Unerwartete Spannungen am OPV-Ausgang im low-Zustand

    Hallo Kai,

    jetzt habe ich, weil es mich doch sehr begeistert, mir Deine Ergebnisse doch noch schnell angesehen.

    Die Simulation bestätigt prinzipiell, dass meine gefundenen Messwerte real sind und keine Artefakte darstellen.

    Ums Nachdenken bzw. den Aufbau einer weiteren Schaltung, über die ich mir ebenfalls noch Gedanken machen werde, komme ich allerdings nicht herum.

    Vielleicht betrachtest Du es als, wie man bei uns in Bayern manchmal sagt, als "Dipferlscheißerei", aber als ehemaliger Chemiker in der chemischen und physikalischen Analytik, sehe ich mich immer veranlasst, den Dingen genau auf den Grund zu gehen, auch wenn Sie manchmal sehr trivial und nicht bedenkenswert erscheinen.

    Letztlich finde ich es schon interessant, dass, wenn an den Ausgang des OPV ein Schaltkreis mit einem Transistor angeschlossen ist und der Widerstand VR2 (zwischen dem Ausgang und dem +Eingang des OPV) in diesem Fall geringer als ca. 20KOhm wird, bereits im low-Zustand des OPV die Basis des Transistor in die Sättigungsspannung läuft und ein Verbraucher in dem Emitterkreis eingeschaltet wird.

    Ich wünsch Dir ein schönes Wochenende.

    Hallo Kai,

    vielen Dank für die erneute Simulation, die ich mir noch genauer verinnerlichen werde.:)

    Evtl. komme ich noch mit Fragen auf Dich zu.

    Leider hatte ich diese Woche ziemlich viel zu tun, sodass ich nicht wirklich zum Nachdenken kam.

    Hallo Michael,


    ja da habe ich nicht richtig aufgepasst und das "falsche" simuliert. Allerdings stellt sich das "anders herum" ähnlich dar:


    opAmp-Sim2.png


    opAmp-Sim3.png


    Ich habe aber auch noch nicht tiefer drüber nachgedacht. Geb ich zu... Der Erklärungsversuch mit so einer Simulation war halt schnell gemacht ... ;)

    Hallo KaiR, herzlichen Dank für Deine Infos und Deinen Diskussionsbeitrag.

    Ich habe mir zwischenzeitlich auch schon Gedanken zu den Abläufen im OPV, die von den Rückströmen in den OPV verursacht werden gemacht. Knisterbein hatte mir hierzu schon den Schaltplan eines typischen OPV zukommen lassen. In Deiner Schaltungssimulation liegt der Widerstand R2 an dem Spannungsteiler 10K/10K jedoch rückgekoppelt am invertierenden Eingang an. In der von mir zur Diskussion gestellten Schaltung liegt ein Schmitt-Trigger mit Mitkopplung am Spannungsteiler vor. Bei der von mir ermittelten Messkurve (ganz am Anfang des Beitrages) mit einem S-förmigen Verlauf und entsprechendem Wendepunkt habe ich den Verdacht, dass sich hier die pn-Übergänge am Ausgang des OPV im eigentlichen Negativ-Spannungsschaltkreis zeigen. Aber so ganz schlüssig bin ich mir da noch nicht. Da will ich noch weiter überlegen. Grundsätzlich wird es am OPV mit nur positiver Spannungsversorgung das Problem geben, dass es kein "sauberes" Mittelpunkts-Null (Masse) gibt, da zwischen dem Ausgang des OPV und dem Minus-Anschluss mindestens ein Widerstand und ein Transistor liegen.

    Nichts destotrotz hast Du mich nun aber auf die Idee gebracht, die von Dir simulierte Schaltung mal aufzubauen und zu vermessen.

    Bin gespannt, was ich da finden werde. Viele Grüße und noch eine schöne Zeit Michael

    Die Spannung die an VR2 abfällt muss ja durch einen Stromfluss zustande kommen, der durch den OpAmp zurück zu Masse erfolgt. Da zumindest beim 1. Versuch der Ausgang ja "offen" war und dennoch eine Spannung an VR2 abfällt muss ja ein Strom fließen. Der geht halt durch den OpAmp zurück auf Masse.


