Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum I-U-Diagramm und nicht U-I-Diagramm?


von Fragender (Gast)


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Hallo zusammen,

ich bin in diesem Datenblatt (Seite 4):
https://stm32-base.org/assets/pdf/regulators/AP7343.pdf
über die für mich ungewöhnlichen I-U-Diagramme gestolpert.

Für mein Verständnis galt bisher, die X-Achse ist der Eingangswert und 
dann zeigt die Y-Achse das Resultat. Das würde bei diesen Diagrammen für 
mich auch so funktionieren.

Warum vertauscht man die Achsen, was ist der Vorteil? Was spricht gegen 
ein klassisches U(x)-I(y)-Diagramm?

Danke für jeden Tip!
Gruß,

von Volker Z. (vzavza)


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Das klassische U/I-Diagramm gibt es nicht.
Den Rest hast Du dir selbst ja schon beantwortet.

von Fragender (Gast)


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Volker Z. schrieb:
> Den Rest hast Du dir selbst ja schon beantwortet.

Dann steh' ich noch auf dem Schlauch:
Wenn ich einen Spannungsregler betrachte, ist für mich die Vout die 
Eingangsgröße x und dann würde ich den maximalen Iout im Diagramm 
ablesen wollen.

Gruß,

von Hennes (Gast)


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Hallo

persönliche Vorliebe des Erstellers, aus irgendein Grund praktischer, 
ein interner Gag, auf sehr versteckter Art den arroganten Besserwissern 
und Korinthenkackern ein klein wenig den Mittelfinger zeigen vielleicht 
auch rückwirkend (z.B. ehemaligen "Lehrpersonal"), eventuell auch 
bedingt vom Auswertegerät oder heute wohl der Auswertesoftware, einfach 
ein Flüchtigkeitsfehler ergänzend mit "keine Lust".

Ausserdem: Zwei mal Ausgang - da wird es schwierig mit den Eingangswert 
;-)

Vieles hat keinen großartigen Grund und passiert einfach so und man muss 
halt damit leben (Was bei einer -so einigen- viel wichtigeren Sache 
allerdings so einige sehr laute Schreihälse nicht verstehen und 
akzeptieren wollen - "dunkle Mächte", Vorsätze, schaffen von Gründen für 
unliebsame Maßnahmen müssen doch dahinter stehen...).

Also handelt es sich wohl um einen Übernahmeplan von China zwecks der 
Weltherschafft und Überwachung
Totaler Unsinn, hirnrissig, lächerlich, blöd, dumm, eventuell sogar 
gefährlich?  Interessiert doch nicht - solange ich Aufmerksamkeit 
bekomme und irgendwelche "Jünger" die meine Hirngespinsten folgen ist 
alles gut...

Hennes

von Fragender (Gast)


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Hennes schrieb:
> Ausserdem: Zwei mal Ausgang - da wird es schwierig mit den Eingangswert
> ;-)

Das bezog sich auf das Diagramm: y=f(x)
 =>x ist Eingang(-sgröße)
 =>y ist Ausgang(-sgröße)

Gruß,

von Peter D. (peda)


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Das ist eine Foldback-Kennlinie, also alles richtig.

von Achim S. (Gast)


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Fragender schrieb:
> Wenn ich einen Spannungsregler betrachte, ist für mich die Vout die
> Eingangsgröße x

der Hersteller betrachtet Vout als Ausgangsgröße seines 
Spannungsreglers. und welchen Vout Wert der liefern kann hängt von der 
Belastung ab (also von Iout)

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fragender schrieb:
> Was spricht gegen ein klassisches U(x)-I(y)-Diagramm?
Was würde man daraus erkennen?

Fragender schrieb:
> Wenn ich einen Spannungsregler betrachte, ist für mich die Vout die
> Eingangsgröße x und dann würde ich den maximalen Iout im Diagramm
> ablesen wollen.
Allerdings kannst du bei dem Spannungsregler die Ausgangsspannung nicht 
ändern (Vout fixed), sondern nur den Ausgangsstrom.
Und das, was du ändern kannst, kommt auf die X-Achse.
Die Reaktion darauf kommt auf die Y-Achse.

