Diode zum Schutz des Eingangs von Operationsverstärker.

[Alex2000]

Hallo Leute!
Habe eine rein teoretische Fage .
So:
Ich schalte eine Diode mit der Schwellspannung von 0.7 V
parallel zum Eingang von OP. Dan gebe ich ein Sinussignal
50Hz mit amplitude 2 Volt, und will den Spannungsverlauf
an der Diode mit Hilfe von Osciloskop verfolgen.

-Wieviel Volt Us (Spitzenspannung) werde ich am Bildschirm
sehen?

[tiki]

Genau ein

Sinussignal 50Hz mit amplitude 2 Volt,

wenn die Spannungsquelle "hart" ist, sonst benötigt man einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung.
Gruß, Timo

[Alex2000]

OK!
Vorwiderstand ist da ! Ich habe nur vergessen ihn zu erwähnen.

Also wieviel Volt am Bildschirm Us=?. (bitte genau)

Gruß
Alex.

[Obelix]

Dazu müsste man erst mal wissen was 2 Volt sind: Spitze-Spitze oder effektiv?

Ich würde sagen wenn 2V Spitze-Spitze dann 1,7 Volt SS am Oszi. In die eine Richtung sperrt die Diode, ist also Hochohmig. Deshalb fällt hier die gesamte Spannung der einen Halbwelle von 1 Volt ab. Und in Durchlaßrichtung wird die Diode ab 0,7V durchläßig also Niederohmig. Somit steigt die Spannung bis 0,7V und der Rest fällt über dem Vorwiderstand ab. Also 0,7V eine Halbwelle + 1 Volt andere Halbwelle eribt 1,7V Spitze-Spitze.

Gruß
Andreas

[Alex2000]

OK!
Nehmen wir an 2V Spitze-Spitze.
Aber worum 0.7V ?
Schwellspannung Uf=0.7V (Siliziumdiode) ist doch immer Effektiv Wert , oder ?
Wenn ja dann muß es heisen dass werend einer Halbwelle
wo Diode in Durchlassrichtung geschaltet ist sehen wir
am Bildschirm Spitzenspannung von 0.7*(Mall)Wurzel aus Zwei.

Während zweiter Halbwelle da hast du recht 1V S-S wo
meine Diode in Sperrrichtung getriben wird.

Und wenn du annimst dass 2V Spitze-Spitze wie komst du dann auf 1.7V Spitze-Spitze am Oszi???


PS: Jetz ist alles klar ,aber Heute , während ich den Test schrieb
kamm ich nicht mal dazu logisch zu ueberlegen ,da schreklich
unter dem Stress stand. Aber egal nachher ist man immer
schlauer.

[Obelix]

Hallo Alex,

wie kommst du bei den 0,7V auf effektiv? Die sind fix egal ob effektiv oder nicht. Der Diode ist doch egal welche Spannungsform anliegt. ab 0,7V wird sie durchläßig. Deswegen ist das auch die maximal erreichbare Spannung an der Diode. Und du wolltest Spitze-Spitze.

Und auf 1,7 Volt komme ich weil die eine Halbwelle 1 Volt zur Spitze hat und die andere durch die Diode begrenz 0,7 Volt. 1+0,7 = 1,7V.

Gruß
Andreas

[Alex2000]

Hallo!
Weisst du was Uss ist ?

Gruß

[Obelix]

Naja Spannung von Spitze zu Spitze. Also höchster und niedrigster Punkt soweit ich das noch von der Schule weiß... Ist es was anderes?

[Alex2000]

Ja klar
Aber Uss kann man nur am Osci ablesen. Dass was man
mit einem V-meter mist ist Uef. Und Uspitze=1/2*Uspitzespitze
Deswegen meine ich wenn Scwellspannung (gemessen mit
einem Voltmeter ) 0.7V ist , dann siet man am Bildschirm
nicht Ueffekt=0.7V sondern Uspitze= Ueff*Wurzel Aus Zwei.
Weist du was ich meine ?
Also Us=0.7*1.414=0.9899V .

