Hallo, es gibt eine Grundschaltung für einen Potenzierer auf Basis Op-Amp, z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverstärker#Logarithmierer_und_Potenzierer Dort tauchen die Konstanten I_S (Sättigungssperrstrom), U_T (Temperaturspannung) und n (Emissionskoeffizient) auf. Aber wie finde ich diese Daten für eine normale Diode? Hier z.B. ein Datenblatt: https://diotec.com/request/datasheet/1n4001.pdf Da stehen die Daten aber leider nicht drin. Hat jemand einen Tip, wie man so einen Potenzierer auslegen kann? Gibt es Daumenwerte für Standard-Dioden bei Raumtemperatur?
Nils B. schrieb: > Dort tauchen die Konstanten I_S (Sättigungssperrstrom), U_T > (Temperaturspannung) und n (Emissionskoeffizient) auf. Aber wie finde > ich diese Daten für eine normale Diode? Du guckst in die Spice-Definition deiner Diode. Ist aber irrelevant, Silizium ist Silizium. Nils B. schrieb: > Hat jemand einen Tip, wie man so einen Potenzierer auslegen kann Gar nicht. Unter 1uA kommt dir der Sperrstrom als erheblicher Fehler ins Gehege oberhalb 1mA die Abwärme in der Diode selbst die du nicht wegkühlen kannst, und von 1uA bis 1mA sind es gerade mal 1000, dafur braucht man keinen Potenzierer das kann ein uC mit A/D und D/A Wandler berechnen. Wenn du deine Diode bis 1A durch eine zweite Diode auf dem Chip temperaturkompensieren kannst, dann wird es besser, die Schaltung aber auch aufwändiger. Ein uC mit 24 bit A/D-D/A wird aber immer besser als eine analoge Schaltung sein, nur halt lamgsamer.
Kuck da: https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley_diode_equation https://en.wikipedia.org/wiki/Diode_modelling
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Im Datenblatt zum LM13600 OTA S.20 (obsolet, LM13700 ist noch "in production") gibt es auch einen Schaltungsvorschlag für einen Logarithmierer https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/8638/NSC/LM13600.html Ich habe den mal aufgebaut und vermessen, zur Genauigkeit kann ich aber nichts sagen: Beitrag "Re: Genauen Logarithmierer aufbauen" Meine breitbandige Detektordiode von HP habe ich mit einem alten logarithmischen Modul von Analog Devices "dB-linearisiert": http://www.bitsavers.org/components/analogDevices/_dataBooks/1975_Analog_Devices_Product_Guide.pdf S.171-175, Typ "755".
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Nils B. schrieb: > es gibt eine Grundschaltung für einen Potenzierer auf Basis Op-Amp Ja, es gibt eine Grundschaltung. Das Hauptproblem ist jedoch die Temperaturabhängigkeit. mfg Klaus
Sag doch einfach, welche Aufgabe Du damit lösen willst.
Nils B. schrieb: > ....z.B. > hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverstärker#Logarithmierer_und_Potenzierer ... Ber derartigen Fragestellungen und Problemen würde ich mal die Herren Tietze und Schenk befragen. ;-) Da wirst du wahrscheinlich ein gutes Stück weitergeholfen..
> die Herren Tietze und Schenk Die sind auch nur für analoge Signalverarbeitung zuständig, eine Kunst die allmählich ausstirbt. Und dort wird man auch genau diese "einfachen" Lösungen finden, die vor allem wegen der Temperaturabhängigkeit nicht praxistauglich sind. Andere Frage: wie aufwendig ist die digitale Lösung? Potenz und Logarithmus sind nichtlineare Funktionen. Die kann man zwar mathematisch berechnen, nur wie bringt man die auf einfache Art einem Mikrocontroller oder FPGA bei?
