kap 3 ergänzung nach gto ws14 (2)
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7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
Gate Turn Off Thyristor (GTO) Bisherige Schaltelemente (Thyristor,Triac) nur EIN
AUS nur ber:
Last/Versorgung/Lschschaltung
Nur Anschnitt der Phase mglich
(nur 1x EIN pro Halbwelle)
Lschschaltung: inverser Gateimpuls rumt kurzzeitig freie
Ladungstrger aus Thyristor heraus hochohmig, sperrt.
Nachteil: Abschalt Gatestrom = neg. Laststrom (bis kA!)
GTO:Abschalten mit ~25% des Laststromes
Dadurch "pulsen" mglich (1-2kHz)
Umax ~ 5kV Imax ~ 2kA
Einsatz: sehr hohe Leistungen ~10MW (z.B.:Schiffsantriebe)60
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Gate Turn Off Thyristor / Aufbau
Schaltsymbol:
hnlich Thyristor
Aufbau:
stark asymmetrische Dotierung (graue Zonen)
Stromverstrkung von T1
(grau) gering
Nach EIN bleibt Thyristor "gerade noch" niederohmig
AUS : Neg. Gatestrom
freie Ladungstrger aus Basis T2, Kollektor T1kurzzeitig "ausgerumt" Thyristor sperrt
@ Impuls (geladener Kondensator) @
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
Leistungs MOSFET Grenzwerte:Umax ~ 1kV Imax ~ 15A
Umax
~ 200V Imax
~ 400A
Durchlasswiderstand RDS,ON :10m (Umax~50V)
200m (Umax~500V)1000m (Umax~1000V)
Schaltfrequenz:10 kHz bis 100 kHz
Einsatzgebiete:
Niederspannung (
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Aufbauend auf Leistungs MOSFET
untere (Drain-Schicht) verndert
hhere Sperrspannung ~6kV hhere Strme ~2kA (kleinerer Durchlasswid.)
kleinere Schaltfrequenz (
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Aufbauend auf Leistungs MOSFET
untere (Drain-Schicht) verndert
hhere Sperrspannung ~6kV hhere Strme ~2kA (kleinerer Durchlasswid.)
kleinere Schaltfrequenz (
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Aufbauend auf Leistungs MOSFET
untere (Drain-Schicht) verndert
hhere Sperrspannung ~6kV hhere Strme ~2kA (kleinerer Durchlasswid.)
kleinere Schaltfrequenz (
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
Leistungselektronische Anwendungen Unterscheidung: Elektronik zur Signalverarbeitung:
Ziel: Aufbereitung und bertragung von Signalen (Informationen)
Analog sowie DigitalAnwendung:Analogtechnik: Messelektronik...; Digitaltechnik: Computer,Telefon, ...
Leistungselektronik:
Ziel: Energie umwandeln, bertragen
Leistungselektronik - Anwendungen:10-3 W (mW) ... 10+6 W (MW)
lineare Systeme ... hhere Leistung getaktete Systeme Funktionsprinzip:hochfrequentes EIN/AUS-schalten + Energiespeicher
kontinuierliches Ausgangssignal
Beispiele: Gleichstrom (DC)-Wandler (BUCK - BOOST)105
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Ausgang:IA = Mittelwert von IL ; C filtert UA
Leitphase:Eingangsstrom IE = IL dIE/dt=(UE-UA)/L (UE>UA)Energie : LI2/2
Sperrphase:Strom IL kommutiert in Diode UL = -UAdIL/dt=(-UA)/L Induktivitt treibt Strom zum Ausgang
Tiefsetzsteller (BUCK-Konverter) Abwrtswandler (UA
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Tiefsetzsteller (BUCK-Konverter) Parameter:Schaltfrequenz konstant
Tastverhltnis (Ein-/Ausschaltdauer)
"Nicht-lckender Betrieb":Strom IL immer > 0
Tastverhltnis : gro
Ausgangsstrom : groAusgangsspannung : gro (UA=UE Mittelwert!)
