RE: Bereitstellung: Fragen / Probleme / Lösungen - 5

Also nach mal Schritt für Schritt:
Der Logarithmierer
Ein Logarithmierer, so wie er hier vermutet wird, soll eine Eingangsspannung (oder einen Eingangsstrom) in eine dem Logarithmus des Eingangssignales proportionale Spannung wandeln.
Dies wendet man z.B. an, um einen großen Eingangssignalbereich (mehrere Dekaden) darstellen zu können. Eine typische Anwendung ist z.B. die Aussteuerungsanzeige (VU-Meter).

Schaltung des Logarithmierers
Die typische Schaltung mit einer Diode:



Die Schaltung wandelt positive Eingangsspannungen in eine negative Ausgangsspannung, welche eine logarithmische Abhängigkeit von Ue hat.
Der invertierende Eingang liegt virtuell auf Masse, so dass der Strom I1=Ue/R1 ist. Da die Summe der Ströme im Knoten Null ist, muss I2=-I1 sein. Die Diode ist somit in Durchlassrichtung geschalten; in Sperrrichtung (also bei negativer Ue) würde I2 annähernd Null sein. Da der Diodenstrom in Durchlassrichtung exponentiell von der Durchlassspannung abhängt, ergibt sich am Ende die gewünschte Funktion eines Logarithmierers.

Und jetzt kommt das ABER: In der Prüfungsschaltung ist -R19 genau andersherum gepolt. Damit würde die Schaltung (ohne externe Bauelemente an -X8 und -X9) aber nur für negative Eingangsspannungen die vermutete/unterstellte Funktion eines Logarithmierers erfüllen. Wo soll aber eine negative Spannung am Eingang herkommen? Damit erklärt sich die Funktion der Diode -R19 noch nicht.

Mit der Schaltung lassen sich halt nur die Durchlassspannungen (bzw. die Z-Spannungen) der zur Verfügung stehenden Testobjekte (Pos. 47-54) für drei verschiedene Durchlassströme ermitteln.

Was macht denn nun -K2?
-K2 arbeitet als gesteuerte Konstantstromquelle. Schaut euch mal auf elektroniktutor.de gleich die erste Schaltung (links) an!


Für RLast sitzt in eurer Prüfungsschaltung das Testobjekt (eine LED/Diode/Z-Diode).

Wird z.B. ein Durchlassstrom von 2 mA gewählt, so muss -T1 (richtiger wäre -Kxx) leiten und der Konstantstrom ergibt sich aus (5V -Ucesat)/(R4+R5).

Und wozu -K3?
-K3 arbeitet, wie bereits geschrieben, als invertierender Verstärker mit einer Verstärkung Vu<1.
Wenn man sich die Testobjekte anschaut, dann sind dort auch Z-Dioden mit Z-Spannungen größer 5V dabei. Die könnte der Arduino aber nicht direkt messen, so dass man die Spannungen verringert und dann per Software den korrekten Wert bestimmt. Gleichzeitig bewirkt -K3 eine Vorzeichenumkehr, so dass am Arduino nur pos. Spannungen auftreten (sollten).

Und wenn nichts angeschlossen ist?
Passiert auch nichts, denn mit -R24, -R25 ist ja der Eingang des Arduino geschützt.

Wie jetzt, kein Logarithmierer?
Nein, und das L-Wort ist für mich an dieser Stelle erledigt.:@

Zitat von Greetz

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So nochmals zum lieben R19

Ich hab da jetzt sehr lange gerätselt, was die Diode für eine Funktion hat und für mich gibt's da nur eine logische Erklärung.
Falls ich mich irre, korrigiert mich bitte

Aus dem Quellcode kann man raus lesen, dass es beim Umschaltvorgang der Bereiche zu kurzzeitigen Sperrung alle Transistoren kommen kann.
Dies führt dazu, dass der Schaltungsbereich mit den OPs "in der Luft hängt" und K2 anfangen könnte zu schwingen.

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Also, einen 741er zum Schwingen zu bringen ist fast ein Kunststück. Ich kenne den OPV (und seinen Vorgänger, den 709) schon seit den Siebzigern. Mit seinem Schaltungsdesign, seiner internen Frequenzkompensation und einer Slew-Rate von rund 0,5 V/µs gehört der 741 zu den handzahmsten OPVs, die ich kenne. Bei der Slew-Rate kann man die Spannungsänderung am Ausgang fast noch mit einer Stoppuhr messen.
Und auch gegenüber einem Latch-Up ist der 741 vollkommen resistent. Und wenn ich (hochfrequente) Schwingungen unterdrücken will, dann baue ich ein entsprechendes Tiefpassverhalten ein; leider sind da Dioden die letzte Wahl.

