Unabhängig von der äußeren Beschaltung versucht der OP kontinuierlich den Spannungsunterschied zwischen invertierenden Eingang (-) und nichtinvertierenden Eingang (+) auf 0V zu halten.

Die Funktion des Komparators wird dadurch erreicht, dass man keine äußere Beschaltung hinzufügt.
Man legt lediglich zwei Eingangsspannungen an.

Die eine am invertierenden und die andere am nichtinvertierenden Eingang an.

Der Operationsverstärker vergleicht diese Spannungen und entscheidet je nach Ereignis ob er eine positive oder negative Ausgangsspannung ausgibt.

Der Wert der Ausgangsspannung steigt bis auf den Wert der positiven bzw. negativen Betriebsspannung an.

Wenn die Spannung am nichtinvertierenden Eingang größer ist als die am invertierenden Eingang gibt der Ausgang eine positive Spannung aus.

Wenn aber die Spannung am invertierenden Eingang größer ist als die des nichtinvertierenden Eingangs kann am Ausgang eine negative Spannung abgegriffen werden.

Das Video zum Operationsverstärker als Komparator

Über den Autor

Dies ist ein Gastartikel vom TeTeacher.
Ich bin gelernter Elektroniker für Geräte und Systeme, der neben seiner Ausbildung seine Fachhochschulreife erlangt hat.
Ich betreibe einen YouTube-Channel, auf dem ich regelmäßig neue Videos hoch lade.
In meinen Videos beschäftige ich mich mit diversen Themen der Elektrotechnik und versuche dort meine Kenntnisse an Schüler, Azubis, Studenten oder Technikinteressierte Leuten weiterzugeben.
Ich erkläre die einzelnen Themengebiete anhand von anschaulichen Bildern und zur besseren Einprägung gebe ich Eselsbrücken und Beispiele an.
Um mehr Videos zu sehen, besuche doch meinen Channel auf: www.youtube.com/user/TeTeacher

Bei einem Drehkondensators werden die Platten ineinander gedreht.

Bei Drehkondensatoren, wird die Oberfläche einer Kondensator ebenfalls doppelt genutzt, wie wir an der Lösung der Aufgabe sehen werden.

Aufgabe zur Berechnung der Kapazität eines Drehkondensators

Es geht also um folgende Aufgabe:

Ein Drehkondensator enthält 12 feste und 13 drehbare, jeweils parallel geschaltete, halbkreisförmige Platten. Ihr wirksamer Durchmesser ist D=6cm.

Der Abstand zwischen den Plattenoberflächen beträgt d=0,5mm.

Berechne die Kapazität der Platten, wenn die beweglichen Platten ganz eingedreht sind.

In dieser Aufgabe werden die Folien also nicht aufgewickelt, sondern liegen abwechselnd nebeneinander, so dass die inneren Platten 2 Nachbarn haben. Die äußeren Platten haben nur einen Nachbarn.

In der vorliegenden Aufgabe, kommt die Einheit m sogar noch in einer Konstanten vor. Es macht also Sinn, alle Längen in m anzugeben.

Die gegebene Fläche ist ein Halbkreis. Bei gegebenem Durchmesser lässt sich also leicht die Fläche ausrechnen.

Nun sind in der Aufgabenstellung nicht nur zwei gegenüberliegende Flächen gegeben, sondern insgesamt 25 Flächen ineinander geschachtelt.

Bei 13 Scheiben einer Polarität und 12 Scheiben der anderen Polarität erhalten wir insgesamt 24 Flächen, die zur Kapazität des Drehkondensators beitragen.

Bei gegebenem Abstand von d=0,5 mm erhalten wir so eine Kapazität des Drehkondensators von C=600pF.

Unabhängig von der äußeren Beschaltung versucht der OP kontinuierlich den Spannungsunterschied zwischen invertierenden Eingang (-) und nichtinvertierenden Eingang (+) auf 0V zu halten.

Dies wird beim nichtinvertierenden Verstärker dadurch erreicht, dass sein Ausgang so viel Spannung ausgibt, dass durch den Spannungsteiler R1 und R2 am nichtinvertierenden Eingang die gleiche Spannung anliegt wie am invertierenden Eingang.

Die Ausgangsspannung ist also zum einen von der angelegten Eingangsspannung und dem Widerstandsverhältnis R2/R1 abhängig.

