Mechatronik 1

2 Analogelektronik (S. 55-56)

In der Schaltungstechnik unterscheidet man zwischen analoger und digitaler Signalerzeugung oder Signalverarbeitung. Analoge Signale sind zeitlich sich stetig ändernde Spannungen, Ströme oder Frequenzen. Digitale Signale hingegen sind zeitquantisiert mit konstanter Amplitude. Da Umwelt und Technik im weitesten Sinn durch analoge Signale beschreibbar sind (ausnahmen sind quantenphysikalische Signale), sind immer analoge Bausteine (Sensoren, Spannungsquellen, Stromquellen, Oszillatoren, Spannungsteiler, Brücken, Messverstärker, Operationsverstärker, Filter, A/D-Wandler usw.) zur Signalaufnahme und -verarbeitung notwendig. Erst danach werden die analogen Signale mit Hilfe von A/D-Wandlern in digitale Signale umgeformt und den Prozessoren zur Auswertung zugeführt. Nichtlinearitäten und Exemplarstreuungen der analogen Stufen können dann digital abgespeichert und rechnerisch korrigiert werden, was zu einer höheren Systemgenauigkeit führt. So viel zur Notwendigkeit der Analogelektronik.

2.1 Spannungsteiler

Der Spannungsteiler ist eine häufig angewandte Grundschaltung. Sie dient zur elektrischen Potentialanpassung, Übertragung und Amplitudendämpfung analoger elektrischer Signale und als elektrische Anpassungsschaltung für resistive Sensorelemente.

2.1.1 Unbelasteter fester Spannungsteiler

Er besteht aus 2 festen in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2 (Bild 2.1). An den äußeren Anschlüssen der Reihenschaltung liegt die Spannung Ue, und am Widerstand R2 wird die Teilspannung Ua abgegriffen. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass der Eingangwiderstand der nachfolgenden Schaltung viel größer ist als der Spannungsteilerwiderstand R2 (Leerlaufbetrieb). Für die Ausgangsspannung Ua gilt dann nach dem Spannungsteilergesetz, wobei n das Teileverhältnis R2/(R1 + R2) des Spannungsteilers ist.

2.1.2 Unbelastete variable Spannungsteilerschaltung

Einer der beiden Festwiderstände (R1 oder R2) wird durch einen variablen Widerstand ersetzt. Dem Spannungsteilerausgang soll praktisch kein Strom entnommen werden (Leerlaufbetrieb). Dieser Zustand lässt sich in der Praxis durch einen hochohmigen Abgriff der Ausgangsspannung gut realisieren. Es werden nun die am häufigsten eingesetzten Schaltungskonzepte beschrieben.