Christoph db1uq K. schrieb: > ...Und dort wird man auch genau diese "einfachen" Lösungen finden... Genau das eben nicht nur, wie ein kurzes Nachsehen (12. Aufl.) ergibt. :-) Die Frage ist, ob der Themenstarter überhaupt eine analoge oder digitale Lösung sucht... Ich lese aus dem Eingangsbeitrag eher analog.. ;-)
Christoph db1uq K. schrieb: >> die Herren Tietze und Schenk > Die sind auch nur für analoge Signalverarbeitung zuständig, eine Kunst > die allmählich ausstirbt. Und dort wird man auch genau diese "einfachen" > Lösungen finden, die vor allem wegen der Temperaturabhängigkeit nicht > praxistauglich sind. Schon in der 5. Auflage diskutieren die Herren Tietze und Schenk eine Schaltung, die bei Verwendung eines guten Doppeltransistors (z.B. MAT-01/02, LM394, CA3096 usw.) und geeignetem OP verlässlich über 9 Dekaden funktioniert. TK ist vernachlässigbar mit PTC-Rest-Kompensation (~0.3%/K), erst recht aber mit 'Temperatur-geregeltem' Doppeltransistor (z.B. uA726).
> Doppeltransistor genau den gibt es in der LM13600-Schaltung, auf demselben Chip. Daher vermute ich, dass die etwas besser funktioniert als die einfache Diodenschaltung. Der µA726 von Fairchild ist schon lange ausgestorben, den kennt man noch aus dem Elektor Formant Synthesizer. Datenbuch von 1973, S.487-489 http://www.bitsavers.org/components/fairchild/_dataBooks/1973_Fairchild_Linear_Integrated_Circuits_Data_Catalog.pdf
Michael B. schrieb: > Unter 1uA kommt dir der Sperrstrom als erheblicher Fehler ins Gehege Ich weis, ist jetzt auch schon zwei Tage her. Aber wieso der Sperrstrom? Die Diode wird doch nur in Vorwärtsrichtung betrieben und eben die exponentielle Strom/Spannungscharachteristik der Diodenkennline genutzt. In Sperrichtung ist doch eh alles egal. Ich hab auch schon analoge Multiplizierer ausgelegt, mit Transitorarrays. Das geht schon, ist vor allem einfach schnell und ohne µC. Allerdings ohne das man großen Aufwand betreibt nicht sonderlich genau.
Benjamin K. schrieb: > Ich hab auch schon analoge Multiplizierer ausgelegt, mit > Transitorarrays. Man kann aber auch einfach fertige ICs kaufen: https://www.analog.com/en/parametricsearch/11106#/
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Michael M. schrieb: > Ber derartigen Fragestellungen und Problemen würde ich mal die > Herren Tietze und Schenk befragen. ;-) Da wirst du wahrscheinlich ein > gutes Stück weitergeholfen.. Tietze-Schenk hatte schon auf den Buchumschlag eine dieser Schaltungen skizziert. Diese Ausgabe ist von 1976. mfg Klaus
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Benjamin K. schrieb: > Michael B. schrieb: > >> Unter 1uA kommt dir der Sperrstrom als erheblicher Fehler ins Gehege > > Ich weis, ist jetzt auch schon zwei Tage her. > Aber wieso der Sperrstrom? > Die Diode wird doch nur in Vorwärtsrichtung betrieben und eben die > exponentielle Strom/Spannungscharachteristik der Diodenkennline genutzt. Kuck Dir die Shockley Dioden-Gleichung an. Der Sperrstrom Is (reverse-bias saturation current) ist dabei all entscheident! https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley_diode_equation
Tut mir leid, aber ich finde der Tietze-Schenk ist völlig überschätzt.
Das ist ein reines Lehrbuch, wenn man praktische Tipps sucht ist man
anderswo besser aufgehoben. Ich habe im Prägooglicum viele Fachbücher
gekauft (es gab ja wenig andere Informationsquellen), aber der war nie
darunter.
Aber Niels sucht ja eine
> Grundschaltung für einen Potenzierer
keinen Logarithmierer. Die ist allerdings sehr ähnlich.