Wenn das Widerstandsverhältnis z.B. 1 beträgt (also beide Widerstände gleich groß sind) fällt an Widerstand R1 und R2 gleich viel Spannung ab. Dass nun am nichtinvertierenden Eingang die gleiche Spannung anliegt wie am invertierenden Eingang, muss die Ausgangsspannung doppelt so hoch sein wie die Eingangsspannung, da die Spannung am invertierenden Eingang nur über den Widerstand R2 abfällt.

Dieses Verhalten lässt sich auf jedes Widerstandsverhältnis ableiten.

Verstärkung=1+(R2/R1) bzw. Ausgangsspannung = Eingangsspannung x (1+R2/R1)

Beim nichtinvertierenden Verstärker gehen Eingangsspannung uns Ausgangsspannung auf unterschiedliche Eingänge, was dazu führt, dass wenn man eine positive Eingangsspannung anlegt auch eine positive Ausgangsspannung ausgegeben wird. Wenn eine negative Eingangsspannung angelegt wird, wird eine negative Ausgangsspannung ausgegeben. Er invertiert also NICHT, was man auch schon im Namen „nichtinvertierender“ erkennen kann.

Da die Formel „plus eins“ erhält kann mit diesem Verstärker keine Verstärkung unter eins realisiert werden. Man kann die Eingangsspannung also nicht dämpfen.

Das Video zum Operationsverstärker als nichtinvertierender Verstärker

Über den Autor

Dies ist ein Gastartikel vom TeTeacher.
Ich bin gelernter Elektroniker für Geräte und Systeme, der neben seiner Ausbildung seine Fachhochschulreife erlangt hat.
Ich betreibe einen YouTube-Channel, auf dem ich regelmäßig neue Videos hoch lade.
In meinen Videos beschäftige ich mich mit diversen Themen der Elektrotechnik und versuche dort meine Kenntnisse an Schüler, Azubis, Studenten oder Technikinteressierte Leuten weiterzugeben.
Ich erkläre die einzelnen Themengebiete anhand von anschaulichen Bildern und zur besseren Einprägung gebe ich Eselsbrücken und Beispiele an.
Um mehr Videos zu sehen, besuche doch meinen Channel auf: www.youtube.com/user/TeTeacher

Das Video stammt von der Seite mg-spots, auf der auch weitere interessante Videos zur Elektrotechnik zu finden sind.

In dem Video wird der Aufbau eines einfachen Verstärkers mit Hilfe einer Emitterschaltung hergeleitet.

Angefangen bei der Betrachtung der verschiedenen Kennlinien,. also der Eingangskennlinie

Steuerkennlinie und Ausgangskennlinie, eines npn-Transistors werden die wichtigsten Kenndaten eines Transistors gezeigt.

Konstruktion der Widerstandsgeraden

Um das Ausgangsverhalten des Transistors zu zeigen, wird die Widerstandsgerade in die Ausgangskennlinie gelegt.

Die Konstruktion der Widerstandgeraden wird anhand der beiden Situationen

• Transistor sperrt
• Transistor leitet

erläutert.

Sperrt der Transistor fällt die gesamte Spannung zwischen Kollektor und Emitter ab, die Stromstärke IC ist dann 0.

Würde der Transistor voll durchleiten, fiele zwischen Kollektor und Emitter keine Spannung ab. Die Stromstärke würde nur durch RC begrenzt und wäre I= UB / RC .

Arbeitspunkt

Der Arbeitspunkt, der sich am Ausgang einer Transistorschaltung für andere Spannungswerte ergibt, wird anhand des Ausgangskennlinienfeldes erläutert.

Nach dieser Einführung werden die einzelnen Kennlinien in die Vierquadranten-Darstellung überführt und die Verknüpfung der einzelnen Kennlinien erläutert.

Hier wird auch sehr schön deutlich, wie sich der Arbeitspunkt zwischen den Kennlinien übertragen lässt.

Weil Halbleiter-Bauelemente temperaturempfindlich ist, ist die Leistung, die an Halbleiterbauelementen in Wärme umgewandelt wird begrenzt.

Diese maximale Gesamtverlustleistung Ptot lässt sich in die Ausgangskennlinie als Verlustleitungshyperbel eintragen und darf vom Arbeitspunkt nicht nach oben überschritten werden.

Am Ende des Videos werden die dynamischen Kennwerte erläutert. Bei dynamischen Kennwerten sind die Kennwerte abhängig vom Arbeitspunkt.

Am Ende Video wird gezeigt, wie man mit Hilfe der Vierquadranten-Darstellung eine Wechselspannungs-Ansteuerung zur Verstärkung von Wechselspannungen realisieren kann.

