Spannungshub berechnen.

[Monika (Gast)]

Hallo, kann mir jemand weiterhelfen?
Ich muss aus der angehängten Schaltung den möglichen Spannungshub am 
Potentiometer berechnen. Für die Stellungen A=Anfang und E=Ende sollen 
die Werte der Spannung am Punkt A=Ausgang des OP's ermittelt werden.
Ich stehe gerade auf dem Schlauch.
Vielen Dank im voraus
Monika

[Sogehts Nicht (Gast)]

Der Plus-Eingang des OPs muss definiert angeschlossen sein,
sonst ist die Sachlage unfertig / unklar.

[Elektrofan (Gast)]

Rezept (falls der +Eingang auf Masse liegt):

Der Verstärker ist invertierend, dann liegt rechts vom Poti-Schleifer 
(näherungsweise) R2 mit 10 kΩ nach Masse.
Hat man die Spannung links an R2 bzw. am Poti-Schleifer ausgerechnet 
(Ux), ist die Aussgangsspannung  Ua=-Ux*R1/R2.

Will man's genau haben, kann man mit Stern-Dreieck-Umwandlung arbeiten.
(Oder Überlagerungssatz ?)

Für die Praxis (Offset des OP kommt ja hinzu) reicht ggf. eine einfache 
Betrachtung:
Dann hat die Mitte des Potentiometers immer (fast) genau 0V.

1) Steht der Poti-Schleifer 'oben', ist (fast nur) der Spannungsteiler 
aus den oberen 15 kΩ und zweimal 25Ω parallel wirksam, die +15V werden 
entsprechend geteilt und entsprechend verstärkt (s.o.).
2) Steht der Schleifer mittig, ist die Sache symmetrisch, es kommen also 
0V heraus.
3) Steht der Schleifer unten, kommt derselbe Betrag wie bei 1) heraus, 
diesmal mit "Plus".

[Olaf (Gast)]

Der OPV macht eine Verstärkung von 100 (1M / 10K) und den 
Spannungsabfall am 25R Widerstand mit davorgeschalteten 15K (bei 15V) 
kann man jetzt leicht ausrechnen. Die parallel geschalteten 75R 
bestehend aus 50R Trimmer und 25R Festwiderstand müssen dabei 
berücksichtigt werden. Den 10k habe ich vernachlässigt.

[Elektrofan (Gast)]

> Die parallel geschalteten 75R
> bestehend aus 50R Trimmer und 25R Festwiderstand müssen dabei
> berücksichtigt werden.

Stimmt nicht ganz, weil unten der andere 15 kΩ-Widerstand dranhängt, und 
der liegt an -15V, s.o.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Dreh das Blatt doch mal um. Steht auf der Rückseite nicht die Lösung?
Zumindest ist da die Rede von den beiden 15kΩ-Widerständen, irgendetwas
Niederohmigem, dem invertierenden Eingang, dem Potentiometer usw., was
ja durchaus zur Aufgabenstellung passen würde.

Ansonsten würde ich wie Elektrofan näherungsweise davon ausgehen, dass
der Spannungsteiler auf der linken Seite durch R2 nicht belastet wird.
Damit kann man die Aufgabe mit einem Fehler von weniger als 0,3% sogar
im Kopf rechnen.

Wenn man die Aufgabe für beliebige Widerstände und ohne Computerhilfe
rechnen möchte, reicht ein A4-Blatt vermutlich nicht aus. Trotzdem ist
das eine gute Konzentrationsübung :)

[Jacko (Gast)]

Na hallo, das ist eine PRAKTISCHE Schaltung, also ist
PRAKTISCHE Berechnung angesagt.

Sollte diese Schaltung zur Übung von Maschen-, Knoten-,
Stern- und Dreieck-Theorie dienen, wäre sie schön dämlich
ausgewählt! Denn:

Für Theorie-Aufgaben sind angegebene Spannungs- und
Widerstandswerte genau mit ihrem Nennwert zu benutzen.

Damit sehen vorwitzige Schüler sofort, dass beim Abgleich-
netzwerk links von R2 NIX nach Masse fließen kann.
Also reicht die simple Berechnung eines Spannungsteilers
aus den richtig zusammengefassten Widerständen.

Damit kommt man ganz fix auf die Spannung oben und unten
am Poti, die sich beim Abgreifen durch R2 = 10 kOhm nur gering
verändert.

Wenn der Lehrer es noch genauer haben will, ist er ein
Traumtänzer, da der Masseanschluss zwischen den 25-Ohm-
Widerständen sowieso nur defensiv gegen real existierende
Toleranzen der Teilerwiderstände und der  +/- Versorgungs-
spannungen geschaltet wurde.