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Christoph db1uq K. schrieb: > Tut mir leid, aber ich finde der Tietze-Schenk ist völlig überschätzt. > Das ist ein reines Lehrbuch, wenn man praktische Tipps sucht ist man > anderswo besser aufgehoben. Ja, es eben wie eine Bibel. Aber ohne Grundlagen geht es aber nicht. mfg Klaus
Joe L. schrieb: > Kuck Dir die Shockley Dioden-Gleichung an. > > Der Sperrstrom Is (reverse-bias saturation current) ist dabei all > entscheident! > > https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley_diode_equation Ja, schon klar, aber I_S ist eine Material/Exemplarkonstante. In dem verlinkten Wikipedia Artikel sind rechts die Diagramme. Und dort in der logarithmischen Darstellung ist der Strom schnurgerade und das auch deutlich unterhalb von 1µA. Worauf ich hinaus will, die Diode sieht nie Sperrrichtung. Die Vorwärtsspannung ist V = V_t * ln ( 1 + I_D / I_S ). Bei den ganzen Logarithmieren/Potenzierern ist der Arbeitsbereich so knapp über 0V bis vielleicht 0,4/0,5V in Vorwärtsrichtung. Also so, das da sowieso sehr wenig Strom durch die Diode fließt. Sonst müsste ja auch der Bahnwiderstand mit berücksichtigt werden.
Wegen der "-1" in der Shockley-Formel ist das nur näherungsweise eine Exponentialfunktion. Die Ungenauigkeiten machen sich vor allem bei kleinen Strömen und Spannungen bemerkbar. Die Diagramme im Wikipedia sind hingerotzt und entsprechen nur eingeschränkt der Realität.
Benjamin K. schrieb: > Joe L. schrieb: > >> Kuck Dir die Shockley Dioden-Gleichung an. >> >> Der Sperrstrom Is (reverse-bias saturation current) ist dabei all >> entscheident! >> >> https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley_diode_equation > > Ja, schon klar, aber I_S ist eine Material/Exemplarkonstante. Nenn es wie du willst, Is oder I_S, oder auch Material- oder Exemplarkonstante -- dieser Faktor bestimmt die Diodenkennlinie, auch bei positiver Diodenspannung (also in Durchlass-Richtung)-- selbst wenn da "Sperrstrom" oder "reverse-bias saturation current" steht. Ich denke, das war deine Frage in Beitrag "Re: Potenzierender Operationsverstärker, Daten Diode"
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Yalu X. schrieb: > Wegen der "-1" in der Shockley-Formel ist das nur näherungsweise eine > Exponentialfunktion. Die Ungenauigkeiten machen sich vor allem bei > kleinen Strömen und Spannungen bemerkbar. > > Die Diagramme im Wikipedia sind hingerotzt und entsprechen nur > eingeschränkt der Realität. "Hingerotzt" würde ich nun nicht sagen... Hilfreich wäre es, wenn man solche Artikel auch mal lesen würde. Steht dort doch dick und breit: "For moderate forward bias voltages the exponential becomes much larger than 1, since the thermal voltage is very small in comparison. The − 1 in the diode equation is then negligible [...]" Für exp(Vd/(n*Vt)) mit idealerweise n=1 und Vt = 25.5 mV ist das exp(...) nun mal in allen praktischen Fällen deutlich größer als 1. Beispiel: Bei Vd = 300mV beläuft sich das exp(...) auf 129 - also weit jenseits der Plot-Genauigkeit eines Diagramms.
Vielen Dank erstmal für den Input. Ich bin ein bisschen verwundert, dass erst im fünften Beitrag gefragt wurde, was ich eigentlich machen will, aber dafür habe ich ja schon im ersten erfahren, daß es eigentlich gar nicht geht. Ich werde jetzt einfach mal ein bisschen rumprobieren und dann berichten. Dann erzähl ich euch auch, wozu das ganze gut sein soll. Soviel sei verraten: Die Anforderung an die Genauigkeit und Wiederholbarkeit ist gering, es muss auch nicht genau eine Exponentialfunktion sein. Ich suche etwas, was mir einen starken Anstieg ab einem bestimmten Schwellwert macht, aber mit einem ausgerundeten Übergang.
