Was ist der Unterschied zwischen einer positiven und negativen Betriebsspannung bei Gleichspannung?
Ich verstehe nicht, wie man von negativer und positiver Spannung sprechen kann wenn man Gleichspannung hat.
Und zwar steht bei einem Operationsverstärker geschrieben:
"In der Differenzverstärkerstufe werden eine positive und eine negative Betriebsspannung verwendet."
Wo kommt die negative Spannung her?
6 Antworten
Schade, hatte eben eine lange ausführliche Antwort geschrieben.
Tja leider hat das doofe Rechnersystem bei GF nach abschicken klicken mal wieder einloggen verlangt und dann war alles geschriebene nicht übertragen worden. Sowas macht keinen Spaß.
Vereinfachend gesagt, versuche doch mal sinnvoller zu denken ;-)
Okay, leicht gesagt und was sollst du jetzt mit meinen Worten anfangen, gell.
Lerne in Zusammenhängen zu denken. Okay, das wird im sonstigen Leben nicht gewollt und nicht unterstützt. Im Elektronikbreich ist sowas aber lebenswichtig.
Meistens genügt eine einzige Stromversorgung. Z.B. im Auto, Radio usw.
Anfangs hatten wir auch nur eine Netzstromversorgung mit nur einer Phase in den Haushalten! Da gab es nur einen Wechselspannungszähler, bis zu 5 Sicherungen und das reichte.
Ab wann und warum kamen dann Drehstromzähler in die Häuser und warum?
Richtig, weil die zu beziehenden Leistungen über die verlegten Kabel nicht möglich wären. Folglich machte man aus einer Spannung nun drei.
Übertragen auf die Elektronik bedeutet es ähnliches.
Angenommen du willst einen 800 Watt Verstärker mit nur 24 Volt versorgen, dann kommst du an gewisse Grenzen. Die Leiterbahnen im Verstärker müssten dicker sein, wenn mehr Strom fließen muss.
Machen wir aber aus 24 Volt nun 48, dann halbiert sich der nötige Strom.
Betrachten wir noch die üblichen Grenzwerte von Transistoren, dann liegen diese in welchem Spannungsbereich?
Operationsverstärker bestehen im Inneren ja aus was genau?
Und mit welcher Art Gleichspannungsversorgung werden die meisten Operationsverstärker betrieben? Richtig, mit einer einzigen Gleichspannung.
Wollen, oder müssen wir nun größere Werte behandeln, aber trotzdem noch innerhalb üblicher Grenzwerte bleiben, dann verwenden wir nun zwei Spannungsquellen und verschalten diese so, dass wir innerhalb gültiger Grenzbereiche bleiben.
Zuerst noch was wichtiges. Der sogenannte Bezugspunkt auf den sich etwas bezieht. Hast du nur eine Spannungsquelle, hast du nur einen Bezugspunkt.
Brauchen wir aber mal 48 Volt, könnten wir die auch aus zwei 24 Volt LKW-Batterien machen. Wie musst du zwei 24 Volt Batterien beschalten um zu 48 Volt kommen zu können? Na?
Siehste, nun hast du einmal 48 Volt bezogen auf welchen Pol welcher Batterie? Und du hast zwei mal 24 Volt bezogen auf welchen Anschluss?
Von diesem Bezugspunkt aus gesehen hast du einmal 24 Volt positiv und einmal 24 Volt negativ.
Insgesamt haben wir nun zwar 48 Volt, aber aufgeteilt in jeweils 24 Volt.
Übertragen auf einen Operationsverstärker hat dieser zwar 2 Spannungsquellen bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt.
Nebenbei liegen wir intern weiterhin in den üblichen Grenzbereichen, können aber mehr verstärken weil sich nun die Spannungsanteile auf einen anderen Bezugspunkt beziehen.
Bei solcher Spannungsversorgung bei der es zwei unterschiedliche Potentiale auf den Bezug gibt, kann von positiver und negativer Spannung gesprochen werden.
Sonst sind es immer nur positive Werte auf den Bezugswert bezogen!
Wechselspannung hat auch nur einen einzigen Bezug. Deswegen gibt es nicht minus und plus, sondern immer nur eine einzige Richtung auf den Bezugspunkt bezogen!
Bei unserer Netzwechselspannung bezieht sich alles auf Erdpotential, Erde als Bezugspunkt. Folglich gibt es nur große oder kleine Momentanwerte und nichts mit plus oder minus ;-)
Merke dir alles bezieht sich auf einen einzigen Bezugspunkt.