Durch die Foldback-Kennlinie des Reglers sieht das dann etwas verwirrend 
aus. Da darf man dann ruhig mal eine halbe Stunde drüber nachdenken.

von Theor (Gast)


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@ Fragender

Ein bisschen komplizierter ist das Thema schon.

Zunächst mal sind die Begriffe "unabhängige Grösse" und "abhängige 
Grösse" entscheidend. Die unabhängige Grösse ist diejenige, die man in 
einem Versuch verändert um die Wirkung auf die davon abhängige Grösse zu 
ermitteln.

Es ist durchaus "üblich", dass die unabhängige Grösse auf der 
horizontalen Achse und die abhängige Grösse auf der vertikalen Achse 
abgetragen wird. Soweit liegst Du mit Deinen Erwartungen nicht falsch.

Was allerdings in einem Versuch als abhängige und als unabhängige Grösse 
gewählt wird hängt vom Sachzusammenhang ab und unterliegt keiner festen 
Regel. Der Sachzusammenhang muss nur hergeben, dass die abhängige Grösse 
eben von der unabhängigen "abhängt". (In manchen Fällen will man auch 
die Unabhängigkeit zeigen).

In Deinem Fall, erwartest Du nun, dass ein Diagramm, dass Ausgangsstrom 
und Ausgangsspannung in Beziehung setzt, die Spannung als unabhängige 
Grösse behandelt.
Das ist aus zwei Gründen bei einem Spannungsregler nicht sinnvoll.
Zunächst mal, verändert man bei einem Spannungsregler nicht die 
Ausgangsspannung. Man behandelt sie nicht als unabhängige Grösse.
Was man aber üblicherweise, weil es auch in üblichen Schaltungen 
auftritt, verändert ist der Strom.

Das von Dir gezeigte Diagramm ist allerdings ein Sonderfall, auf den die 
obige Beschreibung nicht zutrifft. Peter hat schon das Stichwort 
genannt: "Foldback". Im Datenblatt taucht es auf Seite 3 auf.
Hier ist nun der Strom nur in einem Teilbereich des Diagramm völlig 
unabhängig und nur, solange der Strom ein gewisses Maximum nicht 
überstiegen hat.
Falls der Strom aber dieses Maximum überstiegen hat, wird durch die 
interne Schaltung des Reglers der Strom effektiv gesenkt. D.h. Du hast 
garnicht mehr selbst die Kontrolle über den Strom sondern der Regler.

Es wird Dir bei genauer Betrachtung des Diagrammes auffallen, dass, bei 
Vin=2,8V und einem Strom von ca. 450mA, eine Mehrdeutigkeit entsteht, 
falls Du annimmst, dass Du noch volle Kontrolle über den Strom hast. 
Ginge die Spannung dann herunter (unterer Zweig der Kurve) oder bleibt 
sie etwa gleich (oberer Zweig)?

Dennoch gilt auch in diesem Fall erstmal, dass die unabhängige Grösse 
der Strom ist.

von Eberhard H. (sepic) Benutzerseite


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Lothar M. schrieb:
> Durch die Foldback-Kennlinie des Reglers sieht das dann etwas verwirrend
> aus.

ziemlich gut beschrieben hier: 
https://www.torexsemi.com/technical-support/tips/foldback-circuits/

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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An den Ausgang eines Spannungsreglers schließt man üblicherweise weder
eine Spannungs- noch eine Stromquelle an, sondern eine passive Last,
deren Höhe durch den Lastwiderstand R gegeben ist.

In einer gewöhnlichen Funktionsdarstellung, wie sie dir vorschwebt, gibt
es eine unabhängige Größe, die auf der x-Achse, und eine abhängige
Größe, die auf der y-Achse aufgetragen wird.