> Tut mir leid, aber ich finde der Tietze-Schenk ist völlig überschätzt. > Das ist ein reines Lehrbuch, wenn man praktische Tipps sucht ist man > anderswo besser aufgehoben. Naja, er ist halt fuer Studenten gedacht die erstmal nix wissen und einen breiten Einstieg brauchen und das mit der im Studium ueblichen Druckbetankung. Vanye
Oh..und hier noch. Aber aus irgendwelchen Gruenden werden da bei mir die Bilder nicht mehr angezeigt: https://www.electronicdesign.com/technologies/analog/article/21765254/whats-all-this-logarithmic-stuff-anyhow Vanye
Hm..wusste doch das Bob irgendwo auf meiner Platte kreist. :) Vanye
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Joe L. schrieb: > Yalu X. schrieb: >> Wegen der "-1" in der Shockley-Formel ist das nur näherungsweise eine >> Exponentialfunktion. Die Ungenauigkeiten machen sich vor allem bei >> kleinen Strömen und Spannungen bemerkbar. >> >> Die Diagramme im Wikipedia sind hingerotzt und entsprechen nur >> eingeschränkt der Realität. > > "Hingerotzt" würde ich nun nicht sagen... Ein Bisschen schon: - "ma" und "v" statt "mA" und "V" - ".03" statt "0.3" in der Abszissenbeschriftung - Beschriftung der Kennlinien mit "0.1ma" (grün), "n=2" (rot) und "10ma" blau). n=2 ist klar, aber was bedeuten die Stromangaben an den anderen Kennlinien? Warum ist dort kein n angegeben? - Das, was als "Slope" (Steigung) berechnet wird, ist in Wirklichkeit der Kehrwert davon. - An der rechten Seite sind die Diagramme abgeschnitten. - Das logarithmische Diagramm zeigt ganz andere Kennlinien als das lineare. - In der roten Kennlinie im logarithmischen Diagramm wurde wohl versucht, die Nichtlinearitäten bei niedrigen und hohen Spannungen einzuzeichnen, aber so richtig gelungen ist das nicht. - ... > Hilfreich wäre es, wenn man solche Artikel auch mal lesen würde. Steht > dort doch dick und breit: > > "For moderate forward bias voltages the exponential becomes much larger > than 1, since the thermal voltage is very small in comparison. The − 1 > in the diode equation is then negligible [...]" Das hindert einen aber doch nicht, im Diagramm die Kennlinien so zu zeichnen, dass erkennbar wird, in welchen Bereich der durch das "-1" verursachte relative Fehler vernachlässigbar ist und in welchen nicht. Alternativ könnte man den Spannungsbereich so eingrenzen, dass der Bereich mit den Ungenauigkeiten gar nicht sichtbar ist. Sonst führt das zur Verwirrung, wie Benjamins Einwand zeigt: Benjamin K. schrieb: > Und dort in der logarithmischen Darstellung ist der Strom schnurgerade > und das auch deutlich unterhalb von 1µA. Ich habe mal die Kennlinie einer 1N4148 mit LTspice dargestellt. Das ist zwar auch nicht die Realität (da simuliert), liegt aber schon sehr nahe daran. In der logarithmischen Darstellung erkennt man unterhalb von 0,1V den Effekt des "-1" in der Shockley-Gleichung, oberhalb von 0,7V den Einfluss des Bahnwiderstands.
Die integrierten Multiplizierer sind um Größenordnungen genauer und stabiler als jede selbsgepfriemelte Schaltung. Gegenüber ADCs und multiplizieren in Software sind sie aber auch nur ein Witz. Sie werden hauptsächlich nur noch als schneller Modulator verwendet (2GHz), wo es nicht so drauf ankommt.
Nils B. schrieb: > ... Dann erzähl ich euch auch, wozu das ganze gut sein soll. > Soviel sei verraten: Die Anforderung an die Genauigkeit und > Wiederholbarkeit ist gering, es muss auch nicht genau eine > Exponentialfunktion sein. Ich suche etwas, was mir einen > starken Anstieg ab einem bestimmten Schwellwert macht, aber > mit einem ausgerundeten Übergang. Also Schwachsinn. Der ganze Thread sinnlos. War ja klar. [x] killfile adjusted
Joe L. schrieb: > Hilfreich wäre es, wenn man solche Artikel auch mal lesen würde. Steht > dort doch dick und breit: > "For moderate forward bias voltages Hilfreich wäre es, wenn man verstehen würde was geschrieben steht: "Für kleine Vorwärtsströme ist I_S nicht vernachlässigbar klein vom Anteil her" Und ich sagte Michael B. schrieb: > Unter 1uA kommt dir der Sperrstrom als erheblicher Fehler ins Gehege Aber du bist ahnungslos und merkbefreit und willst wie im Kindergarten nur deine falsche Vorstellung durchboxen.