Oder siest du das anders.

Gruß
Alex.

[Susie Q]

Naja Spannung von Spitze zu Spitze. Also höchster und niedrigster Punkt soweit ich das noch von der Schule weiß... Ist es was anderes?

Obelix schüchtern!
Nicht beschwatzen lassen, Du weiß das, nämlich:

ss = Spitze-Spitze (klar ...)
eff = effektiv = effektive Wirkung an einem R = Heizleistung
Und weil beide Sinüsse sich abwechseln und nicht zur gleichen Zeit wirksam sind, eben ss/2
Die Fläche unter der Sinuskurve:
Quadratwurzel aus 2 (denglisch: squär ruut of tuu)
Ergo: U,eff = U,ss/2/sqr2

z.B.: 2Vss Sinus = 2/2/sqr2 = 0.707Veff

Soweit, so einfach.
Ist aber eine Halbwelle komplett = 1V,Spitze = 1Vs und die andere auf 0.7V,Spitze = 0.7Vs gekappt, gilt natürlich NICHT:
0.7Vs + 1Vs = 1.7Vss = 0.6Veff,
sondern für den Effektivwert das Integral der Fläche unter der gekappten Halbwelle + eine komplette Halbwelle.
Dabei kommt ein spezieller Formfaktor ins Spiel, denn die sqr-Rechnung gilt nur für kontinuierliche Signale GANZER Sinusbögen.

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Wer's richtig kompliziert haben will:
Das Integral der begrenzten Fläche hängt von der exponentiellen Diodenkennlinie ab, dh. es ist nicht gleichgültig, wie hoch der fliessende Strom ist, um auf die effektive, gekappte und ziemlich abgerundete Fläche zu kommen. Die manuelle Rechnung mit dem differentiellen Diodenwiderstand etc. ist dann aber sehr ausufernd, denn zusätzlich mit der Frequenz spielt die Diodenkapazität auch noch eine Rolle, da ein kapazitiver Spannungsteiler ebenfalls den Formfaktor beeinflusst.

Aber es gibt ja Simuprogs, die einem das für eine bestimmte Diodenkennlinie abnehmen, die restliche Rechnerei ist dann einfach.
Nur: Mit Spice lassen sich zwar Integrale zu Fuß als Rechenanweisung eingeben, dazu müssen sie aber erst einmal bestimmt werden. Ein einfacherer Weg geht z.B. über die Leistungsberechnung, die in einem proportionalen Zusammenhang zum Effektivwert steht. Leider funktioniert das z.B. mit LTSpice nur über Trick 17.
Dazu muß man sich einen "PowerCalculator" basteln, der zur Leistungsberechnung die Integrale der Transientenanalyse nützt, ein Beispiel:



Das Programm kommt also exakt zum gleichen Ergebnis, wie die einfach durchzuführende Rechnung zu Fuß nebendran.
Interessant wird es jetzt mit den komplexen Diodenkennlinien - Simuergebnis und restlicher Taschenrechnerweg im Bild:




Das war eine relativ schnell schaltende Diode.
Zum Spass an der Freud noch etwas mit einer langsamen 1N4003-Standartdiode, wenn sie 20kHz Wechselstrom gleichrichten soll:
Grün ist der saubere Strom vom Alternativanbieter, gelb das, was die Diode daraus macht (der Vergleich mit einem Gelbstromanbieter "hinkt"):
Der Diodenstrom folgt zwar nach einer gewissen Verzögerung in der positiven Halbwelle zeitlich der Quelle, muß aber auf Grund des Diodeninnenwiderstands und der Diodenflussspannung einen Teil an den Widerstand (rot) abgeben, obwohl das ja nicht sein soll: mangelhafte Gleichrichtung.
Bei ca. 25µs geht der Quellenstrom auf Null bzw. in die andere Richtung - und die Diode läuft einfach mit, macht keine Anstalten zu sperren. Dem Widerstand wird also ein netter Betrag Energie entzogen.
Erst nach einer Denkpause - bei ca. 29µs - sperrt die Diode, und zwar blitzschnell (daher kommen dann die berüchtigten Oberwellen, die manchmal mit einem paralell geschalteten Kondensator "sanft" unterdrückt werden sollen. Leider ist das eine verringerte Effizienz, und über diese Hochpasskondensatoren gelangen die Oberwellen - z.B. in einem Netzteil mit hochfrequentem Netzschmutz deutlich höher als 20kHz - in den Verbraucher, wenn die Ladekondensatoren den nicht richtig unterdrücken können ...)

