Spannungswandler / -addierer

[Wolfgang (Gast)]

Hallo zusammen,

ich möchte eine Schaltung aufbauen, wie sie auf der Skizze zusehen ist. 
Der Spannungsbereich ist zwischen 0 und 5 V. Dabei soll die Spannung U1 
linear in U1a invertiert werden, dass praktisch bei U1 4 V ansteht und 
bei U1a 1 V rauskommt. Anschließend sollen beide Spannungen U1a und U2 
addiert werden.
Ich bin ein kompletter Laie und habe mich auch schon durchgesucht, 
jedoch konnte ich nicht das passende finden. Ist diese Schaltung mit 
einfachen Bauteilen zu realisieren?
Ich bin sehr dankbar für eure Vorschläge!

--Wolfgang

[Udo S. (urschmitt)]

Wolfgang schrieb:
> ich möchte eine Schaltung aufbauen, wie sie auf der Skizze zusehen ist.

Sorry aber da seh ich nix!
Deine Beschreibung ist so nicht zu verstehen

Bitte präzise:
Was für Spannungen hast du (Auch die max. min. Spannung mit angeben)
Welche Spannungen sollen daraus entstehen (Werte!)
Vieleicht als Formel: z.B. U2 = -U1

Ansonsten Operationsverstärker Grundschaltungen: Invertierender 
Verstärker, Addierer, Subtrahierer, ...

[spontan (Gast)]

Beschreib doch lieber, was es werden soll. Sonst wird das nix.

Die Beschreibung, wie Du was machen willst ist ja schon gehörig schief 
gegangen.

[Stefan (Gast)]

U3 = (5V-U1) + U2 ?
Stefan

[Wolfgang (Gast)]

Ich habe 2 Gleichspannungen, die beide im Bereich von 0V bis max 5V 
liegen. Eine Eingangsspannung soll invertiert werden. Danach soll die 
eine Eingangsspannung und die invertierte Spannung addiert werden, so 
dass die Ausgangsspannung auch wieder im Bereich von 0V bis max. 5V 
liegt. Ich hoffe es ist verständlicher, wie gesagt ich bin Laie!

Danke schon mal!

[Wolfgang (Gast)]

Stefan schrieb:
> U3 = (5V-U1) + U2 ?
> Stefan

Ja genau, und die Summe muss dann noch geteilt werden, aber wie sieht 
dazu die Schaltung aus, bzw. welche Bauteile werden benötigt?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Wolfgang schrieb:
>> U3 = (5V-U1) + U2 ?
> Ja genau, und die Summe muss dann noch geteilt werden, aber wie sieht
> dazu die Schaltung aus, bzw. welche Bauteile werden benötigt?
Subtrahierer, Addierer und Spannungsteiler.

          Subtrahierer              Addierer             Teiler
           
        5V---R---o---R---GND
                 |    
                 '----|+    5V-U1
                      |  >---------R----.
       U1----R--o-----|-                |
                            U2-----R----o----|+       U3
                                             |  >---o------.
                                        .----|-     |      |
                                        |           |      R1
                                        o----R------'      |
                                        |                  o------ 
                                        R                  |
                                        |                  R
                                       GND                 |
                                                          GND
   alle R = 10k, R1 abhängig vom Teilerfaktor

Mit ein wenig Hirnschmalz liessen sich hier noch ein paar Widerstände 
und ein OP einsparen...

[-_- (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
> Mit ein wenig Hirnschmalz

Gewöhn Dir bloß nicht diesen Still an.. Bitte nicht...
Machtest mir bis jetzt einen sehr sympatischen Eindruck...
Wäre schade wenn das sich ändert

[Udo S. (urschmitt)]

Hallo Lothar,
du kannst den Teiler schon beim Addierer machen. Das hat den Vorteil daß 
dein Ausgang relativ niederohmig (OP-Ausgang) wird.

At Stefan:
In deiner Tabelle fehlen die Fälle wo U1a und U2 verschiedene Werte 
haben.
Die Formel
U3 = (5V-U1) + U2 ?
kann so nicht stimmen.
Ist es evt
U3 = (5V-U1)/2 + U2/2 ?

[Udo S. (urschmitt)]

-_- schrieb:
> Gewöhn Dir bloß nicht diesen Still an.. Bitte nicht...
> Machtest mir bis jetzt einen sehr sympatischen Eindruck...

??? Was soll jetzt der Spruch. Lothar hat nur gesagt daß SEIN 
Schaltungsvorschlag wahrscheinlich noch optimierbar ist!