Wer jetzt die Nenn-Spannungen oben und unten am Poti benennen
kann, darf sich noch Zusatzpunkte für die Antwort auf die
folgende Frage verdienen:

Wird damit die Offsetspannung, oder der Offsetstrom
kompensiert?

[Jens G. (jensig)]

@ Jacko (Gast)

>Damit sehen vorwitzige Schüler sofort, dass beim Abgleich-
>netzwerk links von R2 NIX nach Masse fließen kann.
>Also reicht die simple Berechnung eines Spannungsteilers
>aus den richtig zusammengefassten Widerständen.

>Damit kommt man ganz fix auf die Spannung oben und unten
>am Poti, die sich beim Abgreifen durch R2 = 10 kOhm nur gering
>verändert.

Etwas sehr widersprüchliche Aussagen.
Sobald Du das Poti aus der Mitte drehst, hats Du eine Imbalance in 
diesem R-Netzwerk (wie Du schon erkannt hast, ändert sich die 
Spannungslage da leicht). Damit ist nun mal ein Stromfluß auch über 
diesen Masseanschluß verbunden.
OK, wenn Du es nicht genau brauchst, kannst Du diesen Effekt auch 
ignorieren,  und betrachtest den Spannungsteiler als einen mit festen 
Spannungsverhältnissen ...

[Monika (Gast)]

Erstmal vielen Dank für Eure Hilfe, ich bin total überrascht, Ihr seid 
echt super. Ich mache derzeit nebenberuflich ein Fernstudium 
(Elektronik) und bin froh, dass ich hier etwas Unterstützung habe. Ich 
habe in meinem Beruf mehrere Kollegen, die ich fragen könnte, ich möchte 
dies aber nicht, da ich als "Frau" mein Fernstudium ohne deren Hilfe 
absolvieren möchte. Meinen Ansprechpartner im Studium mag ich auch nicht 
wieder um Hilfe bitten, daher dachte ich, dass ich hier vielleicht einen 
kleinen Denkanstoss bekomme, dass ich hier gleich so viel Unterstützung 
bekomme, damit hätte ich gar nicht gerechnet. Ich kam einfach nicht auf 
die Berechnung/Anordnung der Widerstände linksseitig des Poti's, mir war 
nicht klar, dass wenn der Poti-Schleifer 'oben' steht dann der 
Spannungsteiler aus den oberen 15 kΩ und zweimal 25Ω parallel wirksam 
wird und die +15V geteilt werden. Und wenn der Schleifer unten steht, 
der Betrag mit + heraus kommt.

Yalu X.: ja Du hat Recht, wenn ich das Blatt umdrehe:
Das Potentiometer erhält eine Spannung, die über die beiden 15kOhm und 
25Ohm Widerstände geteilt sind. Diese Spannung, die niederohmig ist, 
wird über R2 dem invert. Eingang zugeführt. Die Niederohmigkeit ist 
wichtig, da für die Verstärkungsberechnung der Schaltung der Widerstand 
R2 nach Masse gilt, der hier unwesentlich über das Poti und die 25 Ohm 
Widerstände vergrößert wird.
Woher weisst Du das, hast Du das gleich Fernstudium gemacht? 8-o

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Monika schrieb:
> Woher weisst Du das, hast Du das gleich Fernstudium gemacht? 8-o

Fast. Ich habe sozusagen dein obiges Bild aus der Ferne studiert, und
Gimp hat mir dabei geholfen :)

[Monika (Gast)]

Ooooh, das finde ich jetzt schon etwas gruselig ... trotzdem Danke

[Sibylle (Gast)]

Monika schrieb:
> gruselig

...ist das nicht unbedingt. Die durchscheinende Schrift ist ja nicht 
gänzlich unsichtbar - allerdings muß man auf die Idee erst mal kommen... 
:-P

Diesmal bedeutet "X." eben "Eagle Eye".

[Monika (Gast)]

Darf ich euch nochmal um Hilfe bitten:

In dieser Schaltung soll am Ausgang des OP's eine LED (A) in der 
Schalterstellung (A) und eine LED (B) in der Schalterstellung (B) 
leuchten. Der LED Strom beträgt 10 mA. Zu entwickeln ist die restliche 
Schaltung. Für  eine LED-Spannung in Höhe von UF = 1,8 V sind beide 
Vorwiderstände zu berechnen, ausserdem R1 für die 
Verstärkungseinstellung.
Ich muss also drei Widerstände und zwei LEDs einbauen und die 
Widerstände so dimensionieren, dass für beide LEDs der geforderte Strom 
von 10 mA eingehalten wird.