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
"Lckender Betrieb":Strom ILphasenweise = 0Kondensator treibt IAAusgangsstrom : klein
Regelung:Tastverhltnis bestimmt UA und IA
Animationen: IPES(http://www.ipes.ethz.ch/ipes/d_index.html)
Tiefsetzsteller (BUCK-Konverter) Parameter:Schaltfrequenz konstant
Tastverhltnis (Ein-/Ausschaltdauer)
"Nicht-lckender Betrieb":Strom IL immer > 0
Tastverhltnis : gro
Ausgangsstrom : groAusgangsspannung : gro (UA=UE Mittelwert!)
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
1..0===Schalt
LeitSchaltLeit f
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Tiefsetzsteller (BUCK-Konverter) Formeln:S = 1: IE=IL=I0+1/L (UE-UA)dt
S = 0: UA=-UL=-L*dIL/dt
TastverhltnisAusgangsspannung: UA = UE (Mittelwert, nicht-lckend)
Leistungsbilanz:
UE IE= PE = UA IA = PA(Mittelwerte; Verluste in Bauteilen vernachlssigt)
Strme: IE = IA(Mittelwerte, nicht-lckend)
Energiebertragung:
berwiegend whrend LeitphaseInduktivitt daher nicht als Speicher (Drossel+Luftspalt)> z.B.: 'normaler' hf Transformator
geeignet fr grere Leistungen (>200W)
"Durchflusswandler"
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente A
Leitphase: @Eingangsstrom IE = IL dIL/dt=UE/L Eingangsstrom fliet nur in linker Masche
Energie : LI2/2 Sperrphase: @
Strom IL kommutiert in Ausgangskreis UA = UE + (-UL)Strom sinkt (dIL/dtUE) Funktionsprinzip:
2 Phasen (Leit- / Sperrphase)Schalter geschlossen LeitphaseEnergie in Speicher
Schalter offen Sperrphase
Energie aus Speicher zum Ausgang
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
Lckender BetriebNicht-lckender Betrieb
Animation: IPES(http://www.ipes.ethz.ch/ipes/d_index.html)
Hochsetzsteller (BOOST-Konverter) Formeln:Spannung
Strom
Tastverhltnis
Energiebertragung:
nur in Sperrphase Induktivitt = Speicher (Drossel)
Sperrwandler ; Leistung
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
Ausgang:IR= Mittelwert von IL ; C filtert UA
Leitphase:Eingangsstrom IE=IL UE=UL= LdIL/dt Energie : LI2/2
Sperrphase:Strom IL kommutiert in Ausgangsmasche UL = -UA (Vorzeichen springt)dIL/dt=(-UA)/L Induktivitt treibt Strom zum Ausgang
Tief-hochsetzsteller (BUCK-BOOST Konv.) Spannungsinvertierer (UA UE) Funktionsprinzip:
2 Phasen (Leit- / Sperrphase)Schalter geschossen LeitphaseEnergie in Induktivitt (Speicher)
Schalter offen Sperrphase
Energie aus Speicher zum Ausgang
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Bauelemente../Leistungselektronische Bauelemente
Animation: IPES(http://www.ipes.ethz.ch/ipes/d_index.html)
Tief-hochsetzsteller (BUCK-BOOST Konv.) Formeln:Spannung
Strom
Tastverhltnis:
Spannungsoffset an L:
Stromanstieg (!Sttigung Magnetkreis!)
Energiebertragung:
nur in Sperrphase Induktivitt = Speicher (Drossel) Sperrwandler ; Leistung
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Bauelemente../Operationsverstrker A
Operationsverstrker (OPV) Integrierte Schaltungen mit hoher Verstrkung (UA >> UE; V~105)Informationsbertragung, Signalverarbeitung (NICHT Energiewandlung)
Weit verbreitet in Analogtechnik
Signalaufbereitung
Filtern von Strungen
Verstrkung von Audio- /Videosignalen
Leistung : max. einige Watt Ziel:
Genau definierte Eigenschaften
Unabhngig von Arbeitspunkt, Temperatur, .