    Zumindest scheint das die Simulation zu bestätigen (UV2 < UV1):


    opAmp-Sim1.png


    Ich habe das auch mit einem LM358 simuliert. Da war die Spannung am Ausgang wesentlich geringer (58mV) aber vorhanden. Die Simulation rechnet mit

    nahezu idealen Bauteilen, darum darf man die Werte nicht 1 zu 1 auf die Wirklichkeit übertragen. Aber ich denke, das Prinzip passt.

    Nein nein, Michael


    ich würde nicht versuchen die Ströme zu messen, weil sie wirklich sehr klein sind und Messgeräte, die damit umgehen können, sprich messen können sind selten zu finden. Man kann die Ströme, und jetzt sind wir wieder bei den Spannungen, rechnen (I=U/R ..) was dann wieder beim genauen Messen des Widerstandes verharrt.

    Vielleicht hilft Dir das beigelegte Schema einer OP Schaltung (uralt) aber alles drin was den OP ausmacht. Heutige OP's sind da wesentlich komplexer aufgebaut. Nebenbei, ich vermute es war der erste OP, der in der Schweiz hergestellt wurde und mit Transistoren die auch hier produziert wurden (ich habe noch Muster davon).


    schönen Abend

    Pius

    OP.png

    Hallo Pius,

    vielen Dank einstweilen.

    Ich werde mal weiter überlegen und noch versuchen, die Ströme durch VR2 zu messen.

    Wenn bei einem offenen Ausgang, also ohne R3, R4 usw. ein Strom messbar ist, dann muss der in den Ausgang des OPV fließen, denn wo soll er sonst hin.

    Ich werde mir den Schaltplan des Innenaufbaus eines OPV auch noch genauer ansehen, ob ich Hinweise finde.

    Dir auch noch einen schönen Abend

    Michael

    Danke Michael

    für einen "optimalen" OP ist die Masse jeweils nicht das Minus der Versorgungsspannung, weil OP's meist mit einer Positiven UND einer negativen Spannung versorgt werden und dann ist der Bezugspunkt 0V und nicht die negative Versorgung. Aber meine Kenntnisse sind auch beschränkt.

    Natürlich sind die Eingangswiderstände des OP sehr hoch, trotzdem sind es die Ströme (auch wenn sehr klein) die am Differenzverstärker ihre Wirkung zeigen. Aber das ist ein Detail. Dass Deine Feststellungen nicht mit den Eingangswiderständen in Verbindung steht ist klar, andernfalls hättest Du ganz andere Ergebnisse mit einem anderen OP erhalten.

    Anbei noch ein Auszug vom Tietze -Schenk (Halbleiter Schaltungstechnik). Vielleicht hilft es Dir weiter. Andernfalls probiere ich es dann aus. Wir finden es raus.

    schönen Abend

    Pius

    Bild.png

    Hallo Pius,

    hier noch weitere Informationen:

    Die Versorgungsspannung UVCC beträgt +9V und liegt am Spannungsteiler zwischen R1 und R2 an.

    R2 liegt also an Masse an. Die Ausgangsspannung UA wurde zwischen dem Ausgang des OPV und dem Masseanschluss gemessen.

    Da die Eingänge am OPV sehr hochohmig sind, sollten hier keine nennenswerten Ströme fließen.

    Ob Ströme über VR2 in OPV am Ausgang fließen, weiss ich nicht. Vielleicht messe ich da nochmal.

    Am invertierenden Eingang (-) des OPV lagen immer 4,9V (UV2)an, also immer eine höhere Spannung als am nicht invertierenden Eingang (+) [(U(V1) lag zwischen 2,50V bei 4,7KΩ bis 4,44 V bei 1MΩ), sodass der Ausgang immer auf low gesetzt wurde.

    viele Grüße Michael

    Hallo mikemolto

    so ganz schnell wird es nicht gehen. Aber bei meinem ersten Überflug fallen mir Dinge auf:

    Am - Eingang liegt eine Spannung an, wie ist die Beschaltung, weil im Grunde genommen sind es Ströme, die in den OP fliessen.