Beispiel Multimeter. Eine Buchse davon nennt sich Com.
Ist die Abkürzung von Common. Sinngemäß gemeinsamer Punkt, Bezugspunkt. Übersetzt werden kann Common mit gemeinsam, gewöhnlich, üblich, häufig, gewöhnlich. Na, ist das Zufall, oder hat das eine eventuelle Bedeutung?
Versuche deine Betrachtungen in Sachen Elektronik auf gewisse Grundlagen und Zusammenhänge zu konzentrieren, und schon wird dir manches leichter verständlich werden.
Du versuchst dich in Elektronik ein zu arbeiten, suchst erklärende Webseiten und machst Experimente?
Klasse, Superklasse.
Als ich anfing gab es noch kein Web, keine Transistoren, noch nicht viel Elektronik. Also kaum Wissen, kaum Bücher. Musste auch experimentieren, mir etliches merken ;-)
Dann gab es mehr und mehr Elektronikbauteile, also immer neues zu lernen. So lerne ich quasi bis an mein Lebensende weiter neues.
Hilfreich ist, wenn du dir gewisse Grundlagen gemerkt hast und Schaltungen auf diese Grundlagen untersuchst. Dann verstehst du spielend vieles leichter.
Schau mal, das Beispiel mit dem Operationsverstärker 741 ist doch Klasse, denn wenn du gewisse Grundlagen verstanden hast, überrascht dich bezüglich Betriebsspannung mit nur einer Batterie oder zweien nichts mehr.
In dem gut erklärten Beispiel schreibt der Autor doch super, weil es nur eine 9 Volt Batterie gibt wird der -Eingang mittels zwei Widerständen auf die halbe Batteriespannung gebracht!
Folglich kann sich das Signal am +Eingang nur noch zwischen 9 Volt und 0 Volt bewegen und löst somit am Ausgang die entsprechende Wirkung aus.
Wenn aber plus und minus 4,5 Volt nicht reichen würden, müsste man mit 2 Batterien arbeiten. Versuche dir anzugewöhnen, bei Planungen in die Datenblätter der Bauteile zu schauen. Welche üblichen Betriebswerte gelten, welche Grenzwerte nicht überschritten werden sollen. Und wenn ein Schaltbild vom Inneren existiert, schaue genauer hin wie es an Ein- und Ausgängen bestückt ist.
Beim 741 OPV siehst du der Ausgang hat zwei Transistoren. Oben einen NPN, unten einen PNP. Den kann man gut mit zwei Batterien betreiben, der ist für sowas gemacht. Hat man nur eine Batterie, muss man für eine gedachte Masse in der Spannungsmitte sorgen, wenn man sinngemäße Wechselspannungen verstärken will.
Solcherlei Merkregeln bzw Grundlagen behält man dann sein Leben lang usw.
Noch kurz was anderes. Früher machte es ne Menge Spaß Elektronik selbst zu bauen weil es kaum solcherlei gab.
Ab ungefähr 1990 wurde selber bauen zunehmend uninteressanter, weil man vieles einfacher und billiger fertig kaufen konnte.
Sogar Minicomputer bekommt man für 40 Euro leichter zu kaufen, als selbst zu bauen. Z.B. Raspberry phi.
Aber selbst da kann man viel lernen.
Wünsche dir viel Erfolg bei deinem Forschungsdrang.
Hallo malabhau,
Wenn ich die Antworten hier lese, meine ich, es sind einige Umstandskrämer unterwegs :-))
Stell´ Dir mal folgendes bildlich vor:
1. Du kannst z.B. aus einem Labornetzgerät 2 Spannungen (U1, U2) zu je 15V entnehmen.
- von U1 und + von U2 verbindest Du miteinander. Das ist Deine Masse. Dann hast Du noch 2 Strippen übrig: + von U1 ist die positive Spannung bezogen auf Deine Masse und -U2 ist die negative Spannung bezogen auf Deine Masse.
2. Hast Du nur eine Spannung zur Verfügung, musst Du Dir die Masse mit einem Trick erzeugen. Du schaltest parallel zu Deiner Spannungsquelle eine Reihenschaltung aus 2 gleichen Widerständen. Der Punkt, an dem die Widerständen miteinander verbunden sind, ist Deine Masse. Der Pluspol Deiner Spannungsquelle ist die positive Spannungsversorgung und der Minuspol die negative Spannungsversorgung. Wichtig dabei ist, dass der Strom durch die Widerstände deutlich größer ist, als der, den der OP aufnimmt. UND: Angenommen Du hast als Versorgungsspannung eine Autobatterie mit 12V, bekommst Du mit dieser Methode "nur" eine Versorgungsspannung von +-6V.