Ich grübele und zeichne schon den ganzen Abend, aber mir fehlt die 
Erleuchtung, wie ich die eine "oder" die andere LED am Ausgang schalte.

[HildeK (Gast)]

Einen R1 zur Einstellung der Verstärkung braucht man hier nicht, der OPA 
arbeitet hier idealerweise als Komparator. Wo wäre denn R1?

Zu den LEDs: eine LED + Rv zwischen +6V und Pin6, die andere zwischen 
Pin 6 und GND. Der Ausgang ist je nach Schalterstellung entweder nahe 
+6V oder nahe GND und schließt so jeweils eine LED kurz.
Der LED-Vorwiderstand (bei richtigem OPA, s.u.) wäre dann 
(6V-1.8V)/10mA, für jede LED getrennt.

Ungeeignet ist hier der OPA. Ein 741 wird kaum nahe an 6V oder an GND 
kommen. Es weden wohl beide LEDs schwach leuchten und der OPA kann keine 
von beiden ausschalten. Man bräuchte einen OPA mit Rail-to-Rail Ausgang 
oder gleich einen richtigen Komparator.
Ein Hysterese-Widerstand wäre auch nicht schlecht, vom +E zum Ausgang 
des OPA.

Wenn das eine Aufgabe aus dem Fernstudium ist, dann habe ich aber ein 
paar Zweifel an dessen Qualität!

[der schreckliche Sven (Gast)]

Wenn Du jetzt noch die richtige Schaltung zeigst, ist alles perfekt.

[Monika (Gast)]

Sorry, ich hatte die Zeichnung zweimal angehängt.

Ach so, jetzt verstehe ich das mit dem Kurzschalten der LED's.
R1 müsste ich noch einzeichnen, diesen könnte ich ja mit 22K wählen, 
somit habe ich nur einen Spannungsfolger?

[der schreckliche Sven (Gast)]

Als Strafarbeit für meine unsinnige Bemerkung hab ich schnell was 
gezeichnet. Dass der OPV als Verstärker und nicht als Komparator 
geschaltet ist, bekommt einen Sinn, wenn man eine rote und eine grüne 
LED im gemeinsamen Gehäuse verwendet, sodaß die Anzeige bei 
Widerstandsänderung des NTC von Rot über Gelb nach Grün wechselt (oder 
umgekehrt).

[der schreckliche Sven (Gast)]

Ach ja, vergessen.

[Monika (Gast)]

Ihr seid genial. Vielen Dank!

[Monika (Gast)]

Oje, jetzt muss ich doch nochmal nachfragen. Je nach Schalterstellung 
habe ich doch ohne Verstärkung nur die 3,8V oder 2,0V an Punkt 6. Die 
LED-Vorwiderstände wären dann doch nur 3,8V-1.8V/10mA bzw. 
2,0V-1,8V/10mA.
Oder ich verwende für den R1 aus der E-Reihe einen 30kOhm und habe eine 
Verstärkung von 1,36 und somit 5,2V und 2,7V und errechne dann die 
Vorwidertände 5,2V-1,8V/10mA bzw. 2,7V-1,8V/10mA.

[Mani W. (e-doc)]

Statt den 4 x 1N4148 nimmst Du besser eine Led entsprechender Farbe,
einen kleineren
Vorwiderstand und kannst so Strom für die Schaltung sparen und hast
außerdem noch eine Einschaltkontrolle...


4 Dioden in Serie ergeben ca. -8mV/K, was einer Themperaturstabilität
sehr nachträglich ist...


Gruß

Mani

[der schreckliche Sven (Gast)]

Monika schrieb:
> habe ich doch ohne Verstärkung nur die 3,8V oder 2,0V an Punkt 6.

Du meinst ohne R1? Dann ist die Verstärkung eine millionfach oder so. 
Mit R1=30k hast Du einmal 4,89V und einmal 0,63V gegenüber Masse. 
Idealen OPV vorausgesetzt.

[Monika (Gast)]

Guten Morgen,
wie kommst du auf 4,89V und 0,63V ?

[Monika (Gast)]

der schreckliche Sven schrieb:
> Monika schrieb:
>> habe ich doch ohne Verstärkung nur die 3,8V oder 2,0V an Punkt 6.
>
> Du meinst ohne R1? Dann ist die Verstärkung eine millionfach oder so.
> Mit R1=30k hast Du einmal 4,89V und einmal 0,63V gegenüber Masse.
> Idealen OPV vorausgesetzt.