Transistorverstrker @
Erfllt Anforderungen meist nicht
(iB, iC, Temperatur, Frequenz, )
Abhilfe:
OPV mit hoher Geradeausverstrkung + Rckkopplung114
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Bauelemente../Operationsverstrker
Operationsverstrker (OPV) Rckkopplung definiert Gesamteigenschaften
Vorwrts- , Rckwrtszweig:
OPV (v0), bertragungsfaktor
Differenzbildung: (Differenzverstrker)
Ausgangsspannung:
Gesamtverstrkung: (v0 sehr gro)
Schwankungen von v0 haben kaum Einfluss
AE uu
( )AEA uuu = v0
1
v1v
0
0 +
=E
A
uu
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Bauelemente../Operationsverstrker
Operationsverstrker (OPV) Aufbau / Funktion Bipolare Spannungsversorgung (15V)
2 Eingnge: E+ , E-
Ausgang (~ 13V) Entscheidend fr Funktion:
Differenzspannung: uD= uE+- uE-Geradeausverstrkung: v0 >> (10
5)
uA= v0 uDEingangswiderstand: >> (1012 )
iE+, iE- ~0
Rckkopplung (positiv / negativ)
(Mit- / Gegenkopplung)
Weitere Betrachtungsweise: idealer OPV Differenzverstrkung: v0 =
Gleichtaktverstrkung: vCM = (d)uA/(d)uCM = 0 (uD=0; uE1=uE2=uCM )
Eingangswiderstand: rE =
Ausgangswiderstand: rA = 0116
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Operationsverstrker (OPV) Verstrkerschaltungen(negative Rckkopplung; Gegenkopplung)
Kennzeichen:Ausgang E-Eingangsspannung: uE = uE+Differenzspannung: uD 0
Ausgangsspannung: uA = uE/ Komparatorschaltungen
(positive Rckkopplung; Mitkopplung)
Kennzeichen:Ausgang E+ (wegen v0 auch ohne Rckkopplung)
Eingangsspannung: uE = uE- (bei Rckkopplung)Differenzspannung: uD 0 !!
Ausgangsspannung: uA = uA,max
Bauelemente../Operationsverstrker
117
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Negative Rckkopplung Elektrometerverstrker Kennzeichen:
sign(uE) = sign(uA): nicht invertierend Eingangswiderstand: rE >>; iE 0
Ausgangsspannung: uA uE
Formeln: rechte Masche:
Bauelemente../Operationsverstrker/Gegenkopplung A
118
AuRiRi =+ 21
22 Riuuu ERD ==+
=
+==
1
2
21
R
RR
u
uv
E
A
u
linke Masche: (uD=0 virtuelle Verbindung + - )
Verstrkung:
-
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Negative Rckkopplung Summierverstrker 1 Kennzeichen:
sign(uE) sign(uA): invertierend Eingangswiderstand: rE = RE Ausgangsspannung: uA = - uE/
Formeln: Knotenregel:
Bauelemente../Operationsverstrker/Gegenkopplung A
119
RAE ii =
EEEDEE RiuuRi == = )0(
===
1
E
A
E
A
u R
R
u
uv
Maschenregel: (uD=0 virtuelle Masse)
Verstrkung:
IPES
ARADA Riuu += = )0(
-
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Negative Rckkopplung Summierverstrker 2 Kennzeichen:
sign(uE) sign(uA): invertierend summiert Eingangsspg.: uEi Verstrkung ber RA einstellbar
Formeln: Knotenregel:
Bauelemente../Operationsverstrker/Gegenkopplung A
120
RAEEE iiii =++ 321
iEDiEiE uuRi ,)0(,, = =
=
++==
1
3
3
2
2
1
1
E
E
E
E
E
EA
E
Au
R
u
R
u
R
uR
u
uv
Maschenregel:
Verstrkung:
ARADA Riuu += = )0(
-
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Negative Rckkopplung Summierverstrker 3: Integrator Kennzeichen:
sign(uE) sign(uA): invertierend Integration des Stromes
Widerstand verhindertDavonintegrieren
Formeln: Knotenregel:
Bauelemente../Operationsverstrker/Gegenkopplung A
121
CE ii =
EDEE uuRi = = )0(
==
11
)( 0 dtuCR
uuu EE
CEA
Maschenregel:
Verstrkung: (uC0 = 0)
dtiC
uuu CCDA ++= = 10)0(
-
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Negative Rckkopplung Summierverstrker 4: Differentiator (Hochpa) Kennzeichen:
invertierend
Differentiation von uE Widerstand verhindert