Ich hoffe, ich konnte helfen. Gruß
Klaus
Stichwort symetrischen Spannungsversorgung. Du hast eine Masse und dazu eine positive und eine negative Gleichspannung. Stell dir das vor wie zwei in Serie geschaltete Batterien. Dort wo die Batterien verbunden sind ist die Masse, der Rest ist in bezug auf Masse plus und minus.
Bei vielen elektronischen Schaltungen brauchst Du das - sind im Endeffekt zwei getrennte Versorgungsspannungen.
Zur einfachen Vorstellbarkeit gehe ich davon aus, dass Du zwei 9V-Batterien verwendest; geht aber mit beliebigen Spannungsquellen, sofern diese voneinander unabhängig sind.
Die erste Batterie liefert die positive Versorgungsspannung, Der Pluspol gibt + 9V, der Minuspol wird zu 0 bzw. Masse.
Jetzt nimmst Du die zweite Batterie, und verbindest deren Pluspol mit der Masse - woraufhin der Minuspol -9V gegenüber Masse (und -18V gegenüber dem ersten Pluspol) hat.
Nicht immer müssen positive und negative Spannung den gleichen Betrag haben, oftmals reicht z.B. +9V, 0V und -3V.
Die Schaltung mit positiver und negativer Spannung soll aber, mit einer 9V Batterie betrieben werden.
http://www.gsc-elektronic.net/elektronik/elektronik_komplett.pdf
Sensor mit Operationsverstärker 741
Du musst einwenig nach unten scrollen um den Abschnitt zu sehen, in dem diese Schaltung mit einem Operationsverstärker erklärt wird.
Auf Seite 30 siehst Du die Schaltung mit +15V, 0V und -15V; das ist mit negativer Versorgungsspannung gemeint.
Die schaltung auf Seite 25 kommt ohne negative Versorgungsspannung aus, hier wird der entsprechende Anschluss Vcc- an GND (= 0V, = Masse) angeschlossen.
Funktioniert, solange beide Eingangssignale und auch das gewünschte Ausgangssignal deutlich (ca. 1,5 V) über 0 V liegen. Ein Ausgangssignal von 0 V kannst Du nur mit negativer Versorgungsspannung erzielen.
Bei Wechselspannung hast du ja auch eine negative und eine Positive Spannung. Sie wechselt sich nur ständig ab. Bei negativer Gleichspannung hast du eben dauerhaft negative Spannung. Bei positiver Spannung hast du einen Elektronenüberschuss in einem Ladungsträger. Es herrscht eine positive Spannung zu einem neutralen Teil, wie zum Beispiel der Erde. Wenn du jedoch einen negativ geladenen Ladungsträger hast (also Elektronenmangel) und es mit der neutralen Erde verbindest, saugt sich praktisch der Ladungsträger so weit voll, bis zwischen Erde und Ladungsträger ein Ausgleich entstanden ist. Bei der enormen Größe der Erde ist das dann Null. Ebenso übrigens wie bei positiver Spannung.
Dein Kommentar ist mal wieder, sehr ausführlich.^^
Der Grund für die Frage war eine Schaltung, in der ich meinte gelesen zu haben, dass ich eine Schaltung mit "Plus und Minus Spannung" versorgen soll. Die Versorgung sollte aus einer 9V Batterie bezogen werden.
Nun hat sich aber gezeigt, das ich den Text der mir die Schaltung erklären sollte falsch interpretiert habe. :D
http://www.gsc-elektronic.net/elektronik/elektronik_komplett.pdf
Sensor mit Operationsverstärker 741
S.25
Ab S.30 wird dann erklärt, wie es mit 2 Batterien funktioniert.
Ach ja Elektrik ist nicht einfach.^^
Zu deinen Fragen:
Operationsverstärker haben viele viele Transistoren im inneren. Es ist schon seltsam wenn man zu Hause Transistoren mit 3 Beinchen hat, kann man sich kaum vorstellen das in einem OP so viele verbaut sind.^^
Die Batterien müssen in Reihe geschaltet werden. Also Plus auf Minus