Elektronik20 Anwendung OperationsverstärkerProf. Dr. Jörg Vollrath19 Anwendungen Operationsverstärker |
Länge: 00:35:00 |
0:2:45 Rückblick Hochpass und Tiefpass 0:3:55 Komparator, Vergleicher 0:7:34 Simulation 0:9:0 Schmitt Trigger 0:11:55 LTSPICE 0:14:40 xy Darstellung 0:16:4 Rechnung 0:19:33 Hysteresespannung 0:24:0 Wozu benötigt man eine Hysterese 0:28:49 Relaxationsoszillator 0:34:30 LTSPICE Simulation 0:39:21 Rechnung 0:47:0 Frequenz der Schaltung 0:51:0 Vergleich Rechnung und Simulation 0:57:0 Bedeutung der Gleichungen und der Simulation 0:58:52 Aufbau der Schaltung |
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Version 4 SHEET 1 888 680 WIRE 144 176 112 176 WIRE 256 176 224 176 WIRE 336 176 256 176 WIRE 368 176 336 176 WIRE 256 208 256 176 WIRE 336 208 336 176 WIRE 368 224 368 176 WIRE 400 224 368 224 WIRE 480 240 464 240 WIRE 400 256 368 256 WIRE 144 304 112 304 WIRE 256 304 256 272 WIRE 256 304 224 304 WIRE 304 304 256 304 WIRE 336 304 336 272 WIRE 336 304 304 304 WIRE 368 304 368 256 WIRE 368 304 336 304 FLAG 480 240 Out FLAG 112 176 Ve FLAG 112 304 Vref FLAG 336 176 Vei FLAG 304 304 Vrefi SYMBOL res 240 160 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 100 SYMBOL res 240 288 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100 SYMBOL diode 240 208 R0 SYMATTR InstName D1 SYMBOL diode 352 272 R180 WINDOW 0 24 64 Left 2 WINDOW 3 24 0 Left 2 SYMATTR InstName D2 SYMBOL OpAmpM 432 240 M180 SYMATTR InstName X2 TEXT 80 96 Left 2 !.include opamp.sub TEXT 80 120 Left 2 !VREF VREF 0 DC 0 TEXT 80 72 Left 2 !.dc V1 -5 5 0.01 TEXT 392 168 Left 2 !;tran 60u TEXT 80 40 Left 2 !V1 Ve 0 PULSE(-5 5 5u 10u 10u 20u) AC 1 |
Version 4 SHEET 1 888 680 WIRE 96 128 64 128 WIRE 160 128 160 112 WIRE 64 144 64 128 WIRE 96 144 96 128 WIRE 128 144 96 144 WIRE 288 160 192 160 WIRE 320 160 288 160 WIRE -32 176 -64 176 WIRE 96 176 48 176 WIRE 128 176 96 176 WIRE 160 208 160 192 WIRE 96 304 96 176 WIRE 128 304 96 304 WIRE 288 304 288 160 WIRE 288 304 208 304 FLAG 64 144 0 FLAG 320 160 Va IOPIN 320 160 Out FLAG -64 176 Ve IOPIN -64 176 In FLAG 96 176 Vx FLAG 160 112 VP FLAG 160 208 VN SYMBOL res 64 160 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1k SYMBOL res 224 288 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 10k SYMBOL OpAmpX 160 160 R0 SYMATTR InstName X1 TEXT -88 96 Left 2 !.tran 0 200m 0 TEXT 128 32 Left 2 !;dc V1 15 -15 0.1 TEXT -120 368 Left 2 !V1 Ve 0 PULSE(-5 5 0 100m 100m 0 200m) TEXT 208 88 Left 2 !.global VP VN TEXT -88 32 Left 2 !VP VP 0 DC 15\nVN VN 0 DC -15 |
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Achtung: Der Anschluß der Eingangsspannung an den Operationsverstärker erfolgt am
positiven Eingang des Operationsverstärkers.