Sttigung - Bandbegrenzung
Formeln: Knotenregel:
Bauelemente../Operationsverstrker/Gegenkopplung A
122
RAE ii =
=+= dtiCuu EED
1)0(
==
1)( A
EEA RC
dt
duuu
Maschenregel:
Verstrkung:
RAADAEE iRuuiC
dtdu +== = )0(
-
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Negative Rckkopplung Summierverstrker 5: Exponential / Logarithmier Schaltung Kennzeichen:
bentzt Diodenkennlinie
am Eingang - Exponential
am Ausgang - Logarithmus
Formeln: Diodengleichung:
Bauelemente../Operationsverstrker/Gegenkopplung A
123
= 1T
EU
u
SAA eiRu
==
E
EA
Uu
SEDR
uueiii T
A
ln1
Exponential:
Logarithmisch:
Vorsicht: UT = temperaturabhngig
= 1T
EU
u
SE eii
-
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Positive Rckkopplung Komparator Grundschaltung Kennzeichen:
uD 0
(Maschenregel NICHT anwendbar) Vergleich von Spannungen
(schaltender Regler)Ausgangsspannung: uA = uA,max
bei v0
=nur 2 Spannungspegel mglichIn Grundschaltung : ohne Rckkopplung
Funktion:
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
124
Referenzspannung uRef
definiert Schaltschwelle
V0 ~ 105 uA=v0 uE
uE = 0,1mV uA=10V
Inversion durch Vertauschen von E+ / E-
Nachteil: keine Hysterese:Strungen von uE nahe uRef verstrkt
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Positive Rckkopplung Komparator mit Hysterese (Schmitt-Trigger) Kennzeichen: REbestimmt Eingangswid.
uD 0 ! NICHT invertierend !
wird durch Rckkopplung verstrkt Strungen von uE
durch Hysterese eliminiert
bertragungsverhalten durch:
uSat+ und uSat- (fix) bzw. uaus und uein (RE,RA) festgelegt Funktion / Berechnung:
OPV-Typ bestimmt uSat+ und uSat-typisch: V+,V- 15V; uA= 13V
Maschengleichung:
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
125
Umschaltpunkte: uE+ =0 : (uD wird kurzzeitig = 0)
IPES
( ) EEAAE iRRuu +=
A
ESatEEausEAESatA
R
RuRiuuRiuu ++ =====:nAusschalte
A
ESatEEeinEAESatA
RRuRiuuRiuu =====:nEinschalte
-
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Positive Rckkopplung Komparator mit Hysterese (Schmitt-Trigger) Kennzeichen: REbestimmt Eingangswid.
uD 0 ! NICHT invertierend !
wird durch Rckkopplung verstrkt Strungen von uE
durch Hysterese eliminiert
bertragungsverhalten durch:
uSat+ und uSat- (fix) bzw. uaus und uein (RE,RA) festgelegt Funktion / Berechnung:
OPV-Typ bestimmt uSat+ und uSat-typisch: V+,V- 15V; uA= 13V
Maschengleichung:
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
126
Umschaltpunkte: uE+ =0 : (uD wird kurzzeitig = 0)
IPES
( ) EEAAE iRRuu +=
A
ESatEEausEAESatA
R
RuRiuuRiuu ++ =====:nAusschalte
A
ESatEEeinEAESatA
RRuRiuuRiuu =====:nEinschalte
B l /O i k /Mi k l A
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Positive Rckkopplung Komparator mit Hysterese (Schmitt-Trigger) Kennzeichen: REbestimmt Eingangswid.
uD 0 ! NICHT invertierend !
wird durch Rckkopplung verstrkt Strungen von uE
durch Hysterese eliminiert
bertragungsverhalten durch:
uSat+ und uSat- (fix) bzw. uaus und uein (RE,RA) festgelegt Funktion / Berechnung:
OPV-Typ bestimmt uSat+ und uSat-typisch: V+,V- 15V; uA= 13V
Maschengleichung:
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
127
Umschaltpunkte: uE+ =0 : (uD wird kurzzeitig = 0)
IPES
( ) EEAAE iRRuu +=
A
ESatEEausEAESatA
R
RuRiuuRiuu ++ =====:nAusschalte
A
ESatEEeinEAESatA
RRuRiuuRiuu =====:nEinschalte
B l t /O ti t k /Mitk l A
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Positive Rckkopplung Komparator mit Hysterese (Schmitt-Trigger) Kennzeichen:
uD 0 ! INVERTIEREND !