Zitat

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R19 definiert meiner Meinung nach das Ausgangssignal von K2 auf ein festes Potential.
Der Logik nach müsste am Ausgang von K2 die UF von R19 anliegen und am invertierenden Eingang 0V (virtuelle Masse, Offset nicht berücksichtigt).

Die restlichen Zustände (Messungen, Leerlauf) werden von R19 nicht beeinflusst.

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Wie will die Diode ein festes Potenzial definieren? Sie kann maximal die Ausgangsspannung von -K2 in einer Polarität leidlich begrenzen. Ein hochohmiger Widerstand zwischen +5V und -MP2 würde genau diese Aufgabe erledigen.

Zitat

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Bitte euch des mal durchzusehen und mir dann sagen, ob ich richtig oder falsch liege.

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Ich bleibe bei meiner Meinung, dass -R19 die Diode der Illuminati ist. [cool]

HIER findest Du das Programm
(ist ein ZIP Archiv)

Edit by Gast: Hab den Link korrigiert ...

Zitat von Greetz

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Ok so gut kenne ich mich mit den OPs noch nicht aus. Aber dass erklärt dann auch, wieso ich bei meinen Messungen ohne -R19 immer die maximale positive Ausgangsspannung hatte.

Zitat

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Wie will die Diode ein festes Potenzial definieren? Sie kann maximal die Ausgangsspannung von -K2 in einer Polarität leidlich begrenzen.

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Das Potential, dass dann anliegt müsste doch der Flussspannung der Diode entsprechen. Ob man es jetzt als festes Potential oder Spannungsbegrenzung nennt ist ja erst mal nebensächlich.:)

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Hab's mal aufgemalt und im Multisim hab ich's auch schon aufgebaut und das Ergebnis entspricht meiner Theorie.

Zitat

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Ein hochohmiger Widerstand zwischen +5V und -MP2 würde genau diese Aufgabe erledigen.

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Da muss dann aber ein wirklich großer Widerstand hin und wenn man dann die Verstärkung bedenkt (10^5) muss man schon auf eine minimale Eingangsspannung im µV- Bereich kommen.
Da finde ich die Lösung mit der Diode -R19 eindeutig besser.

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Dann ist es sicher auch egal, dass selbst ohne zusätzlichen hochohmigen Widerstand bis zu 15 nA von den drei Transistoren kommen können. Und es ist auch egal, ob reale OPV Exemplarstreuungen haben (Polarität der Eingangs-Offsetspannung). Und dann ist es ja auch egal, dass die nächste Charge OPV in deiner Schaltung den Ausgang in Richtung negativer Spannung schießen lässt. Und dann ist es ja auch egal, dass dann -R19 wieder witzlos ist.
Und der Arduino wird ja am Eingang in beide Richtungen geschützt (-R24, -R25). Ach ja, was sagt denn dein Multisim ohne -R19? Schwingt dann alles schön, wie in der ursprünglichen Theorie? Oder läuft der Ausgang von -K2 nur an den Anschlag, ohne dass irgendein Schaden eintritt?

Zitat von mfc04

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Hallo,
bin neu hier.
Unsere Theorie ist, dass R19 im im Falle eines Spannungsabfalls an Masse (schlecht gelötet?) den Transistor schützt. Durch die Leerlaufverstärkung des OPVs würde dieser ja bereits ab einer sehr kleinen Spannung auf Masse seinen Ausgang auf die positive Betriebsspannung legen. Die Diode würde den Pegel jedoch sofort auf den Invertierenden Eingang ziehen, wodurch der Ausgang auf die negative Betriebsspannung gelenkt wird.
Durch die +12V würde der Transistor verpolt und somit wahrscheinlich zerstört werden.

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Interessante Theorie.
Ohne -R19 und ohne Prüfling an -X8 und -X9 erledigt sich das Problem aber von selbst, da dann der Ausgang von -K2 zu den Transistoren keine Verbindung mehr hat. Ihr wollt also die Transistoren mit der Diode schützen, die nach eurer Theorie das Problem ja erst schafft. [cool]