Ich möchte eine kleine Eingangs-Wechselspannung auf einen höheren Pegel für den ADC des STM32F405 (3,3V Vdda) verstärken. Dazu hätte ich jetzt mal einen R2R Operationsverstärker mit einfacher Versorgungsspannung (3,3V) genommen, also sowas wie z.B. den TS 912. Ich habe allerdings ein Verständnisproblem. In der Literatur (z.B. hier im Wiki oder auch Art of Electronics) findet man die oben gezeigte Schaltung für einen nicht-invertierenden Verstärker mit einfacher Versorgung, im AoE ohne C3 und Brücke anstelle von R1, aber ansontsen identisch. Grundsätzlich ist mir schon klar wie die Schaltung funktioniert, aber eines will mir nicht in den Kopf: Da der negative OP-Eingang über C4 gegen Masse geschaltet ist, ruft das nicht eine Unsymmetrie im Ausgangssignal hervor? Schließlich ist doch die "virtuelle Masse" (Vref) der Schaltung bei 1/2 Vcc. Müsste nicht der Rückkopplungszweig anstelle gegen Masse gegen Vref gehen? Nehmen wir mal an ich habe am Eingang der Schaltung 0,1V Vpp Sinus, dann habe ich am (+) des OPs 6V mit diesen 0,1V überlagert. Wenn man C4 bei Wechselspannung als Brücke betrachtet, müsstze sich die Spannung am (-) des OPs errechnen aus: U(-) = (Ua / (R2+R4)) * R4 Somit wäre die Ausgangsspannung: Ua = U(-) / R4 * (R2+R4) Also für die positive/negative Eingangsspitze wenn U(-) == U(+): Uap = 6,05 / 2200 * 24200 = 66,55V Uan = 5,95 / 2200 * 24200 = 65,45V Uap - Uan = 1,1V D.h. die Verstärkung selbst stimmt (11), aber der OP könnte ja niemals diese (absolute) Spannung am Ausgang aufbringen. Wie kann diese Schaltung also funktionieren? Ich hoffe mein Verständnisproblem ist klar geworden, sicher habe ich irgendeinen Fakt nicht bedacht.
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von Markus M. schrieb: >Da der negative OP-Eingang über C4 gegen Masse geschaltet ist, ruft das >nicht eine Unsymmetrie im Ausgangssignal hervor? Schließlich ist doch >die "virtuelle Masse" (Vref) der Schaltung bei 1/2 Vcc. Müsste nicht der >Rückkopplungszweig anstelle gegen Masse gegen Vref gehen? Ist völlig egal, Wechselspannungsmäßig betrachtet ist daß alles Masse, sogar die +Betriebsspannung. Durch einen Kondensator kann kein Gleichstrom fließen, also kann die Gleichspannung wo der Kondensator hingeht den Arbeitspunkt des OP nicht beeinflussen.
Markus M. schrieb: > Wenn man C4 bei Wechselspannung als Brücke betrachtet, Nein, hier nicht so einfach. Im Ersatzschaltbild ersetzt Du den durch eine ideale Spannungsquelle mit 6V.
Markus M. schrieb: > Da der negative OP-Eingang über C4 gegen Masse geschaltet ist, ruft das > nicht eine Unsymmetrie im Ausgangssignal hervor? Schließlich ist doch > die "virtuelle Masse" (Vref) der Schaltung bei 1/2 Vcc. Müsste nicht der > Rückkopplungszweig anstelle gegen Masse gegen Vref gehen? Keine Unsymmetrie, C4 sorgt dafür, dass der DC-Pegel von Vref am +E nur um Faktor 1 verstärkt wird und deshalb ein Ruhepegel von Vref am Ausgang anliegt. Für DC wirkt R4 nicht! Und der Wechselanteil wird mit v=11 verstärkt. Am Ausgang hast du also 6VDC+1.1VAC überlagert. Passt doch!
Markus M. schrieb: > Uap = 6,05 / 2200 * 24200 = 66,55V Ich denke, es ist so, dass ja nur der Wechselspannungsanteil verstärkt wird! Also so: 6 + (0,05 /2200 * 24200) = 6 + 0,55 ....und nach C2 bleibt nur 0,55 als verstärkte Wechselspannung übrig. Die 6 V Gleichspannung wird NICHT verstärkt weil über R2 vollkommen gegengekoppelt wird. Für Gleichspannung hat C4 unendlichen Widerstand und daher findet keine Spannungsteilung durch R4 u. C4 statt.
Hans B. schrieb: > Ich denke, es ist so, dass ja nur der Wechselspannungsanteil verstärkt > wird! Richtig. > Also so: > 6 + (0,05 /2200 * 24200) = 6 + 0,55 ....und nach C2 bleibt nur 0,55 als > verstärkte Wechselspannung übrig. Was rechnest du da? Mit 0.1Vss AC am Eingang hast du 1.1Vss AC + 6V DC-Offset am Ausgang. Und wenn du statt Vss Veff oder Vs schreibst, ist es genauso richtig.
Danke Dieter und HildeK, Dieter schrieb: > Markus M. schrieb: >> Wenn man C4 bei Wechselspannung als Brücke betrachtet, > > Nein, hier nicht so einfach. Im Ersatzschaltbild ersetzt Du den durch > eine ideale Spannungsquelle mit 6V. Ah ok, das kann ich nachvollziehen. Es scheint ich hatte den Zweck von C4 nicht ganz verstanden. Er verhält sich tatsächlich nur wechselspannungsmäßig wie ein Kurzschluss, der Gleichspannungsanteil bleibt natürlich bestehen, das war mein Denkfehler. Und da stellen sich dann genau die 6V ein, so wie an C3 der ja auch als "Puffer" dient. Danke & Gruß Markus
HildeK schrieb: > Was rechnest du da? Damit wollte ich nur auf den Rechen- bzw. Denkfehler aufmerksam machen - in der Erwartung, dass dann alles klar wird. Vorgegeben war der falsche Rechenansatz: Uap = 6,05 / 2200 * 24200 = 66,55V Mit meiner Rechnung: 6 + (0,05 /2200 * 24200) = 6 + 0,55 soll aufgezeigt werden wo der Rechenfehler liegt. Das Ergebnis ist dann die resultierende Ausgangsspannung bei einem Spannungssprung um +0,05 V am Eingang.
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