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Also, gestern mal eine Standard-Diode vermessen, ich glaube eine 1N4001. Messung von Spannung und Strom mit zwei Multimetern. Trotz des primitiven Aufbaus auf dem Breadboard finde ich die Kurven auf jeden Fall sehr "rund", keine Ausreißer o.ä. Ich habe die Kennlinie zweimal aufgenommen, und dabei einmal den mikro-Ampere und einmal den milli-Ampere Messbereich verwendet. Vom Ausgang der Diode ging es durch das Multimeter direkt nach GND, es war kein weiterer Widerstand dazwischen- oder parallel-geschaltet. Ich finde das Ergebnis echt erstaunlich, die Wahl des Messbereichs sollte ja eigentlich keinen Einfluss auf das Ergebnis haben. Da ich zwei identische Multimeter hatte, habe ich stichprobenhaft auch mal getauscht und auch testweise beide in Reihe geschaltet, die zeigen schon immer das gleiche an, nur sind sie offenbar so hochohmig, dass die Wahl des Messbereiches das Ergebnis beeinflusst. Die Messbereiche werden mit einem mechanischen Drehschalter umgeschaltet, mit richtigen mechanischen Rasten, es werden also vermutlich wirklich unterschiedliche Shunts geschaltet. Beim Schreiben fällt mir gerade auf, dass ich ungeschickt war, da ich die Spannungsmessung nicht direkt an der Diode durchgeführt habe, sondern von Diode plus nach GND am Netzteil. So habe ich immer den Spannungsabfall am Multimeter mitgemessen. Das werde ich also nochmal wiederholen.
Nils B. schrieb: > Beim Schreiben fällt mir gerade auf, dass ich ungeschickt war, da ich > die Spannungsmessung nicht direkt an der Diode durchgeführt habe, > sondern von Diode plus nach GND am Netzteil. So habe ich immer den > Spannungsabfall am Multimeter mitgemessen. Ja, und die Kabelwiderstände. > Das werde ich also nochmal wiederholen. Ja, ist besser so ...
Michael B. schrieb: > Joe L. schrieb: >> Hilfreich wäre es, wenn man solche Artikel auch mal lesen würde. Steht >> dort doch dick und breit: >> "For moderate forward bias voltages > > Hilfreich wäre es, wenn man verstehen würde was geschrieben steht: > > "Für kleine Vorwärtsströme ist I_S nicht vernachlässigbar klein vom > Anteil her" Du verlangst jetzt aber nicht, dass ich Dir den Unterschied zwischen Spannung ("For moderate bias voltages") und Strom ("Für kleine Vorwärtsströme...") erkläre? > Und ich sagte > Michael B. schrieb: >> Unter 1uA kommt dir der Sperrstrom als erheblicher Fehler ins Gehege Es fließt in dieser Anwendung kein Sperrstrom und schon drei-mal kein I_S (Sättigungssperrstrom/reverse-bias saturation current != eines aktuell fließenden Sperrstroms) -- aber ich erkläre Dir das jetzt nicht nochmal. In Beitrag "Re: Potenzierender Operationsverstärker, Daten Diode" steht eigentlich alles... > Aber du bist ahnungslos und merkbefreit und willst wie im Kindergarten > nur deine falsche Vorstellung durchboxen. Ich vertrete hier keine "eigene Vorstellung" - sondern wiederhole nur die von William B. Shockley (1956 Nobelpreis für Physik) formulierte Shockley-Gleichung, die den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung an Halbleiterdioden recht genau beschreibt. Versprochen - sobald du mit deiner anderslautenden Labekopp'schen-Gleichung hier aufwartest, und dafür zumindest für den Nobelpreis nominiert bist, zitiere ich natürlich ausschließlich Dich. Bis dahin kuck einfach mal in https://www.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Shockley-Gleichung - PHYSIK FÜR ALLE, also auch für unflätige Vollhorste.
