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Ich habe auf Sprut.de folgende info zur Ladungspumpe gefunden, siehe Anhang. Jetzt sind mir hier doch einige Dinge unklar. Vielleicht einer von euch mir dazu beantworten könnte.

In der OFF-zeit wird der Kondensator C1 auf die Ladung Q=C*U=C*4,3V aufgeladen. Wenn die Rechteckschwingung nun auf 5 V umschaltet. Dann liegen ja die 5V der Rechteckschwingung am ursprünglich negativen Pol des Kondensators C1.

1 Frage: Der Kondensator C1 muß sich jetzt umladen das kann er ja nur wenn die Ladung über D2 in den Kondensator C2 fließt. oder ?

2. Frage: Die Ladung des Kondensators beträgt doch Q=C*U=C*4,3V warum werden dann 5 V der Schwingungsamplitude über die Diode D2 an C2 übertragen ?

3. Frage: Welche Ladung liegt dann zum Schluß an C1 noch 0.7V ?

Danke für eure Hilfe

Jürgen

Hallo Jürgen, s.u.:
»

» In der OFF-zeit wird der Kondensator C1 auf die Ladung Q=C*U=C*4,3V
» aufgeladen. Wenn die Rechteckschwingung nun auf 5 V umschaltet. Dann
» liegen ja die 5V der Rechteckschwingung am ursprünglich negativen Pol des
» Kondensators C1.

Richtig. Das schadet aber nicht, wie Du gleich sehen wirst.

» 1 Frage: Der Kondensator C1 muß sich jetzt umladen das kann er ja nur wenn
» die Ladung über D2 in den Kondensator C2 fließt. oder ?

Nein, er lädt sich nicht um, sondern er behält zunächst (im Umschaltmoment) seine Ladung und seine Spannungsdifferenz, d.h. die untere (+)Seite von C1, die vorher auf einer Spannung von 4,3V war, hat unmittelbar danach eine Spannung von 4,3 + 5 = 9,3V. DAS ist damit gemeint, wenn in der Beschreibung steht: "... versucht auch die untere Seite des Kondensators, ihren Spannungspegel um 5V anzuheben." (Der Versuch ist erfolgreich! ). Weil die Spannung jetzt höher ist als die Spannung an C2 plus Diodenspannung(D2), kann ein Teil der Ladung von C1 über D2 nach C2 fließen.

» 2. Frage: Die Ladung des Kondensators beträgt doch Q=C*U=C*4,3V warum
» werden dann 5 V der Schwingungsamplitude über die Diode D2 an C2
» übertragen ?

Es werden nicht die 5V der Schwingungsamplitude übertragen, sondern der Spannungssprung von 5V wirkt sich so aus, dass das Potential an C1 insgesamt (also beide Seiten) um diese 5V hochgehoben wird - wie oben beschrieben.

» 3. Frage: Welche Ladung liegt dann zum Schluß an C1 noch 0.7V ?

Was die *Ladung* betrifft, hängt das vom Verhältnis C1/C2 ab. Bei der *Spannung* sieht's folgendermaßen aus:
Wenn C2 auf 7,9V aufgeladen ist, liegt die untere Seite (+) von C1 auf 7,2V,
die obere noch auf 5,0V, also Spannungsdifferenz=2,2V .

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Gruß, erikl

Noch eine Frage von meiner Seite:

Warum liegen überhaupt 7,9 V am Ausgang an?

Zuerst wurde der Kondensator C1 auf 4,3V aufgeladen. Der Kondensator ist jezt wie eine 4,3 V Spannungsquelle. Dann haben wir an der oberen Seite von C1 noch eine 5V Spannungsquelle sozusagen "dazugeschaltet".

Am Verbindungspunkt zweier Dioden ergibt sich dann (4,3+5)V Potenzial gegen Masse(Durch die Maschenregel). Minus 0,7 Abfall an der Diode D2 ergibt 8,6V!!! Ist das richtig, oder mache ich grad einen Denkfehler?

Was ich aber überhaubt nicht verstehe, ist folgendes:

Nach der Maschenregel (Maschenverlauf: von der Quelle, dann über die zwei Dioden, über den C2, nach Masse) ergibt sich folgender Zusammenhang:

Spannung am Ausgang = 5V - 0,7V - 0,7V = 3,6V = konstant.

Wie kann aber in diesem Fall die Ausgangspannung konstant sein, wenn sie sich doch ändert?

» Noch eine Frage von meiner Seite:
»
» Warum liegen überhaupt 7,9 V am Ausgang an?

Das ist der Endzustand (ohne Last am Ausgang); eigentlich in dem
von Dir hochgeladenen Bild recht gut beschrieben (3,6+4,3V).

