fast so zu lesen als ob der Input GENERELL bis zu +32V> aushalten würde.
Der LM358(LM324,LM321) gehört zu den wenigen OpAmps, die immer 32V am
Eingang vertragen, wo sogar kein nennenswerter Strom in den Eingang
fliesst, egal wie hoch dessen Versorgungsspannung ist oder ob sie sogar
ausgeschaltet ist.
Man darf das aber nicht von allen OpAmps erwarten, CMOS OpAmps haben
fast immer eine (Eingangsschutz)Diode von jedem Eingang und Ausgang nach
VCC.