Nils B. schrieb: > So habe ich immer den Spannungsabfall am Multimeter mitgemessen. Die Innenwiderstände der beiden Messbereiche unterscheiden sich um knapp 100Ω. Wahrscheinlich hat der µA-Messbereich 100Ω und der mA-Messbereich 100Ω minus knapp 100Ω, also größenordnungsmäßig 1Ω, vielleicht auch 0,1Ω. So genau lässt sich das im Diagramm nicht ablesen. Die orangene Kennlinie dürfte somit ganz gut stimmen. Statt die Messreihe zu wiederholen, kannst du auch die Innenwiderstände des Multimeters messen und die gemessenen Spannungen an der Diode rechnerisch korrigieren.
Joe L. schrieb: > Ich vertrete hier keine "eigene Vorstellung" - sondern wiederhole nur > die von William B. Shockley (1956 Nobelpreis für Physik) formulierte > Shockley-Gleichung, die den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung an > Halbleiterdioden recht genau beschreibt. Am 16. Dezember 1947 wurde ein demonstrierbares Funktionsmuster eines Spitzentransistors erstellt. Nun ja, und dann sind mindestens zwei Jahrzehnte vorbeigegangen bis es wirklich brauchbare und robuste Gleichrichter und Leistungstransistoren gab. Mit Germanium Transistoren konnte ich mich nie anfreunden. Röhren waren da noch einfach überlegen. mfg klaus
Klaus R. schrieb: > Am 16. Dezember 1947 wurde ein demonstrierbares Funktionsmuster eines > Spitzentransistors erstellt. Nun ja, und dann sind mindestens zwei > Jahrzehnte vorbeigegangen bis es wirklich brauchbare und robuste > Gleichrichter und Leistungstransistoren gab. Nicht übertreiben! Den 2N3055 gabs schon Anfang der 1960er.
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Yalu X. schrieb: > Die Innenwiderstände der beiden Messbereiche unterscheiden sich um knapp > 100Ω. Wahrscheinlich hat der µA-Messbereich 100Ω und der mA-Messbereich > 100Ω minus knapp 100Ω, also größenordnungsmäßig 1Ω Das war glaube ich ziemlich gut geraten. Ich habe die verwendeten Multimeter gerade nicht zur Hand, kann daher nicht nachmessen, aber wenn ich mit 100Ω und 1Ω korrigieren, liegen die Kurven ziemlich aufeinander.
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Mit den nun vorhanden Daten konnte ich mir IS und n*UT abschätzen und habe 1000 Ohm als sinnvollen Widerstandswert herausbekommen, um die von mir gewünschte Verstärkung herauszubekommen. Das Ganze gleich mal auf dem Steckbrett zusammengestöpselt, und das Ergebnis ist ziemlich das gewünschte (siehe Diagramm).
Joe L. schrieb: > Ich vertrete hier keine "eigene Vorstellung" - sondern wiederhole nur > die von William B. Shockley (1956 Nobelpreis für Physik) formulierte > Shockley-Gleichung, die den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung an > Halbleiterdioden recht genau beschreibt. Nein. Tust du nicht. Denn die Formel macht jedem der rechnen kann klar, dass der Kurvenverlauf bei geringen Vorwärtsströmen nicht mehr exponentiell ist. Du hast offenbar nie gerechnet, sondern nur gelabert.
Nils B. schrieb: > [...] > Dort tauchen die Konstanten I_S (Sättigungssperrstrom), U_T > (Temperaturspannung) und n (Emissionskoeffizient) auf. Aber wie finde > ich diese Daten für eine normale Diode? > Gibt es Daumenwerte für Standard-Dioden bei Raumtemperatur? Du hättest z.B. die Werte aus der Library von LTSpice (standard.dio) raussuchen können. Dort findet sich u.A. .model 1N4148 D(Is=2.52n Rs=.568 N=1.752 Cjo=4p M=.4 tt=20n Iave=200m Vpk=75 mfg=OnSemi type=silicon) Parameter-Beschreibung: Siehe Anlage (D._Diode.pdf bzw. Spice_3f3_Users_Manual.pdf) Habe dir noch eine Diplomarbeit angehängt, über die Bestimmung der (SPICE-) Parametern von Dioden wie: - Sättigungssperrstrom (IS) - Emissionskoeffizient (N) - Bahnwiderstand (RS)
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