Das ist die Schaltung eines Differenzverstärkers oder Subtrahierers.Zeige, dass für die Ausgangsspannung gilt:
Was gilt, wenn R1 = R3 und R4 = R2 ist ?
Simuliere die Schaltung auch mit Spice. Verwende R1 = R3 = 1 kΩ und R4 = R2 = 50 kΩ.
U1 = 0.5 V; U2 = 0.6 V
Verwende als OP den OP07 aus der OP-Verstärker Bibliothek.
Das ist die Grundschaltung einer spannungsgesteuerten Stromquelle (Howland Current Source).
Für den Strom Iout ergibt sich für R2 = R4
Für R3 = R1 wird das zu Iout = Uin / R3 und damit unabhängig von RL.
Zeige, wie man auf diese Formel für Iout kommt.
Wähle jetzt R1 = R3 = 2 kΩ und R4 = R2 = 10 kΩ.
Berechne für diese Werte die Potentiale an den Punkten 1, 2 und 3.
Überlege, bis zu welchem Wert von RL der Ausgangsstrom unabhängig von RL ist. Entwickle dazu eine Formel für das Potential am Punkt 3.
Simuliere die Schaltung auch mit Spice:
.OP Analyse für RL = 1 kΩ
Studiere nun das Verhalten der Schaltung für RL mit Werten von 0 bis 10 kΩ. Was passiert ab jenen RL Werten > RLmax, für die die Schaltung nicht mehr funktioniert?
Für das Thema Operationsverstärker habe ich viele Anregungen aus dem Buch von Richard C. Dorf und James A. Svoboda, Electric Circuits. Sie beginnen das Thema mit einer Aufgabenstellung:
Transducer Interface Circuit:
A customer wants to automate a pressure measurement, which requires converting the output of the pressure transducer to a computer input. This conversion can be done using a standard integrated circuit called an Analog-to-Digital Converter (ADC). The ADC requires an input voltage between 0 V and 10 V, while the pressure transducer output varies between —250 mV and 250 mV. Design a circuit to interface the pressure trans- ducer With the ADC. That is, design a circuit that translates the range —250 mV to 250 mV to the range 0 V to 10 V.
Zeige wie man von der Aufgabenstellung auf die Beziehung: U2 = 20 U1 + 5 V kommt.
Am Ende des Themas schlagen die beiden folgende Schaltung als Interface-Circuit vor:
Beschäftige dich mit den 3 OP-Teilschaltungen (auch durch Recherche). Finde die Werte für die noch nicht ausgewählten Widerstände.
Simuliere die Schaltung mit LT-Spice. Wähle einen geeigneten OP aus. Zeige, dass die Schaltung den Zweck der Schaltung erfüllt.
- Berechne allgemein das Verhältnis U2/U1 und das Verhältnis U2/U0
- für Leerlauf an den Klemmen A-B und
- für ein angeschlossene Last RL
- Welche Werte ergeben sich für R1 = 1 kΩ, R2 = 1 kΩ, k = 10, R3 = 2 kΩ, RL = 1 kΩ ?
- Berechne für die Klemmen A-B eine Ersatzspannungsquelle (U0 = 1 V).
Das ist die Schaltung von Aufgabe 4, erweitert um einen Widerstand Rk (4 kΩ), der für eine Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang sorgt.
Finde eine Formel für U2/U1 und untersuche den Einfluss von k (wobei k auch negativ sein kann) und Rk auf die Verstärkung U2/U1!
Analysiere die Schaltung mit dem Knotenpunktpotentialverfahren.