So hat man oft auf einer Platine im Mikrocontroller-Umfeld eine Spannung von 5 V, die über einen  USB-Port vom PC geliefert wird, benötigt aber zudem eine Spannung von 3,3 V für den Mikrocontroller.

Diese Spannung muss aber einigermaßen lastunabhängig sein. Ein einfacher Spannungsteiler fällt somit aus.

Eine einfache Lösung sind Spannungsregler.

Feste Spannungsregler beispielsweise ein 7805 oder 7803 stellen jedoch lediglich eine Ausgangsspannung fester Größe, hier also 5V bzw. 3 V zur Verfügung.

Benötigt eine abweichende Spannung, wie hier 3,3V, bietet sich ein einstellbarer Spannungsregler an.

Spannungsregler LM317

Ein typischer, einfach zu beschaltender  Spannungsregler ist der LM317 . Über einen Spannungsteiler kann die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt werden.

Im heutigen Video zeigt Dave Jones, wie er eine einfache Lösung für ein AVR-Board aufgebaut hat.

Mit Hilfe des LM317 soll eine Spannung von 3,3 V erzeugt werden. Anhand des Datenblatts zeigt Dave zunächst, wie die Bauteile zur Beschaltung des LM317 ausgelegt werden müssen.

Im weiteren untersucht Dave die Schaltung und ermittelt anhand des Datenblatts, in welchen eingangsseitigen Spannungsbereichen mit der gewünschten Spannungsbereichen zu rechnen ist.

Sehr schön sieht man, wie die Dropout-Spannungen aus dem Datenblatt mit den gemessenen Spannungen übereinstimmen. Zum Test startet Dave mit einer Eingangsspannung von 5 V und senkt diese Spannung bis auch die Ausgangsspannung zu weit absinkt.

Dave zeigt im Video zunächst den hardware-technischen Aufbau seiner Lösung. Wenn Du Dich mehr für die Dimensionierung der Schaltung und die anschließenden Tests der Schaltung interessierst, dann kannst Du bei 8:10 Min. starten, und Dir bei Interesse anschließend die ersten 8 Minuten anschauen.

Viel Spaß  mit dem Video.

Hier findest Du weitere Artikel mit Videos zum Thema Leistungselektronik.

Selten hat man die Möglichkeit, einem wirklichen Kenner der Materie bei der Arbeit zuzuschauen.

Manchmal sieht man das Ergebnis einer Elektronikentwicklung und glaubt schon fast an das geniale Talent des Entwicklers.

Ein genauerer Blick in die Arbeit eines Elektronik-Entwicklers zeigt jedoch, wie mühsam die Arbeit sein kann. Vom Entwicklertalent bleiben dann noch 10% Inspiration und 90% Transpiration.

Dave Jones vom EEV-Blog zeigt in einem 1-stündigen Video, wie er an die Auswahl eines geeigneten Chips herangeht. Äußerst lehrreich, wie ich finde …

Die Auswahl eines DC-DC Wandlers

… wenn man denn die Geduld hat eine Stunde konzentriert zuzuhören.

Wenn Du ein bißchen Englisch verstehst, dann empfehle ich, Dir etwas zu trinken und zu knabbern zu holen und Dich 1 Stunde auf dieses Video zu konzentrieren. Wenn Du durchhälst, lernst Du eine Menge…

Dave hatte behauptet, dass der Aufbau eines Schaltreglers nicht viel komplizierter ist, als der Einsatz eines analogen Spannungsreglers.

Im heutigen Gastvideo geht es um die praktische Umsetzung.  Dave zeigt, wie man eine Spannungsregelung mit Hilfe eines Schaltreglers entwickelt. Und zwar nicht mit diskreten Bauteilen, wie Du es vielleicht in der Berufsschule oder aus Büchern gelernt hast, sondern mit einer Integrierten Schaltung.

MC34063

Er verwendet das Bauteil MC34063. Das Bauteil wurde von Motorola entwickelt, wird heute aber von vielen Herstellen hergestellt. Hier das Datenblatt von ON Semiconductor.

Das hat den Vorteil, dass das Bauteil so schnell nicht aussterben wird. Ein weiterer Vorteil für Nicht-Profis, ist das leicht zu lötende DIL-Gehäuse. Man muss also nicht unbedingt SMD löten können.

Zudem ist der Controller für wenig Geld zu haben. Bei Pollin kostet der MC34063A zur Zeit  0,27 Euro.

Dies ist auch der Grund, weshalb dieser Baustein in vielen günstigen Spannungsregelungen zu finden ist. Er zeigt dies an dem Beispiel eines Nokia-Netzteils.