Erst denken, dann schreiben.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Udo Schmitt schrieb:
> Lothar hat nur gesagt daß SEIN
> Schaltungsvorschlag wahrscheinlich noch optimierbar ist!
Er ist nicht nur wahrscheinlich optimierbar, sondern ich könnte den 
sofort signifikant reduzieren. Aber warum sollte ich die ganzen 
Hausaufgaben machen? Die Frage drehte sich aber vermutlich um die 
Formulierung "Hirnschmalz"...

-_- schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Mit ein wenig Hirnschmalz
> Gewöhn Dir bloß nicht diesen Still an.. Bitte nicht...
Ja, was denn? Liegt das an der Hitze? Oder warum sind heute alle so 
wenig belastbar? Ich verbleibe ratlos...

[Wolfgang (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>>> U3 = (5V-U1) + U2 ?
>> Ja genau, und die Summe muss dann noch geteilt werden, aber wie sieht
>> dazu die Schaltung aus, bzw. welche Bauteile werden benötigt?
> Subtrahierer, Addierer und Spannungsteiler.

>    alle R = 10k, R1 abhängig vom Teilerfaktor
> Mit ein wenig Hirnschmalz liessen sich hier noch ein paar Widerstände
> und ein OP einsparen...

Ok, also wenn ich es richtig verstehe ist der Teilungsfator 2, sprich 
das U1 und U2 gleichwertig sind, wie groß muss dann R1 sein? Danke

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Wolfgang schrieb:
> Ok, also wenn ich es richtig verstehe ist der Teilungsfator 2, sprich
> das U1 und U2 gleichwertig sind, wie groß muss dann R1 sein?

Der Spannungsteiler halbiert die Spannung, wenn beide Widerstände gleich
sind:

  R1 = R = 10kΩ

Lothar hat in seiner Schaltung übrigens den Widerstand R vom Ausgang des
linken Opamp zu seinem invertierenden Eingang vergessen. So war die
Schaltung eigentlich gedacht:

          Subtrahierer              Addierer             Teiler
           
        5V---R---o---R---GND
                 |    
                 '----|+    5V-U1
                      |  >--o------R----.
       U1----R--o-----|-    |           |
                |           |           |
                '-----R-----'           |
                                        |
                            U2-----R----o----|+       U3
                                             |  >---o------.
                                        .----|-     |      |
                                        |           |      R1
                                        o----R------'      |
                                        |                  o------ 
                                        R                  |
                                        |                  R
                                       GND                 |
                                                          GND
   alle R = 10k, R1 abhängig vom Teilerfaktor

Du musst beachten, dass die Signalquellen an den Eingängen niederohmig
und die Last am Ausgang hochohmig sein muss, sonst arbeitet die Schal-
tung nicht korrekt. Bei der Auswahl des Opamps sind auch noch ein paar
Dinge zu beachten.

Wo soll die Schaltung eingesetzt werden?

[spontan (Gast)]

Verkommt das Forum zum Schüler-Hausaufgaben-Easy-Place ???

Bitte nicht.

Yalu X. schrieb:

>Wo soll die Schaltung eingesetzt werden?

Glaubst Du an eine Anwendung außerhalb des Schulhefts? Nicht wirklich, 
oder?

Der TO hat gar nichts beigetragen die Aufgabe zu lösen, keine Anwendung 
dafür beschrieben, keinen Durchblick, was er macht.

Und ihr knallt ihm eine Lösung hin. Was soll er damit? Als Laie? Wird er 
nie aufbauen.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

spontan schrieb:
>>Wo soll die Schaltung eingesetzt werden?
>
> Glaubst Du an eine Anwendung außerhalb des Schulhefts? Nicht wirklich,
> oder?

Sicher bin ich mir nicht, aber nach die Anfrage sieht für mich eher
nicht nach Hausaufgabe aus.

[Wolfgang (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> spontan schrieb:
>>>Wo soll die Schaltung eingesetzt werden?
>>
>> Glaubst Du an eine Anwendung außerhalb des Schulhefts? Nicht wirklich,
>> oder?
>
> Sicher bin ich mir nicht, aber nach die Anfrage sieht für mich eher
> nicht nach Hausaufgabe aus.

Yalu, danke für deine Unterstützung. Und zwar habe ich 2 Ventile, das 
eine regelt den Zufluss und das zweite dient als eine Art 
Sicherheitsventil. Zusätzlich habe ich einen piezoresistiven 
Drucksensor, mit dem der Druck im Behältnis gemessen wird.
Jetzt habe ich mich gefragt, ob es möglich ist die beiden Ventile quasi 
zu überbrücken. Zum Beispiel wenn das Regelventil voll auf ist und das 
Sicherheitsventil komplett zu ist, praktisch die volle Spannung an der 
Messeinheit des Drucksensors anliegt.
Ich will damit den Regler der beiden Ventile testen.
Theoretisch hätte ich diese Schaltung auch hinbekommen, jedoch fehlt mir 
der Bezug zur hardwarenahen Anwendung. Darum muss ich auch fragen welche 
Hardware v.a. OP ihr mir empfehlen könnt.