U_H = U_{eE} - U_{eA} Berechnung der Umschaltschwellen
Erster Fall: U_a = U_{amin} ; U_e < U_{eE}
Für den Umschaltpunkt muss gelten: I(U_x = 0) = \frac{U_{eE}}{R1} = - \frac{U_{amin}}{R_2} U_{eE} = - U_{amin} \frac{R_1}{R_2} Symmetrie: U_{eA} = - U_{amax} \frac{R_1}{R_2} Hysterese: U_H = U_{eE} - U_{eA} = \left( U_{amax} - U_{amin} \right) \frac{R_1}{R_2} |
Realer Operationsverstärker U_{amax}, U_{amin} LTSPICE: DC Simulation zeigt keine Hysterese Transiente Simulation LTSPICE Mausklick auf x - Achse: V(ve) Hysterese: U_H = \left( U_{amax} - U_{amin} \right) \frac{R_1}{R_2} U_H = \left( 14 V - (- 14 V) \right) \frac{1 k\Omega}{10k\Omega} = 2.8 V Oszilloskopmessung: x-y Betrieb |
Version 4 SHEET 1 888 680 WIRE 96 128 64 128 WIRE 160 128 160 80 WIRE 64 144 64 128 WIRE 96 144 96 128 WIRE 128 144 96 144 WIRE 288 160 192 160 WIRE 320 160 288 160 WIRE -32 176 -64 176 WIRE 96 176 48 176 WIRE 128 176 96 176 WIRE 160 224 160 192 WIRE 96 304 96 176 WIRE 128 304 96 304 WIRE 288 304 288 160 WIRE 288 304 208 304 FLAG 160 80 Vp FLAG 160 224 Vn FLAG 64 144 0 FLAG 320 160 Va IOPIN 320 160 Out FLAG -64 176 Ve IOPIN -64 176 In FLAG 96 176 Vx SYMBOL res 64 160 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1k SYMBOL res 224 288 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 10k SYMBOL OpAmpX 160 160 R0 SYMATTR InstName X1 TEXT -88 32 Left 2 !Vp Vp 0 15\nVn Vn 0 -15 TEXT -88 96 Left 2 !.tran 0 200m 0 TEXT 128 32 Left 2 !;dc V1 15 -15 0.1 TEXT -120 368 Left 2 !V1 Ve 0 PULSE(-5 5 0 100m 100m 0 200m) TEXT 200 112 Left 2 !.global VP VN |
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Version 4 SHEET 1 888 832 WIRE 96 128 64 128 WIRE 160 128 160 80 WIRE 64 144 64 128 WIRE 96 144 96 128 WIRE 128 144 96 144 WIRE 288 160 192 160 WIRE 320 160 288 160 WIRE -32 176 -64 176 WIRE 96 176 48 176 WIRE 128 176 96 176 WIRE 160 224 160 192 WIRE 96 304 96 176 WIRE 128 304 96 304 WIRE 288 304 288 160 WIRE 288 304 208 304 WIRE 192 432 80 432 WIRE 288 432 272 432 WIRE -32 496 -64 496 WIRE 80 496 80 432 WIRE 80 496 48 496 WIRE 160 528 160 480 WIRE 80 544 80 496 WIRE 128 544 80 544 WIRE 288 560 288 432 WIRE 288 560 192 560 WIRE 320 560 288 560 WIRE 128 576 80 576 WIRE 80 608 80 576 WIRE 160 624 160 592 FLAG 160 80 Vp FLAG 160 224 Vn FLAG 64 144 0 FLAG 320 160 Va IOPIN 320 160 Out FLAG -64 176 Ve IOPIN -64 176 In FLAG 96 176 Vx FLAG 160 480 Vp FLAG 160 624 Vn FLAG 80 608 0 FLAG 320 560 Va1 IOPIN 320 560 Out FLAG -64 496 Ve IOPIN -64 496 In SYMBOL res 64 160 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1k SYMBOL res 224 288 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 10k SYMBOL OpAmpX 160 160 R0 SYMATTR InstName X1 SYMBOL res 64 480 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 1k SYMBOL res 288 416 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value 100k SYMBOL OpAmpX 160 560 R0 SYMATTR InstName X2 TEXT -120 288 Left 2 !Vp Vp 0 15\nVn Vn 0 -15 TEXT -128 408 Left 2 !.tran 0 200m 0 TEXT -120 248 Left 2 !;dc V1 15 -15 0.1 TEXT -120 368 Left 2 !V1 Ve 0 PULSE(-5 5 0 100m 100m 0 200m) TEXT 200 112 Left 2 !.global VP VN TEXT 168 120 Left 2 ;8 TEXT 168 192 Left 2 ;4 TEXT 224 176 Left 2 ;7 TEXT 104 200 Left 2 ;5 TEXT 80 112 Left 2 ;6 TEXT 168 520 Left 2 ;8 TEXT 168 592 Left 2 ;4 TEXT 224 576 Left 2 ;1 TEXT 104 600 Left 2 ;3 TEXT 88 528 Left 2 ;2 |