Im konkreten Fall sind aber beide dargestellten Größen (U und I)
abhängig von einer dritten Größe, nämlich R. Eine Abhängigkeit zwischen
U und I besteht nur indirekt. Als Diagrammtyp wurde deswegen die
Parameterdarstellung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms über
dem Parameter R gewählt. Welche der beiden abhängigen Größen auf der x-
und welche auf der y-Achse aufgetragen wird, ist egal, da beide im Sinne
der funktionalen Abhängigkeit gleichwertig sind. Der Autor des
Datenblatts hat sich für

  x = I(R), y = U(R)

entschieden,

  x = U(R), y = I(R)

wäre aber ebenso möglich. Keine der beiden Alternativen ist "besser" als
die andere.

Die Kurven im Diagramm beginnen jeweils unten mit R=0 und enden oben mit
R=∞.

Einen ähnlichen Fall hat man beim Nyquist-Diagramm, in dem Real- und
Imaginärteil eines Signals parametrisch abhängig von der Frequenz
dargestellt werden.

: Bearbeitet durch Moderator
von Fragender (Gast)


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Vielen Dank euch allen,

Eberhard H. schrieb:
> ziemlich gut beschrieben hier:
> https://www.torexsemi.com/technical-support/tips/foldback-circuits/
diese Doku ist wirklich hilfreich.

Ich denke mein Irrweg war das falsche Verständnis des "Zeitpunktes". Ich 
bin davon ausgegangen, daß es um den eingeregelten Fall geht, wenn ich 
also bei stabiler Uout den Regler variable belaste.
Aber es handelt sich offensichtlich um den "Einschaltzeitpunkt", d.h. 
die Phase in welcher der Regler hochfährt und dabei einen zu großen 
Strom liefern soll (z.B. inrush current).

Mit diesem Verständis würde ich aber trotzdem die Achse tauschen wollen, 
denn: Das im Diagramm aufgetragende Iout ist das Ergebnis des Reglers, 
wenn er Vout hochfährt unter der Bedingung Rout ist sehr klein.

Aber das hat Yalu X. ja schon erwähnt im Beitrag #6507570:
> Welche der beiden abhängigen Größen auf der x- und welche auf der y-Achse 
aufgetragen wird, ist egal, da beide im Sinne der funktionalen Abhängigkeit 
gleichwertig sind. Der Autor des Datenblatts hat sich für
> x = I(R), y = U(R) entschieden,

Lothar M. schrieb:
> Durch die Foldback-Kennlinie des Reglers sieht das dann etwas verwirrend
> aus. Da darf man dann ruhig mal eine halbe Stunde drüber nachdenken.

Oder noch etwas länger. :-)

Danke!

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Fragender schrieb:
> Ich denke mein Irrweg war das falsche Verständnis des "Zeitpunktes". Ich
> bin davon ausgegangen, daß es um den eingeregelten Fall geht, wenn ich
> also bei stabiler Uout den Regler variable belaste.

Das ist kein Irrweg. Das Diagramm zeigt das Verhalten für statische U
und I. Das zeitliche Verhalten ist nicht Gegenstand des Diagramms.

> Aber es handelt sich offensichtlich um den "Einschaltzeitpunkt", d.h.
> die Phase in welcher der Regler hochfährt und dabei einen zu großen
> Strom liefern soll (z.B. inrush current).

Das Diagramm zeigt zwar keinen zeitlichen Verlauf, spielt aber für das
Verhalten direkt nach dem Einschalten insofern eine Rolle, dass es von
der Kurvenform abhängt, ob der Regler in bestimmten, üblen Situationen
(negative Spannung am Ausgang zum Einschaltzeitpunkt) überhaupt startet.
Das wird in dem von Eberhard verlinkten Artikel erklärt.

Beitrag #6507885 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Gerald K. (geku)


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Die Darstellung ist richtig, denn ich möchte wissen, wie sich die 
Ausgangsspannung des Bauteils in Abhängigkeit des entnommenen Stroms 
verhält.

Bis etwa 450mA ist die Spannung konstant (horizontaler Kurvenverlauf), 
dann bricht sie ein und zeigt dabei ein Foldback-Verhalten.

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/bilder/ntifb_04.gif

https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsregler#Foldback-Verhalten

von Carlo (Gast)


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