Gruß

[Max (Gast)]

Welche konkreten OPs könnt ihr mir empfehlen?

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Max schrieb:
> Welche konkreten OPs könnt ihr mir empfehlen?

Wieso "Max", gefällt dir der Name "Wolfgang" nicht mehr?

Wenn du den Opamp mit 5V bertreiben möchtest, brauchst due einen
Rail-to-Rail-Typ, bspw. den TS912 oder den MCP6002. Die Ausgänge darfst
du aber kaum belasten, sonst reicht die Ausgangsspannung nicht bis an
die 0V- und 5V-Grenze heran.

Lässt sich die Belastung nicht vermeiden, brauchst due eine positive
Versorgungsspannung >6V und eine negative <0V, also bspw. ±9V.

Im Anhang siehst du übrigens noch eine zusammengestauchte Version der
Schaltung, die mit halb so vielen Bauteilen auskommt.

Ich befürchte aber, dass die von dir ausgedachte einfache Methode

> Dabei soll die Spannung U1 linear in U1a invertiert werden, dass
> praktisch bei U1 4 V ansteht und bei U1a 1 V rauskommt. Anschließend
> sollen beide Spannungen U1a und U2 addiert werden.

keine gute Simulation hierfür darstellt:

> Und zwar habe ich 2 Ventile, das eine regelt den Zufluss und das
> zweite dient als eine Art Sicherheitsventil. Zusätzlich habe ich einen
> piezoresistiven Drucksensor, mit dem der Druck im Behältnis gemessen
> wird.

Wenn bspw. das Regelventil geschlossen (U2=0) und das Sicherheitsventil
ganz leicht geöffnet (U1=0.1V) ist, erhält man als Ergebnis U3=2,45V,
was einem mittelhohen Druck entspricht. Aber eigentlich sollte der Druck
dann doch 0 sein, da ein Abfluss, aber kein Zufluss stattfindet.

Lass dir das noch einmal durch den Kopf gehen.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Yalu X. schrieb:
> Lothar hat in seiner Schaltung übrigens den Widerstand R vom Ausgang des
> linken Opamp zu seinem invertierenden Eingang vergessen.
Richtig, der muss da logischerweise rein... ;-)

Yalu X. schrieb:
> Wenn bspw. das Regelventil geschlossen (U2=0) und das Sicherheitsventil
> ganz leicht geöffnet (U1=0.1V) ist, erhält man als Ergebnis U3=2,45V,
> was einem mittelhohen Druck entspricht. Aber eigentlich sollte der Druck
> dann doch 0 sein, da ein Abfluss, aber kein Zufluss stattfindet.
Ja, das wäre Hydraulik in geschlossenen Kreisen...

Allerdings war es so, dass Wolfgang schrieb:
>>> Und zwar habe ich 2 Ventile, das eine regelt den Zufluss
Es könnte natürlich auch ein Gas "zufließen"...

[Wolfgang (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> Max schrieb:
>> Welche konkreten OPs könnt ihr mir empfehlen?
>
> Wieso "Max", gefällt dir der Name "Wolfgang" nicht mehr?
Nickname und Surename, egal


> Lässt sich die Belastung nicht vermeiden, brauchst due eine positive
> Versorgungsspannung >6V und eine negative <0V, also bspw. ±9V.
Ok


> Ich befürchte aber, dass die von dir ausgedachte einfache Methode
>
>> Dabei soll die Spannung U1 linear in U1a invertiert werden, dass
>> praktisch bei U1 4 V ansteht und bei U1a 1 V rauskommt. Anschließend
>> sollen beide Spannungen U1a und U2 addiert werden.
>
> keine gute Simulation hierfür darstellt:
>
>> Und zwar habe ich 2 Ventile, das eine regelt den Zufluss und das
>> zweite dient als eine Art Sicherheitsventil. Zusätzlich habe ich einen
>> piezoresistiven Drucksensor, mit dem der Druck im Behältnis gemessen
>> wird.
>
> Wenn bspw. das Regelventil geschlossen (U2=0) und das Sicherheitsventil
> ganz leicht geöffnet (U1=0.1V) ist, erhält man als Ergebnis U3=2,45V,
> was einem mittelhohen Druck entspricht. Aber eigentlich sollte der Druck
> dann doch 0 sein, da ein Abfluss, aber kein Zufluss stattfindet.

Ja ich weiß, dass es eigentlich nicht passt, aber ich weiß nicht wie es 
besser zu lösen ist. Dann müsste man irgendwie überprüfen welchen 
Zustand va. das Regelventil hat.