    Dann fehlt mir der Bezug zu 0, zur Masse. Im zweiten Schema bezieht sich der Ausgangsstrom des OP über R3 und R4 gegen -4.5V (sofern die Betriebsspannung +- 4.5V beträgt.)

    aber ich schau es mir morgen nochmals an, bei Tageslicht^^


    Gruss

    Pius

    Es geht um eine einfache Schmitt-Trigger- bzw. Differenzverstärker-Schaltung mit Mitkopplung, an der ich die Spannungsverhältnisse messe und die Ergebnisse meiner Messungen nicht nachvollziehen kann, sodass ich mir von Euch Aufklärung erhoffe.

    Über einen Spannungsteiler R1/R2 (jeweils 10KΩ) liegt bei UVCC = 9V am nicht invertierenden Eingang eines OPV LM358 (Duo-OPV) ohne einen Mitkopplungswiderstand VR2 (vom OPV-Ausgang zum Spannungsteiler) die Spannung UR2 = UV1= 4,5V an (die Hälfte von UVCC).

    Ist die Spannung am invertierenden Eingang UV2 > UV1, liegt am OPV-Ausgang, wie erwartet 0V (low) an.

    Bei UV2 < UV1 liegt die um ca. 1V reduzierte Versorgungsspannung (UVCC), hier ca. 7,4 V am OPV-Ausgang (UA) an (high). Zwischen V1 und dem OPV-Ausgang liegen 2,9 V. Soweit ist alles wie erwartet


    Lichtaktivierter Differenzverstärker Bild-03.jpg             Diagramm UVR2 ohne AGK-01.jpg


    Nun habe ich zwischen V1 und dem OPV-Ausgang einen Festwiderstand mit jeweils verschiedenen Werten (von 4,7 bis 1MΩ) zur Mitkopplung verdrahtet. Der Ausgangskreis blieb offen.

    Bei UV2 > UV1 (Ausgang low) hatte ich erwartet, dass an VR2 die gleiche Spannung abfällt wie an R2 (=UV1) und an UA (= low) somit 0V anliegen. Meine Messungen zeigen jedoch ein anderes Ergebnis.

    Bei meinen Messungen ist UR2 (=UV1) > UVR2 bzw. UR2 = UVR2 + UA, wobei die UA-Werte von 0,68V (bei VR2 = 4,7KΩ) auf 0,01V (bei VR2=1MΩ) mit einem S-förmigen-Grafen abnehmen, der einen Wendepunkt bei ca. 35KΩ hat (bei gleichzeitiger entsprechender Zunahme von UVR2).

    Lichtaktivierter Differenzverstärker Bild-02.jpg                 Diagramm UVR2 mit AGK-01.jpg



    Wird ein Ausgangskreis (Widerstände in Reihe auf Masse verdrahtet => R3=1KΩ und R4=10KΩ, Basisanschluss eines Bipolar-Transistors zwischen R3 + R4, sowie LED und Vorschaltwiderstand im Transistorkreis) dazugeschaltet, wird das gleiche Verhalten der Spannungen wie ohne Ausgangskreis beobachtet, wobei UA jedoch von 0,67V (bei VR2=4,7KΩ) auf 0,13V (bei VR2=56KΩ) sinkt und bis 1MΩ konstant bei diesem Wert bleibt.


    Statt des OPV LM358 habe ich die Messungen mit einem OPV LM741 (Single-OPV) probiert und die gleichen Ergebnisse erhalten, was auf ein grundsätzliches Schaltungsverhalten hinweist.


    Für die Erklärung dieses Verhaltens wäre ich sehr dankbar.


    PS:

    Ich bin ehemaliger Chemiker, der in der Analytik bei einem Elektrokonzern gearbeitet hat und jetzt als Hobbyelektroniker in Rente ist.

    Als Messmittel stehen mir mehrere sehr gute Multimeter und ein hervorragendes 4-Kanal-Speicher-Oszi zur Verfügung.