wird durch Rckkopplung verstrkt Eingangswiderstand
bertragungsverhalten durch:uSat+ und uSat- (konst. mit OPV-Typ)
bzw. uaus und uein (R1,R2) festgelegt Funktion / Berechnung:
uSat+ und uSat- typisch: |V+,V-| -2V; uA= 13V
Gleichungen:
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
128
Umschaltpunkte: uE = uE1 :21 RR
u
i
Sat
+=
+
21bzw. RR
u
i
Sat
+=
21
22bissteigend:nAusschalte
RR
RuRiuu SatausE
+== +
21
2bisfallend:nEinschalteRR
Ruuu SateinE+=
Bauelemente /Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Positive Rckkopplung astabiler Multivibrator Kennzeichen:
Zeitabhngige Rckkopplung
Erzeugung periodischer Signalfolgen zustzliche Rckkopplung
Funktion :
Invertierender Komparator &zeitverzgerte Rckkopplung auf (-) @
uA = uSat+ uE- steigt mit (RC) an @
uE- uaus Komparator springt um
uA = uSat- uE- sinkt mit (RC) ab @ uE- uein Komparator springt um
Frequenz einstellbar ber:
RC = R1. R2
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
129
Bauelemente /Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Positive Rckkopplung monostabiler Multivibrator (Univibrator) Kennzeichen:
Zeitabhngige positive Rckkopplung
Entprellen von Schaltern/Tastern Funktion : (|uSat+|=|uSat-|=uSat)
Ausgangszustand iC= 0 uE+= uRef , uC= uSat-uRefEingang uE-= 0 uA= uSat @
uE- uRef uA springt um (uA=-2uSat)uE+= uRef -2 uSat + uRefKondensator wird entladen umgeladen
Kondensator uC= -uSat @
uA springt um (uA=+2uSat) Kondensator wird umgeladen uC= uSat-uRef Ausgangszustand erreicht @
"Ausblendezeit" einstellbar ber:
RC = bzw. uRef
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Bauelemente /Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Positive Rckkopplung monostabiler Multivibrator (Univibrator) Kennzeichen:
Zeitabhngige positive Rckkopplung
Entprellen von Schaltern/Tastern Funktion : (|uSat+|=|uSat-|=uSat)
Ausgangszustand iC= 0 uE+= uRef , uC= uSat-uRefEingang uE-= 0 uA= uSat @
uE- uRef uA springt um (uA=-2uSat)uE+= uRef -2 uSat + uRefKondensator wird entladen umgeladen
Kondensator uC= -uSat @
uA springt um (uA=+2uSat) Kondensator wird umgeladen uC= uSat-uRef Ausgangszustand erreicht @
"Ausblendezeit" einstellbar ber:
RC = bzw. uRef
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
131
Bauelemente /Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Positive Rckkopplung monostabiler Multivibrator (Univibrator) Kennzeichen:
Zeitabhngige positive Rckkopplung
Entprellen von Schaltern/Tastern Funktion : (|uSat+|=|uSat-|=uSat)
Ausgangszustand iC= 0 uE+= uRef , uC= uSat-uRefEingang uE-= 0 uA= uSat @
uE- uRef uA springt um (uA=-2uSat)uE+= uRef -2 uSat + uRefKondensator wird entladen umgeladen
Kondensator uC= -uSat @
uA springt um (uA=+2uSat) Kondensator wird umgeladen uC= uSat-uRef Ausgangszustand erreicht @
"Ausblendezeit" einstellbar ber:
RC = bzw. uRef
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Positive Rckkopplung monostabiler Multivibrator (Univibrator) Kennzeichen:
Zeitabhngige positive Rckkopplung
Entprellen von Schaltern/Tastern Funktion : (|uSat+|=|uSat-|=uSat)
Ausgangszustand iC= 0 uE+= uRef , uC= uSat-uRefEingang uE-= 0 uA= uSat @
uE- uRef uA springt um (uA=-2uSat)uE+= uRef -2 uSat + uRefKondensator wird entladen umgeladen
Kondensator uC= -uSat @
uA springt um (uA=+2uSat) Kondensator wird umgeladen uC= uSat-uRef Ausgangszustand erreicht @
"Ausblendezeit" einstellbar ber:
RC = bzw. uRef
Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
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Bauelemente../Operationsverstrker/Mitkopplung A
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7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Positive Rckkopplung monostabiler Multivibrator (Univibrator) Kennzeichen:
Zeitabhngige positive Rckkopplung
Entprellen von Schaltern/Tastern Funktion : (|uSat+|=|uSat-|=uSat)
Ausgangszustand iC= 0 uE+= uRef , uC= uSat-uRefEingang uE-= 0 uA= uSat @
uE- uRef uA springt um (uA=-2uSat)uE+= uRef -2 uSat + uRefKondensator wird entladen umgeladen
Kondensator uC= -uSat @
uA springt um (uA=+2uSat) Kondensator wird umgeladen uC= uSat-uRef Ausgangszustand erreicht @
"Ausblendezeit" einstellbar ber:
RC = bzw. uRef
p pp g
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Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
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Regler: PI Anwendung / Eigenschaften
Eingang = Regelabweichung(sollist)
P-Anteil:
+ unverzgert- bleibende Abweichung
I-Anteil:+ keine Stationrabweichung
- Schwingung mglich
Funktion:
p g g
135
Summierverstrker (inverterend):P-Anteil (RA, RE):
Kondensator in Rckkopplung:I-Anteil (RE, C):
= dtu
CRu
R
Ru E
E
E
E
AA
1
E
E
AA u
R
Ru =
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
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7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Regler: PI Anwendung / Eigenschaften
Eingang = Regelabweichung(sollist)
P-Anteil:
+ unverzgert- bleibende Abweichung
I-Anteil:+ keine Stationrabweichung
- Schwingung mglich
Funktion:
136
Summierverstrker (inverterend):P-Anteil (RA, RE):
Kondensator in Rckkopplung:I-Anteil (RE, C):
= dtu
CRu
R
Ru E
E
E
E
AA
1
E
E
AA u
R
Ru =
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
39/48
Regler: PI Anwendung / Eigenschaften
Eingang = Regelabweichung(sollist)
P-Anteil:
+ unverzgert- bleibende Abweichung
I-Anteil:+ keine Stationrabweichung
- Schwingung mglich
Funktion:
137
Summierverstrker (inverterend):P-Anteil (RA, RE):
Kondensator in Rckkopplung:I-Anteil (RE, C):
= dtu
CRu
R
Ru E
E
E
E
AA
1
E
E
AA u
R
Ru =
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Regler: PID Anwendung / Eigenschaften Bei manchen Regelstrecken
D-Anteil:
+ Zustzliche Stellgre(direkter Durchgriff)
- Messrauschen
- Stellgrenbegrenzung bei Sprung
Funktion:
138
mathematisch exakte Differentiationpraktisch nicht realisierbar:
R1begrenzt Dynamik (du
E
/dt)
R2 stabilisiert Integration (uEdt)
dt
duCRdtu
CRu
C
C
R
Ru EEAE
AE
E
A
E
E
AA +
+
+=
1
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
41/48
Differenzverstrker Anwendung / Eigenschaften strempfindliche Signale
Gleichtaktstrungen
Reine Differenzbildung Eingangswiderstand !
Formeln:
139
Maschenregel mit uD=0:
+=
+
+
EGE
EGER
RR
Ruu
EG
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
42/48
Differenzverstrker Anwendung / Eigenschaften strempfindliche Signale
Gleichtaktstrungen
Reine Differenzbildung Eingangswiderstand !
Formeln:
140
Maschenregel mit uD=0:
+=
+
+
EGE
EGER
RR
Ruu
EG
( )+
+
+==
EEGE
EGEE
E
REERRR
Ruu
Ruui
EG
11 =+ EREE uuRi EG
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
43/48
Differenzverstrker Anwendung / Eigenschaften strempfindliche Signale
Gleichtaktstrungen
Reine Differenzbildung Eingangswiderstand !