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Der Operationsverstärker hat eine Common Mode Range,
die nicht bis zur Versorgungsspannung reicht. Das Eingangssignal wird abgeschnitten. Eine Hilfsspannung am positiven Eingang schiebt das Ausgangssignal in die Common Mode Range. ![]() |
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE -16 -48 -32 -48 WIRE 96 -48 64 -48 WIRE 112 -48 96 -48 WIRE 144 64 144 48 WIRE 96 80 96 -48 WIRE 112 80 96 80 WIRE 192 96 192 -48 WIRE 192 96 176 96 WIRE 208 96 192 96 WIRE 112 112 96 112 WIRE 96 144 96 112 WIRE 144 144 144 128 WIRE -80 208 -96 208 WIRE 0 208 -16 208 WIRE 112 208 80 208 WIRE 128 208 112 208 WIRE 32 272 -16 272 WIRE 160 320 160 304 WIRE 112 336 112 208 WIRE 128 336 112 336 WIRE 208 352 208 208 WIRE 208 352 192 352 WIRE 224 352 208 352 WIRE 32 368 32 352 WIRE 128 368 32 368 WIRE 160 400 160 384 WIRE 32 464 32 448 FLAG -32 -48 Ve IOPIN -32 -48 In FLAG 208 96 Va1 IOPIN 208 96 Out FLAG 96 144 0 FLAG 144 48 VDD FLAG 144 144 0 FLAG -96 208 Ve IOPIN -96 208 In FLAG 224 352 Va2 IOPIN 224 352 Out FLAG 160 304 VDD FLAG 160 400 0 FLAG -16 272 VDD FLAG 32 464 0 SYMBOL res 208 -64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 50 61 VBottom 2 SYMATTR InstName R SYMATTR Value 10k SYMBOL res 80 -64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 64 57 VBottom 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1k SYMBOL OpAmpModelUni 160 128 R0 WINDOW 0 4 -46 Bottom 2 SYMATTR InstName X1 SYMBOL res 224 192 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 50 61 VBottom 2 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 100k SYMBOL res 96 192 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 64 57 VBottom 2 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 10k SYMBOL OpAmpModelUni 176 384 R0 WINDOW 0 4 -46 Bottom 2 SYMATTR InstName X2 SYMBOL res 16 352 R0 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value 100k SYMBOL res 16 256 R0 SYMATTR InstName R5 SYMATTR Value 100k SYMBOL cap -16 192 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 10� TEXT -136 -112 Left 2 !VE VE 0 SINE(0 100m 10k) AC 1 TEXT -136 32 Left 2 !;ac dec 10 0.1 1000k TEXT -120 72 Left 2 !VDD VDD 0 DC 5 TEXT -56 120 Left 2 !.tran 0.5m |
Man kann einen Ringoszillator mit einer ungeraden Anzahl von Verstärkern bauen. |
Version 4 SHEET 1 888 680 WIRE 160 128 160 80 WIRE 304 128 304 80 WIRE 448 128 448 80 WIRE 48 144 32 144 WIRE 128 144 48 144 WIRE 272 144 224 144 WIRE 416 144 368 144 WIRE 224 160 224 144 WIRE 224 160 192 160 WIRE 368 160 368 144 WIRE 368 160 336 160 WIRE 512 160 480 160 WIRE 128 176 96 176 WIRE 272 176 240 176 WIRE 416 176 384 176 WIRE 96 208 96 176 WIRE 240 208 240 176 WIRE 384 208 384 176 WIRE 160 224 160 192 WIRE 304 224 304 192 WIRE 448 224 448 192 WIRE 32 288 32 144 WIRE 512 288 512 160 WIRE 512 288 32 288 FLAG 160 80 Vp FLAG 160 224 Vn FLAG 96 208 0 FLAG 304 80 Vp FLAG 304 224 Vn FLAG 240 208 0 FLAG 448 80 Vp FLAG 448 224 Vn FLAG 384 208 0 FLAG 48 144 V0 FLAG 224 144 V1 FLAG 368 144 V2 SYMBOL OpAmpX 160 160 R0 SYMATTR InstName X1 SYMBOL OpAmpX 304 160 R0 SYMATTR InstName X2 SYMBOL OpAmpX 448 160 R0 SYMATTR InstName X3 TEXT 24 56 Left 2 !Vp Vp 0 15\nVn Vn 0 -15 TEXT 264 312 Left 2 !.tran 0 4u 0 TEXT 32 344 Left 2 !;dc V1 15 -15 0.1 TEXT 32 312 Left 2 !.global VP VN TEXT 288 344 Left 2 !.ic v(v0)=2 |
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