Wer nicht so gut Englisch kann, findet einen umfangreichen Artikel gibt es auch bei Mikrocontroller.net.

Der konkrete Aufbau eines CD CD Stepup Wandlers

Dave zeigt in dem folgenden Video, wie einfach eine Spannungsversorgung mit dem MC34063 aufzubauen ist.

Hierzu beschreibt die unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeieten, die im Datenblatt angegeben wird.

An einem konkreten Beispiel zeigt er die Konfiguration eines Step-Up Wandlers, und versucht Dir zu zeigen, wie einfach und “straight-forward” die Schaltungsentwicklung ist.

Angefangen bei den gewünschten Spezifikationen  entwickelt er Schritt für Schritt die benötigten Bauteilgrößen.

Sehr schön an seinen Ausführungen finde ich immer wieder die zusätzlichen Informationen, die er  aufgrund seiner Erfahrung in der Schaltungsentwicklung in seinen Videos einfließen lässt.

Nach der Konfiguration der Bauteile misst er die entwickelte Schaltung unter Belastung durch und untersucht die Ergebnisse der entwickelten Schaltung.

Und siehe da: Die Ergebnisse entsprechen in etwa den gewünschten Spezifikationen.

Bei höhere Belastung gibt es jedoch störende Spannungsspitzen. Wie man diese Spannungsspitzen reduzieren kann, zeigt er am Ende des Videos.

Dieses Video ist sicher nicht für Elektronik-Anfänger gedacht. Dave zeigt jedoch, dass Elektronik-Entwicklung kein Hexenwerk sein muss.

Meine Empfehlung: Öfter mal bei Dave vorbeischaun

Integrierte Spannungsregler sind sehr praktisch. Benötigt man eine konstante Spannung von 5 V setzt man beispielsweise den Baustein 7805 gerne ein.

Der Baustein 7805

Die Beschaltung eines 7805 ist hierbei denkbar einfach. Der Baustein hat drei Beinchen, eins für
die Eingangsspannung, eins für die Ausgangsspannung von +5V und ein Beinchen für die gemeinsame Masse.

Vorn und hinten noch ein Kondensator angelötet und schon ist die Spannungsversorgung von +5V realisiert. So schön, so einfach.

Leider hat dieses einfache Bauteil einen großen Nachteil. Der Spannungsunterschied, zwischen der Eingangsspannung und der gewünschten Spannung von hier 5V fällt als analoge Spannung über dem Bauteil ab. Die überschüssige Leistung wird einfach als Wärme an die Umgebung abgegeben.

Ein Beispiel

Bei einer Eingangsspannung von 7 Volt fällt über dem 7805 eine Spannung von 2 Volt ab. Wenn ausgangsseitig eine Stromstärke von I=1A zur Verfügung gestellt werden soll, dann muss

P= 2V x 1A = 2W

am 7805 “verbraten” werden.
Manch einer hat sich an einem 7805 schon die Finger verbrannt.

Schaltregler

Es gibt jedoch auch Alternativen zu den analogen Spannungsreglern, die im Prinzip einen regelbaren Widerstand darstellen, an dem die überschüssige Spannung (und damit auch Leistung) abfällt. Eine Alternative ist ein Schaltregler.

Schaltregler arbeiten anders als analoge Spannungsregler. Ein Schaltreger schaltet die Versorgungsspannung schnell ein und wieder aus. Mit Hilfe des Tastverhältnisses kann die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert eingestellt werden.

Im Gegensatz zu den analogen Spannungsreglern ist bei Schaltreglern sogar eine Ausgangsspannung möglich, die höher als die Eingangsspannung ist. Zum Prinzip der Stepup-Wandler werde ich später auch mal ein Video-Tutorial drehen.

Der Einsatz von Schaltreglern istetwas komplizierter als der Einbau eines einfachen 7805. Das der Einsatz von Schaltreglern aber kein Hexenwerk ist, möchte Dave Jones in seinem EEVBlog zeigen.

Dave zeigt ist seinem Blog regelmäßig lehrreiche Videos, die durch seine lockerer Art zu erklären, sehr kurzweilig sind.

Zwar spricht Dave als Australier Englisch. Ich denke aber, das man ihn mit etwas Schulenglisch sehr gut verstehen kann.

Dieses Video lohnt sich  – auch wenn man nicht so gut Englisch spricht !

Auch hier wird der Arbeitspunkt wie in den bereits vorgestellten Schaltungen, der Emitterschaltung und der Basisschaltung mit einem Spannungsteiler realisiert.

