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OpAmps als Vergleicher



Die einfachste Aufgabe für einen Operationsverstärker ist es, zwei Spannungen zu vergleichen und am Ausgang das Ergebnis des Vergleichs auszugeben. Diese Schaltung hier macht das.

Operationsverstaerker als Vergleicher An den beiden Eingängen des Operationsverstärkers hängen:
  1. am positiven Eingang: ein Fototransistor (oder eine Fotodiode) mit einem Widerstand gegen die positive Betriebsspannung, und
  2. am negativen Eingang: ein einstellbarer Trimmer mit 10kΩ, mit einem Widerstand nach Minus und einem nach Plus.
Der Operationsverstärker zieht nun immerzu die am Trimmer eingestellte Spannung von der am Fototransistor herrschenden ab, verstärkt diese Differenz vieltausendfach und gibt dieses Ergebnis an seinem Ausgang aus. Da er immer nur im Rahmen seiner eigenen Betriebsspannung bleiben kann, wird der Ausgang entweder in der Nähe seiner eigenen Betriebsspannung sein (High, Spannung am Fototransistor-Kollektor größer als am Trimmwiderstand) oder in der Nähe der negativen Betriebsspannung (Low, Spannung am Kollektor kleiner als am Trimmer). Bei High geht die obere LED aus und dafür die untere an. Bei Low ist es umgekehrt.

Mit dem Trimmer kann man diejenige Spannung am Fototransistor-Kollektor einstellen, bei der hell oder dunkel herauskommt. Die beiden am Trimmer angebrachten Widerstände sorgen dafür, dass die Vergleichsspannung im linearen Bereich des Operationsverstärkers bleibt: Außerhalb dieses Spannungsbereiches arbeitet der Operationsverstärker eh nicht korrekt, also muten wir ihm das nicht zu.

Eine weitere Einstellmöglichkeit der Schaltung ist der Kollektorwiderstand des Fototransistors. Soll eine große Helligkeit gemessen und verstärkt werden, dann können wir den auch kleiner machen. Soll auch funzeliges Licht noch gemessen werden, kann er auch größer sein (z. B. 1MΩ).

Was passiert nun eigentlich, wenn wir das Licht der Dunkel-LED auf den Fototransistor richten? Sein Licht schaltet den Fototransister wieder auf Hell und sich damit selbst wieder aus. Das ergibt eine nette Rückkopplung und der OpAmp, die Dunkel-LED und der Fototransistor liefern sich ein Wettrennen. Das dürfte so im MHz-Bereich liegen und die beiden LEDs sind etwa hälftig an.

©2022 by Gerhard Schmidt