Formeln:
141
Maschenregel mit uD=0:
Verstrkung (mit iRA=-iE-):
+=
+
+
EGE
EGER
RR
Ruu
EG
( )+
+
+==
EEGE
EGEE
E
REERRR
Ruu
Ruui
EG
11 =+ EREE uuRi EG
+
+
++= E
AE
EGE
EGERA
RRu
RRRuuu EGARARA Riuu EG =
Bauelemente../Operationsverstrker/ Mess-Regel-Schaltungen A
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
44/48
Differenzverstrker Anwendung / Eigenschaften strempfindliche Signale
Gleichtaktstrungen
Reine Differenzbildung Eingangswiderstand !
Formeln:
142
Maschenregel mit uD=0:
Verstrkung (mit iRA=-iE-):
+=
+
+
EGE
EGER
RR
Ruu
EG
( )+
+
+==
EEGE
EGEE
E
REERRR
Ruu
Ruui
EG
11 =+ EREE uuRi EG
+
+
++= E
AE
EGE
EGERA
RRu
RRRuuu EGARARA Riuu EG =
( )( )
+
+=
+
+
E
AE
EEGE
AEEGEA
R
Ru
RRR
RRRuu
Mit RE-=RE+=R1 sowie RA=REG=R2 : ( ) 12
R
R
uuu EEA = +
Bauelemente../Analogtechnik/Schaltungen
-
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Filter Frequenzabhngige Schaltungen:
Bearbeitung von Information (nicht Energie, Leistung)
Kommunikation (Audio, Video, Telefon,)
Metechnik (Signalverarbeitung) Frequenzanteile gezielt abschwchen bzw. verstrken
Signalrauschen (hohe Frequenzen)
Offset (Gleichanteil)
143
Einfachste Ausfhrung: passive Filterschaltungen(keine OPV, Transistoren etc.)
Hochpass: hohe Frequenzen unvernderttiefe Frequenzen abgeschwcht (nicht eliminiert)
Tiefpass: tiefe Frequenzen unverndert
hohe Frequenzen abgeschwcht
Bandpass: Frequenzbereich (Frequenzband:minmax ) unverndert
ausserhalb (minbzw. max ) abgeschwcht
Bauelemente../Analogtechnik/Schaltungen
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Hochpass Einfachste Realisierung:
C R:
Eingang: uE = uC + uR Ausgang: uA = uR
nur Abschwchung (uE uA) Funktion / Formeln:
144
nur Information bertragen (Spannung)
Ausgang unbelastetiA=0
Spannungen:
bertragungsfunktion:
Grenzfrequenz:
RC ii =
Riuu RAR == CjiuCC
1=
CjRE Riu
1+=
)0(90
)(0
1arctan
=+
=
Sperr
Durchlassuu AECR
Cj
R
1bei =
2
1=
GE
A
u
u
CR
G
=1
CR
fG
=
2
1
( ) 11 +=+= CRjCRj
R
R
u
u
CjE
A
Bauelemente../Analogtechnik/Schaltungen
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Tiefpass Einfachste Realisierung:
R C:
Eingang: uE = uR+ uC Ausgang: uA = uC
Gegenstck zu Hochpass Funktion / Formeln:
145
Ausgang unbelastetiA=0
bertragungsfunktion:
Grenzfrequenz:
CR ii =
CjCE Riu
1+=
( ))(90
)0(0arctan
==
Sperr
Durchlassuu AECR
( ) CRjRuu
Cj
Cj
E
A
+=
+=
1
11
1
Cj
R
1=
2
1=
GE
A
u
u
CR
G
=1
CR
fG
=
2
1
Cj
iuu CCA
1==
Bauelemente../Analogtechnik/Schaltungen
-
7/25/2019 Kap 3 Ergnzung Nach GTO WS14 (2)
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Alternativ: LR Filter Hochpass:
Tiefpass:
Anwendung zumeist RC: (Kondensator: billiger, sttigt nicht, ..)146
( )LjRiu LE +=
Sperr
Durchlassuu AEL
R +=
900
arctan
LjR
Lj
u
u
E
A
+=
L
RG =
L
RfG
=
2
Ljiuu LLA ==
Riu RA =
( )LjRiu RE +=
LjR
R
u
u
E
A
+
=
Sperr
Durchlassuu AER
L =
900
arctan