Wie funktioniert diese Schaltung (foto)?
Es handelt sich um eine Komparator Schaltung
.
1 Antwort
Du musst nur die Grundlagen des Operationsverstärker (OP) verstehen, dann wird es sehr einfach.
Ein OP hat 2 Differenz-Eingänge "E+" und "E-" und einen Ausgang "A".
Die Versorgungsspannung (+5V und -5V) des OP ist hier zunächst nebensächlich, und spielt erst später eine wichtige Rolle.
Ein OP kann Spannungsdifferenzen zwischen E+ und E- ("E+" - "E-") unendlich verstärken. In der Realität ist es nur ca. 200.000. Das ist viel und bedeutet z.B.
eine Differenz zwischen E+ und E- von nur:
- 0,1 mV wird 200.000-fach verstärkt.
- 1 mV wird auch 200.000-fach verstärkt.
- -1 mV wird auch 200.000-fach verstärkt.
- 5 mV wird auch 200.000-fach verstärkt.
Ich rechne es mal aus, für 1mV (=0,001V) und -1mV :
A = 0,001 V * 200.000 = 200V (A ist dann +200V, das ist skurril )
A = -0,001 V * 200.000 = -200V (A ist dann -200V, ist auch skurril )
ABER, wenn die Versorgungsspannung nur +/- 5V ist, wird maximal nur +5V bzw. -5V aus dem Ausgang A herauskommen. Mehr als die Betriebsspannung (Ub) geht nicht.
Fazit 1:
Der OP wird, bei jeglicher geringer Spannungsdifferenz zwischen E+ und E- , am Ausgang A die volle Betriebsspannung (Ub) abgeben. Entweder +Ub oder -Ub.
Fazit 2:
Ist die Spannung an E+ nur geringfügig (größer) positiver als die Spannung an E- so wird der OP positive Spannung am Ausgang A abgeben. A wird +Ub sein.
HINGEGEN:
Ist die Spannung an E+ nur geringfügig (kleiner) negativer als die Spannung an E- so wird der OP negative Spannung am Ausgang A abgeben. A wird -Ub sein.
Was macht man mit einem OP?
Man baut einen Komparator (="Spannungsvergleicher"), der die Spannung von E+ und E- vergleicht. Und am Ausgang entsprechend reagiert.
An E- wird eine SOLL-Spannung angeschlossen (feste Spannung, z.B. ein Spannungsteiler aus 2 Widerständen R1 und R2, Spannungsteiler ist hoffentlich bekannt).
An E+ wird die IST-Spannung angeschlossen (Spannung aus einem Temperaturfühler , auch ein Spannungsteiler aus NTC-Widerstand und R2 ).
Am Ausgang eine LED mit Vorwiderstand Rv anschließen, denn wir wissen, dass der OP am Ausgang max. +5V bzw. -5V ausgeben kann, mehr nicht (bei Ub = +/- 5V)
Was wird passieren?
Wird es wärmer so sinkt die Spannung über dem NTC und somit steigt die IST-Spannung am E+ Eingang. Der OP verstärkt diese minimale positive Spannungsdifferenz sehr stark. Wird bekommen am Ausgang positive +5V , und die LED leuchtet.
Wird es kälter so steigt die Spannung über dem NTC und somit sinkt die IST-Spannung am E+ Eingang. Der OP verstärkt diese minimale negative Spannungsdifferenz sehr stark. Wird bekommen am Ausgang negative -5V , und die LED leuchtet NICHT.
PS (noch ein paar Tipps):
Wird eine zweite LED + Rv am Ausgang in umgekehrter Flussrichtung angeschlossen, so wird diese bei -5 V am Ausgang leuchten und bei +5V am Ausgang nicht leuchten.
Hat man einen Denkfehler (positiv und negative verkehrt herum), so tauschen wir die Anschlüsse E+ und E- , dann ist der Denkfehler korrigiert.
Eine Z-Dioden als ein Teil des Spannungsteiler, bildet eine feste Spannung die nahezu immer gleich groß ist. Diese Referenz-Spannung ist konstant und gut geeignet als SOLL-Wert für einen Eingang des OP. Ob der E+ oder E- als SOLL-Eingang dient, kann man beliebig nach Bedarf entscheiden (ob +5V oder -5V am Ausgang benötigt wird).
Die Spannungsteiler für die IST- und SOLL-Spannung der Eingänge kann man sehr einfach berechnen. Formel Spannungsteiler sind ja total einfach.
Wenn man einen der Spannungsteiler am Ausgang!!! anschließt, so wird es ein gegengekoppelter Verstärker (=Nichtinvertierender Verstärker). Coole Sache, muss man mal durchdenken und verstehen. Es gibt noch sehr viele Möglichkeiten diese Spannungsteiler irgendwie am/um den OP zu "verschalten". Ein OP ist sehr vielseitig!
Ein OP als gegengekoppelter Verstärker hat rechnerisch (wenn der OP nicht übersteuert wird) immer 0V zwischen E+ und E- , er regelt/verstärkt in die Gegenrichtung, bis er diese "0V — Differenz" wieder erreicht.
Hier eine sehr ausführliche Erklärung des OP:
https://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker
Viel Erfolg!
Danke für deine Antwort, das war sehr hilfreich. Ich habe oben noch ein Bild hinzugefügt, das ich aus dem Internet gefunden hab. Würde das für das erste Beispiel passen?
Ja, das Prinzip des Aufbau ist ok.
Jedoch die Ub ist 9V und Widerstände (2 Spannungsteiler) haben falsche Werte.
Der NTC hat doch 30 KOhm bei 20 Grad.
Vorschlag:
Für alle 3 Widerstände der beiden Spannungsteiler würde ich 30 KOhm nutzen.
Dann liegen beide Eingänge E+ und E- des OP auf 4,5V (=9V/2), bei 20 Grad.
Und ob E+ und E- vertauscht werden müsste, muss du selber mal durchdenken!
Und die Ströme durch die LEDs (ob diese passen) solltest du selber ausrechnen, alles will ich dir nicht vorkauen.
Fazit: Du hast gelernt und das Prinzip verstanden, und das ist gut!
Viel Erfolg!
Ich wollte mich noch mal bedanken für deine Hilfe, ich habe ein Mitarbeitsplus bekommen