diode und opamp - mywww zhaw · 2012-03-23 · 2 7 4 6 op1 tl081c v1 12 v2 12 r1 1k r2 1k d1 1n1183...
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Diode und OpAmp
© Roland Küng, 2009
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2
Diode Review
Diodenmodelle: weiss: idealschwarz: Flussspannung VD = 0.7 V
VO, ID1 ? Vout(t) ?
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Limiter
Kennlinien für Diodenmodell VD = 0.7 V
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DC-Restorer
• Mit dieser Schaltung lässt sich der DC-Pegel bei kapazitiv gekoppelter Übertragung wieder einfach herstellen.
• Die Schaltung kann auch benutzt werden, wenn man verhindern möchte, dass die Ausgangspannung einer Wechselsignalquelle negativ wird
vc lädt sich auf 6 V auf
entladen durch Sperren von D verhindert
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DC-Restorer: Praxis
Bei Belastung mit dem Widerstand R wird C während der Sperrphase der Diodemit der Zeitkonstante RC entladen.Wahl von C hängt von R und Puls-Frequenz ab.
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6
DC-Restorer: Anwendung
Restored DC Level für korrekte Heligkeit: Nullinie = Sync Puls Level
z.B. Videosignal istnach der ÜbertragungDC frei.
Verstärken reicht nicht.Man muss DC regenieren um Schwarzwert zu kalibrieren.
Sync Puls
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7
SpannungsverdopplerPositive Spannung
D1
D2
vOUT
vIN
Aus DC Restorer:
Dioden ideal
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SpannungsverdopplerNegative Spannung
vD1 vout
Dioden ideal
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Spannungsverdoppler
IN2
OUT0.7 V Diode sperrt
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Ideale Diode
Dioden Flussspannung wird durch OpAmp ausgeregelt �ideal Diode!
Analyse Tipp: Golden Rule: iD = iR
vI > 0: vA = vI + VD
vO = vI
vI < 0: iR < 0, Diode sperrt, also ID = 0vO = 0Diff.spannung vd = vIvA = L-, OpAmp sättigt (Totzeit)
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Spitzenwert-Gleichrichter
Superdiode lädt C auf positiven Spitzenwert von vi aufC kann sich nur über RL entladen, nicht über D oder OpAmp (Golden Rule)
- Für vi < vo wird vd negativ. - D sperrt - OpAmp geht in negative Sättigung, da Gegenkopplung fehlt � Totzeit bis OpAmp wieder regelt
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Schneller Gleichrichter für negative Halbwellen
R2 = R1
Verbesserung: OpAmp nicht mehr in Sättigung � keine Totzeit, schneller
und wenn man positive Halbwellen will ? � inv. Verstärker vorschaltenoder einfach Dioden umdrehen ? � Antwort next slide
incl. wählbarer Verstärkung
Negative Halbwelle: D1 leitet, D2 sperrt.Positive Halbwelle: D1 sperrt, D2 leitet und sorgt für Gegenkopplung
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Schneller Gleichrichter für positive Halbwellen
u.U. Inverter nachschalten
Modifikation �
Dioden umdrehen
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Gleichrichter für negative Halbwellen
+
VG1
-
++3
2
6
74
OP1 TL081C
V1 12
V2 12
R1 1k
R2 1k D1 1N1183
D2 1N1183
VF2
VF3 AM1
AM2
R3
10k
TINA Demo
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Schneller Spitzenwert-Gleichrichter
Buffer A2 belastet C kaum � lange HaltezeitR versorgt D2 mit etwas Strom so, dass A1 nicht in Sättigung geht wenn vI < vO
vd
• Für positive Spitzenspannung
vI > VC:D1 leitet, D2 sperrtvoA1 = vI + 0.7
vI < VC:D1 sperrt, D2 leitetvoA1 = vI - 0.7
VC
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LED: How It Works
• The holes exist at a lower energy level than the free electrons
• Therefore when a free electron falls in a hole it looses energy
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LED: How It Works
• This energy is emitted in form of a photon, which is visible as light
• The color of the light is determined by the energy level of the photon.
• If Energy is high enough, light is visible
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Inside a Light Emitting Diode
1. Transparent Plastic Case
2. Terminal Pins
3. Diode
optional:Bündelung durch Linse im Gehäuse
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LED Materialien
Binary
compounds
Al
Ga
In
N
P
As
AlN, AlP,AlAs
GaN, GaP, GaAs
InN, InP, InAs
GaAsGaP
GaAl
GaAsP
GaAsAl
Ternary
compounds
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20
Colors,Materials
&Voltages
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optional
Betrieb einer LED:
• LED leuchtet bei Vorwärtsbetrieb der Diode• Flussspannung 1.5…4 V and 1…100 mA, je nach Farbe und Typ• iD(vD) Kennlinie exponentiell wie bei Si-Diode• Um Overload zu verhindern: Vorwiderstand nie vergessen!• Sperrspannung im Datenblatt prüfen, ev. Schutzdiode verwenden
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Typ. Datenblatt einer LED:
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23
Stromgesteuerte LED
Anwendung: Lichtsender (optischer Modulator)LED TesterLED Dimmer, LED Displays
1
sL
s1
R
vi
vv
=
=
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24
RGB Pixel LED TV
Additive Farbmischung
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25
Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation
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26
Zusammenfassung
Diode kann als Limiter, als Softlimiter, DC-RestorerDC-Clamp und Spannungsverdoppler genutzt werden
Zusammen mit einem OpAmp kann man die Ideale Diode mit Flussspannung = 0 V nachbilden.Damit können auch Spannungen < 0.7 V gleichgerichtet werden.
LED sind Dioden aus anderen Halbleitermaterialien, welche bei der Rekombination von Elektron-Loch Paaren Licht erzeugen. Die Flussspannung ist >> 0.7 V je nach Farbe.Ein Vorwiderstand für jede LED ist zwingend notwendig.
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27
Beispiele LED:
Rote LED: 1.8 V, 10 mABestimme R‘s
I = 20 mA
4.2 V
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28
LED Flasher Design:
−+−==
−
+⋅⋅=
LLL
wenn
VLVL
lnRC2TTH
THperiod
21
1TL
21
1TH RR
RLv
RRR
Lv+
=
+
=−+
Geg:L+ = -L- = 10 VVD = 2 V (rot, grün)ID = 20 mA
2 Flash / s
Wahl:C = 470n…1 uFR1 = 15kVTH = 6 V
1N4148
oder LED grün±12V
Zusatzaufgabe: Testen sie die „Superdiode“ für vin = 20 mV~ und Verstärkung 100