OP-Schaltung, Referenzspannungsquelle!

[hans b. (Firma: ich AG) (e-ler)]

Hi,

ich habe hier eine hochpräszise Referenzspannaungsquelle welche mit 
einem OP Aufgebaut ist welche im jedem fall die Ausgangsspannung stabil 
halten soll. Uz = 6,8V.

Mein Problem sind 2 Fälle:
Fall 1: Die rein theoretische Betrachtung mit unbelastetem Ua:
Hierbei fällt über die Z-Diode eine Spannung von 6,8V ab. Sei R2 = R3 
und Ud = 0V -> U_Z = U_R2 = U_R3 = 6,8V -> Ua = U_R2 + U_R3 = 6,8V + 
6,8V = 13,6V

Fall 2: Die prakitsche Messung mit belastetem Ua:
U_Z gemessen: 5,63V
U_Z = U_R2 = U_R3 = 5,63V -> Ua = U_R2 + U_R3 = 5,63V + 5,63V = 11,26V

-> delta U_Z = 1,17V
-> delta Ua = 2,34V

Bin ich richtig in der Annahme das die Deltas durch die Belastung von Ua 
entstehen und der OP seine Spannung nicht mehr aufrecht erhalten kann 
wie in der theorie Berechnet? Dennoch sollten aber über der Z-Diode 6,8V 
abfallen. Ist hierbei delta U_Z reine Toleranz?

Weitere Frage -> In meinen Unterlagen steht geschrieben: Ua = U_Z * ( 1 
+ R3/R2). Was steckt hinter dieser Formel und wie ist der jenige auf 
diese gekommen. Ich sehe hierbei keine OP-Grundschaltung

Danke im Vorraus

HANS

[MaWin (Gast)]

> Bin ich richtig in der Annahme das die Deltas durch die Belastung von Ua
> entstehen und der OP seine Spannung nicht mehr aufrecht erhalten kann

Ja, überlastung des OpAmps, maximaler Ausgangsstrom überschritten.

> Ich sehe hierbei keine OP-Grundschaltung

Es ist der nichtinvertierende Verstärker mit Gegenkopplung.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

hans bouhler schrieb:
> Fall 1: Die rein theoretische Betrachtung mit unbelastetem Ua:
> Hierbei fällt über die Z-Diode eine Spannung von 6,8V ab.

Woher weißt du, dass es genau 6,8V sind? Der Spannungsabfall an der
Z-Diode ist vom Strom und der wiederum von der Ausgangsspannung der
Schaltung und R4 abhängig.

> Fall 2: Die prakitsche Messung mit belastetem Ua:
> U_Z gemessen: 5,63V

Mach doch die praktische Messung mal mit unbelastetem Ausgang und
wundere dich, dass die Ausgangsspannung fast gleich bleibt.

Dass der Spannungsabfall an der Z-Diode so gering ist, liegt einfach
daran, dass R4 wohl sehr groß ist und du damit die Z-Diode ziemlich weit
am linken Ende des Kennlinienknicks betreibst, wo die stabilisierende
Wirkung ohnehin nicht sehr groß ist.

[hans b. (Firma: ich AG) (e-ler)]

MaWin schrieb:
> Es ist der nichtinvertierende Verstärker mit Gegenkopplung.

Hhhhmh... ich habe eine Mitkpllung UND eine Gegenkopplung?!

Erwähnenswert wären vielleicht noch die Lastwiderstände bei der Messung: 
6,8k, 10k und 15k! Ausgangsspannungen und U_Z waren immer gleich.


MFG

HANS

EDIT:
R4 waren 1k, 2,2k, 4,7k und 10k. U_Z war nahezu immer gleich!

Ich habe gerade leide nicht die Möglichkeit die Schaltung aufzubauen!

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

hans bouhler schrieb:
> 6,8k, 10k und 15k! Ausgangsspannungen und U_Z waren immer gleich.

Ist das nicht genial? Un genau dafür wurde diese Schaltung erfunden.

> Hhhhmh... ich habe eine Mitkpllung UND eine Gegenkopplung?!

Ja, genau. Die Gegenkopplung hat aber einen Kopplungsfaktor von fast 1,
die Mitkopplung einen von R3/(R2+R3), was bei sinnvoller Auslegung
deutlich kleiner als 1 ist. Damit überwiegt die Gegenkopplung, und die
Schaltung ist stabil.

> Ich habe gerade leide nicht die Möglichkeit die Schaltung aufzubauen!

Wie hast du dann den praktischen Test durchgeführt?