Die Signale werden über Kondensatoren an die Verstärkerschaltung angekoppelt. Als Hochpass lassen die nur die hochfrequenten Signale, die verstärkt werden sollen, bzw. am Ausgang ausgegeben werden sollen passieren. Die Gleichspannung zur Arbeitspunkteinstellung wird geblockt.

Ausgangsseitig wird der Arbeitspunkt über den Emitterwiderstand R_E eingestellt. Der Arbeitspunkt wird so eingestellt, dass die Hälfte der Betriebsspannung an R_E abfällt.

Das Video zur Kollektorschaltung

Im Video wird gezeigt, wie der Transistor in der entstandenen Kollektorschaltung das Eingangssignal verstärkt.

Weil die Ausgangsspannung am Emitteranschluss der Eingangsspannung folgt wird die Kollektorschaltung auch als Emitterfolger bezeichnet. Ein Emitterfolger hat eine Spannungsverstärkung von knapp unter 1, verstärkt die Eingangsspannung also nicht.

Der Emitterfolger zeichnet sich vielmehr durch eine hohe Stromverstärkung aus. Er hat einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrígen Ausgangswiderstand und wird daher als Impedanzwandler verwendet.

Dimensionierung der Bauelemente

Nach einer Vorstellung der grundsätzliche Funktionsweise der Emitterschaltung wird auf die Dimensionierung der Bauteile eingegangen.

Der Emitterwiderstand wird so dimensioniert, dass an ihm im Arbeitspunkt die Hälfte der Betriebsspannung abfällt.

Hieraus ergibt sich der Kollektorstrom Ic. Da der Kollektorstrom maßgeblich für die Verlustleistung des Transistors verantwortlich ist, muss darauf geachtet werden, dass die maximale Verlustleistung P_tot nicht überschritten wird.

Aus dem ermittelten Kollektorstrm wird über die Stromverstärkung der Basisstrom berechnet und anschließend der Basisspannungsteiler dimensioniert.

Zu guter letzt werden die Kopppelkondensatoren dimensoniert.

Simulation der Schaltung mit PSPICE

Auch in diesem Video wird den vergangenen Folgen die Gesamtschaltung mit PSPICE simuliert und analysiert.

Dieses Video wurde wie die vergangenen Videos zu den Grundlagen und Arbeitspunkteinstellung und dem Video zur Emitterschaltung von Studenten der GBS Fachschule in Leipzig erstellt.

Die Videos befassen sich mit den Grundlagen von bipolaren Transistorschaltungen.

Heute geht es also um die

Basisschaltung

Im Video wird zunächst der Aufbau und die Funktionsweise der Basisschaltung erläutert. Anschließend wird die Einstellung des Arbeitspunktes mit Hilfe eines Spannungsteilers gezeigt.

Am Ende des Videos zeigt der Student einen Vergleich zwischen der Berechnung der Spannungsverstärkung Vu und der Stromverstärkung Vi mit den realen Werten.

Die Ermittlung der realen Werte erfolgt wieder mit dem Simulationsprogtramm LTSpice.

Video zur Basisschaltung

Verstärkerschaltungen auf Transistorbasis werden nach der Verwendung des gemeinsamen Anschlusses für das Eingangssignal und das Ausgangssgnal benannt.

Die Basischaltung erkennt man also daran, dass der Basisanschluss des Transistors sowohl Bezugspunkt für das Eingangssignal als auch für das Ausgangssignal ist.

Wie man im Video-Preview erkennt, liegt aus Wechselspannungssicht (hier leiten die Kondensatoren, man kann sie sich also kurzgeschlossen vorstellen) der Basisanschluss des npn-Transistors auf Masse und ist Bezzugspunkt für das Eingangssignal und das Ausgangssignal.

Um die Berechnung leichter nachvollziehen zu können, empfehle ich, dass Du die Schaltung zunächst auf einem Blatt Papier aufzeichnest und dann das Video bei den Berechungen anhälst.

Im laufenden Video den Berechnungen zu folgen ohne das Schaltbild vor Augen zu haben, finde ich sehr mühsam.

Also am besten Papier und Bleistift zu Hand nehmen und mitgemacht

Viel Spaß mit dem Video.

Wie geht’s weiter …

Nachdem also in der vergangenen Folge die Emitterschaltung vorgestellt wurde, in dieser Folge die Basisschaltung an der Reihe war, geht es dann im nächsten Artikel um die Kollektorschaltung.