Spannungsüberwachung mit dem Operationsverstärker NJM4580
Ein Operationsverstärker ist eine äußerst flexible integrierte Schaltung, die für viele Funktionen und Anwendungen einsetzbar ist. Um zu erkennen,
ob ein Spannungssignal eine bestimmte Schwelle erreicht hat, bittet sich Komparator an. Doch die Aufgabe kann auch ein Operationsverstärker problemlos übernehmen.
In diesem Fall handelt es sich um den Operationsverstärker NJM4580D. In seinem Gehäuse, das mit acht Pins ausgestattet ist, verstecken sich gleich zwei Operationsverstärker.
In diesem Versuch sollen beide Komponenten eine Rolle spielen.
Es soll ein analoges Signal von einem unbekannten Sensor überwacht werden. Für das Beispiel bestimmen wir ein Signal im Bereich von 1,5 bis 14V. Der überwachte
Gesamtbereich wird auf drei Unterbereiche aufgeteilt. Jedem Unterbereich wird eine Leuchtdiode mit anderer Farbe zugeordnet. Die Leuchtdioden signalisieren, in welchem
Unterbereich das untersuchte Signal sich gerade befindet. Befindet sich das Signal im Bereich bis 5 V, so leuchtet die grüne Leuchtdioden auf. Im Bereich 5-10V kommt die gelbe Leuchtdiode zum Einsatz.
Die rote Leuchtdiode wird dann aktiv, wenn das untersuchte Signal die Marke von 10V überschritten hat.
Bei dem Bauteil NJM 4580D handelt es sich um zwei Operationsverstärker, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Zu den Anwendungsgebieten gehören
diverse Verstärker- und Filtersysteme in Audio- und Messbereich.
Bei dem Spannungsregler handelt es sich um ein Modul mit 7-Segmentanzeige. Der auf dem Modul eingebaute Trimmer wurde rausgelötet und mit einem externem 10
kOhm Poti ersetzt. Auf diese Weise können die Einstellungen direkt per Hand ohne Schraubendreher erledigt werden. Mit dem Spannungsregler wird das untersuchte Signal
generiert.
Die drei Überwachungsbereiche werden mit den Potentiometern P1 und P2 eingestellt. Der Gesamtbereich für das untersuchte Signal bei Spannungsversorgung
von 15 V und der so aufgebauten Schaltung erstreckt sich von ca. 1,5V bis 14V. Die Signaländerungen werden mithilfe des Potentiometers P3 imitiert.
Für den ersten (z.B. bis 5V) und zweiten (z.B. 5-10V) Überwachungsbereich ist der erste der beiden Operationsverstärker zuständig. Bei einem Signal unterhalb 5V
steht sein Ausgang (Pin 1) auf LOW. Dank dessen leuchtet die erste (grüne) LED D1 auf. Mit dem Widerstand R1 wird der Strom der Leuchtdiode begrenzt. Sobald das Signal
(Anschluss Pin 3) weiter ansteigt und die Schaltschwelle von 5V passiert, schaltet der Ausgang des ersten Operationsverstärkers auf HIGH. Die erste LED D1 geht aus, die
zweite (gelbe) D2 wiederum an. Das ist möglich, weil der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers währenddessen stets auf LOW steht und der Strom der zweiten LED über
seinen Ausgang zur Masse abfließen kann. Der Zustand hält solange an, bis das externe Signal die zweite Schaltschwelle erreicht. Jetzt schaltet der Ausgang des zweiten
Operationsverstärkers auf HIGH. Die zweite (gelbe) Leuchtdiode D2 geht aus, die dritte (rote) D3 dagegen geht an. Mit den Widerständen R2 und R3 werden die Ströme der
Leuchtdioden D2 und D3 begrenzt. Auf diese Weise lässt sich stets feststellen, in welchen Grenzen der Wert des überwachten Signals liegt. Bei Bedarf können dann notwendigen
Maßnahmen ergriffen werden.