[Obelix]

Hallo,

Susi Q, vielen Dank für die (komplizierte) bestätigung.

Alex, du verwechselst da was mit deinem Voltmeter. Da gibts nämlich zwei Messbereiche: Gleichspannung und Wechselspannung. Bei Wechselspannung gilt der von dir erwähnte Effektivwert. Wenn du mit Wechselspannung an der Diode 0,7 Volt messen würdest, (wird bei normalen Messgeräten als Effektivspannung angezeigt), dann hätte die Diode eine Spitzen Spannung von 0,7 * Wurzel 2.

Aber die Schwellspannung einer Diode hat nichs mit Wechselspannung zu tun sondern ist ein fixer Wert, den mann NUR mit Gleichspannung überhaupt richtig messen kann! Und bei Gleichspannung gibts keine Effektiv-, Spitze-Spitze oder sonstige Werte. Da sind die Volt einfach Volt. Und somit sind die 0,7 Volt auch der Wert der am Oszi anzeigt wird! --> USS = 1,7 Volt.

Viele Grüße
Andreas

[UweG]

Vielleicht verstehe ich es ja nicht, aber zwischen den Eingängen eines gegengekoppelten Op-Amps sollte man doch idealerweise fast gar keine Spannung messen, auch dann nicht, wenn man eine Diode parallel schaltet.

[Alex2000]

"Alex, du verwechselst da was mit deinem Voltmeter. Da gibts nämlich zwei Messbereiche: Gleichspannung und Wechselspannung. Bei Wechselspannung gilt der von dir erwähnte Effektivwert. Wenn du mit Wechselspannung an der Diode 0,7 Volt messen würdest, (wird bei normalen Messgeräten als Effektivspannung angezeigt), dann hätte die Diode eine Spitzen Spannung von 0,7 * Wurzel 2."

-Ja

"Aber die Schwellspannung einer Diode hat nichs mit Wechselspannung zu tun sondern ist ein fixer Wert,"

-was anderes habe ich nicht behauptet.

" Da sind die Volt einfach Volt. Und somit sind die 0,7 Volt auch der Wert der am Oszi anzeigt wird!"

-nein es wird 0.7*wurzelZwei .

[Susie Q]

Vielleicht verstehe ich es ja nicht, aber zwischen den Eingängen eines gegengekoppelten Op-Amps sollte man doch idealerweise fast gar keine Spannung messen, auch dann nicht, wenn man eine Diode parallel schaltet.

Vielleicht nicht zwischen den Eingängen:

Habe eine rein teoretische Fage .
So:
Ich schalte eine Diode mit der Schwellspannung von 0.7 V
parallel zum Eingang von OP.

Vielleicht als Begrenzer - aber wer weiß das schon, bei "0.7*wurzelZwei" ...
(rein theoretisch!)

[Alex2000]

"Vielleicht als Begrenzer - "

-ja , dann aber 2st eine in Sperr/ andere in Durchlassrichtung!
Und zwar auf 0.7V jede Halbwelle.

Jetzt schalten wir ein Oszi an die Anode und Kathode.
Wir sehen doch so ne abgeschnittene Sinusoide mit Uss=bla bla