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Diode und OpAmp

© Roland Küng, 2009

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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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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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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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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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Stromgesteuerte LED

Anwendung: Lichtsender (optischer Modulator)LED TesterLED Dimmer, LED Displays

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sL

s1

R

vi

vv

=

=

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RGB Pixel LED TV

Additive Farbmischung

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Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation

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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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Beispiele LED:

Rote LED: 1.8 V, 10 mABestimme R‘s

I = 20 mA

4.2 V

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LED Flasher Design:

−+−==

−

+⋅⋅=

LLL

wenn

VLVL

lnRC2TTH

THperiod

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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