[wayne (Gast)]

Was hat die Schaltung für einen Vorteil gegenüber einer Z-Diode in einem 
Spannungsteiler gefolgt von einen Impedanzwandler?

mfg

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

wayne schrieb:
> Was hat die Schaltung für einen Vorteil gegenüber einer Z-Diode in einem
> Spannungsteiler gefolgt von einen Impedanzwandler?

Dass die Ausgangsspannung nicht nur unabhängig von der Last, sondern
auch unabhängig von der Versorgungsspannung ist.

[hans b. (Firma: ich AG) (e-ler)]

Yalu X. schrieb:
> hans bouhler schrieb:
>> 6,8k, 10k und 15k! Ausgangsspannungen und U_Z waren immer gleich.
>
> Ist das nicht genial? Un genau dafür wurde diese Schaltung erfunden.
>
>> Hhhhmh... ich habe eine Mitkpllung UND eine Gegenkopplung?!
>
> Ja, genau. Die Gegenkopplung hat aber einen Kopplungsfaktor von fast 1,
> die Mitkopplung einen von R3/(R2+R3), was bei sinnvoller Auslegung
> deutlich kleiner als 1 ist. Damit überwiegt die Gegenkopplung, und die
> Schaltung ist stabil.

Der Kopplungsfaktor bestimmt die die Höhe des Rückgeführten Signals, 
also k = R3/(R2+R3) -> Das leuchtet mir ein.
Wie kommst du jedoch auf k~1 bei der Gegenkopplung?

>> Ich habe gerade leide nicht die Möglichkeit die Schaltung aufzubauen!
>
> Wie hast du dann den praktischen Test durchgeführt?

Der praktische Aufbau wurde von einem Kollegen gemacht. Ich war nicht 
dabei und werte quasi nur die Ergebnisse zum Verständis aus.

Yalu X. schrieb:
> hans bouhler schrieb:
>> Fall 1: Die rein theoretische Betrachtung mit unbelastetem Ua:
>> Hierbei fällt über die Z-Diode eine Spannung von 6,8V ab.
>
> Woher weißt du, dass es genau 6,8V sind? Der Spannungsabfall an der
> Z-Diode ist vom Strom und der wiederum von der Ausgangsspannung der
> Schaltung und R4 abhängig.

Ich bin in der theoretischen Betrachtung einfach davon Ausgegangen  das 
bei meiner ZF 6,8 eben diese 6,8V abfallen - also vom Idealfall. Dem 
scheint ja so nicht zu sein.

[MaWin (Gast)]

> Ich habe gerade leide nicht die Möglichkeit die Schaltung aufzubauen!

Ist in jedem uA723 drin.

> Was hat die Schaltung für einen Vorteil gegenüber einer Z-Diode
> in einem Spannungsteiler gefolgt von einen Impedanzwandler?

Die Z-Diode wird von konstantem Strom durchflossen, von ihr
selbst stabilisiert, unabhängig von der Versorgungsspannung.

Dafür gibt es manche OpAmp, die sich bei ihr "aufhängen", also
nach dem Einschalten auf 0V bleiben.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

hans bouhler schrieb:
> Wie kommst du jedoch auf k~1 bei der Gegenkopplung?

Da der Spannungsabfall an der Z-Diode in erster Näherung unabhängig vom
Strom ist, führt eine Änderung der Ausgangsspannung um 1V zu einer
Änderung der Spannung am invertierenden Eingang um ebenfalls 1V. Der
Kopplungsfaktor ist der Quotient aus beiden.

Da in der Realität der Spannungsabfall an der Z-Diode doch etwas strom-
abhängig ist, ist der Kopplungsfaktor nicht genau 1, sondern etwas
kleiner.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

hans bouhler schrieb:
> Der praktische Aufbau wurde von einem Kollegen gemacht. Ich war nicht
> dabei und werte quasi nur die Ergebnisse zum Verständis aus.

Wenn man keinen Lötkolben zur Hand hat, hilft auch manchmal ein PC mit
einem Spice-Programm. Ich habe die Schaltung mal in LTSpice simuliert.
Auf der x-Achse ist der Laststrom, auf der y-Achse die Ausgangsspannung
aufgetragen. Für die Versorgungsspannungen 15V, 20V, 25V und 30V ist
jeweils eine Kurve dargestellt. Man sieht, dass in einem sehr weiten
Versorgungsspannungs- und Laststrombereich die Ausgangsspannung fast
perfekt konstant bleibt.

Ich habe auch die ASC-Datei mit angehängt, falls du noch etwas herumex-
perimentieren möchtest.