Nein, ich meinte mit "ohne Verstärkung" als Spannungsfolger mit R1=22 
kOhm

[der schreckliche Sven (Gast)]

Monika schrieb:
> wie kommst du auf 4,89V und 0,63V

Hallo Monika!
Der gegengekoppelte Opamp stellt die Spannung am Ausgang so ein, daß die 
Spannung am -Eingang der am +Eingang entspricht. Es ergeben sich also 
die eingezeichneten Spannungen. (wegen Rundung wurde aus 0,63 0,64).

[Monika (Gast)]

Vielen Dank, auch für Zeichnung, jetzt ist es mir klar.  Was ich noch 
nicht ganz verstehe: weshalb hattest Du geschrieben, dass ohne R1 die 
Verstärkung eine millionfach ist? VU = R1/R2 dann wäre doch 0/22 kOhm = 
0

[Monika (Gast)]

der schreckliche Sven schrieb:
> Monika schrieb:
>> wie kommst du auf 4,89V und 0,63V
>
> Hallo Monika!
> Der gegengekoppelte Opamp stellt die Spannung am Ausgang so ein, daß die
> Spannung am -Eingang der am +Eingang entspricht. Es ergeben sich also
> die eingezeichneten Spannungen. (wegen Rundung wurde aus 0,63 0,64).


Bei 4,89V leuchtet die obere LED ja noch, aber bei 0,64V ?

[Monika (Gast)]

der schreckliche Sven schrieb:
> Monika schrieb:
>> wie kommst du auf 4,89V und 0,63V
>
> Hallo Monika!
> Der gegengekoppelte Opamp stellt die Spannung am Ausgang so ein, daß die
> Spannung am -Eingang der am +Eingang entspricht. Es ergeben sich also die 
eingezeichneten Spannungen. (wegen Rundung wurde aus 0,63 0,64).



Bei 4,89V leuchtet die obere LED ja noch, aber bei 0,64V ?

[der schreckliche Sven (Gast)]

Monika schrieb:
> weshalb hattest Du geschrieben, dass ohne R1 die
> Verstärkung eine millionfach ist?

Ich dachte, wenn da nichts ist.


Monika schrieb:
> Bei 4,89V leuchtet die obere LED ja noch

6 - 4,89 = 1,11. Zu wenig für eine LED.

[Monika (Gast)]

>> weshalb hattest Du geschrieben, dass ohne R1 die
>> Verstärkung eine millionfach ist?
>
> Ich dachte, wenn da nichts ist.

Ist das so, ist die Verstärkung dann millionenfach?




>> Bei 4,89V leuchtet die obere LED ja noch
>
> 6 - 4,89 = 1,11. Zu wenig für eine LED.

Ja stimmt, also leuchtet keine der beiden.
Dann errechne ich einfach einen höheren R1, damit die Verstärkung 
entsprechend größer wird

[der schreckliche Sven (Gast)]

Monika schrieb:
> Ja stimmt, also leuchtet keine der beiden.

Jetzt reicht`s aber!
Bei +4,89V leuchtet selbstverständlich die untere LED.
Bei +0,63V die obere.
Ist die Ausgangsspannung im mittleren Bereich, leuchten beide LED´s.
Daß keine der beiden leuchtet, gibt es in dieser Schaltung nicht.

[Olaf (Gast)]

der schreckliche Sven schrieb:
> Daß keine der beiden leuchtet, gibt es in dieser Schaltung nicht.

Genau. Man kann sich auch, für ein besseres Verständnis, den OPV 
wegdenken. Dann würden auch beide LEDs leuchten, weil sie dann nur in 
Reihe geschaltet sind. Der OPV überbrückt einfach nur mal die eine oder 
mal die andere LED.

[Monika (Gast)]

Ach so, vielen Dank und ein schönes Wochenende :)

[Monika (Gast)]

Ich baue gerade ein Millivolmeter. Im Bestückungsplan ist parrallel zum 
Relais eine Freilaufdiode geschaltet. Diese begrenzt beim 
Stromabschalten die negativ gerichtete induktiv erzeugte Spulenspannung 
auf ca. UF = 0,6 V.  In der Stückliste steht, dass ich eine 1 N 4148 
verwenden soll, in meinem Baukasten finde ich nur die PH 4148, kann ich 
diese ebenfalls verwenden? Steht PH für Philips? Ich kann im Netz dazu 
leider nichts finden.

[HildeK (Gast)]

Monika schrieb:
> in meinem Baukasten finde ich nur die PH 4148, kann ich
> diese ebenfalls verwenden?

Das ist höchstwahrscheinlich eine 1N4148. Wenn es wenigstens eine Diode 
ist, dann geht sie auf jeden Fall :-)

[Monika (Gast)]

Alles klar, vielen Dank