» Zuerst wurde der Kondensator C1 auf 4,3V aufgeladen. Der Kondensator
» ist jezt wie eine 4,3 V Spannungsquelle. Dann haben wir an der oberen
» Seite von C1 noch eine 5V Spannungsquelle sozusagen "dazugeschaltet".

Richtig.

» Am Verbindungspunkt zweier Dioden ergibt sich dann (4,3+5)V
» Potenzial gegen Masse(Durch die Maschenregel).

Auch richtig. Aber nur im 1. Moment nach dem Umschalten (auf +5V).

» Minus 0,7 Abfall an der Diode D2 ergibt 8,6V!!!
» Ist das richtig, oder mache ich grad einen Denkfehler?

Nein. Das ist die Spannung an der +Seite von C1, wenn der maximal mögliche Anteil der C1-Ladung über D2 nach C2 abgeflossen ist.

Unmittelbar nach der +5V-Flanke beginnt sich die Ladung auszugleichen, d.h. Ladung beginnt zu fließen von C1 über D2 nach C2. Dadurch nimmt die Spannung an der +Seite von C1 ab, und an C2 zu. Das geht solange, wie eine Spannungsdifferenz zwischen C1 und C2 besteht, die größer ist als die Flussspannung von D2 - also ca. 0,7V .

Beim 1.Mal (also nach einer einzigen +5V-Flanke) würde das nur funktionieren, wenn C1 >> C2 ist, d.h. genügend Ladung enthält, um die Spannung an C1 um den gesamten Spannungshub (5V-0,7V=4,3V) erhöhen zu können. Normalerweise ist C1 ~= C2, sodass bei jeder +5V-Flanke nur ein Teil der C1-Ladung auf C2 übergeht (wenn C1 und C2 gleich groß sind, dann entspricht die Spannungszunahme an C2 der Spannungsabnahme an C1, wenn man die Verluste an parasitären Serienwiderständen der Diode und der Verdrahtung vernachlässigt).

» Was ich aber überhaubt nicht verstehe, ist folgendes:
»
» Nach der Maschenregel (Maschenverlauf: von der Quelle, dann über die zwei
» Dioden, über den C2, nach Masse) ergibt sich folgender Zusammenhang:
»
» Spannung am Ausgang = 5V - 0,7V - 0,7V = 3,6V = konstant.

Das gilt nur für den Anfangszustand von C2.

» Wie kann aber in diesem Fall die Ausgangspannung konstant sein,
» wenn sie sich doch ändert?

Sie ist ja auch nicht konstant, sondern ändert sich mit jedem Ladungs-Nachschub der Ladungspumpe, allerdings nur bis zu einer maximalen Differenz, die dem Spannungshub minus Diodenverlust entspricht. S. den letzten Satz in Deinem Bild.

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Gruß, erikl

Hallo erikl

danke für die ausführliche Beschreibung.
Ich hoffe das ich da irgendwann auch voll drin bin

gruß Jürgen

Kann man diesen Satz so stehen lassen:

Das wenn die Ladung von C1 welche sich ja bei einer Spannung von 4,3 V aufgebaut hat komplett nach C2 geflossen ist hier ja dann durch diese Ladungserhöhung sich die vorhandene Sapnnung um exact 4,3V erhöht so das die besagten 7,9 V ergeben ?

» Kann man diesen Satz so stehen lassen:
»
» Das wenn die Ladung von C1 welche sich ja bei einer Spannung von 4,3 V
» aufgebaut hat komplett nach C2 geflossen ist hier ja dann durch diese
» Ladungserhöhung sich die vorhandene Sapnnung um exact 4,3V erhöht so das
» die besagten 7,9 V ergeben ?

Selbst wenn Du es schaffen solltest, diesen Satz in richtiges Deutsch zu übersetzen,
wird er ziemlich unverständlich bleiben.

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Gruß, erikl

» Selbst wenn Du es schaffen solltest, diesen Satz in richtiges Deutsch zu
» übersetzen,
» wird er ziemlich unverständlich bleiben.

Nun eigentlich ging es mir um den Sachverhalt den FY schon mal gefragt hat und zwar da ja wenn die 5 V Flanke kommt dann ist es ja eine Reihenschaltung von zwei Spannungsquellen. Damit kann ich mir die Spannungserhöhung auf 9.3V zwischen den beiden Dioden gut vorstellen.

Das hab ich jetzt mal mit Pspice simuliert (Anhang).
Warum fällt dann eigentlich die Sapnnung von 9.3V sofort wie es auch in der Simulation zu sehen ist auf ca. 8.6V zwischen den beiden Dioden zurück ? und warum fallen nochmal 0.7V ab bis zur Endspannung ??

Zur Info
Die mittlere Kurve ist die Spannung zwischen den beiden Dioden. Die Kondensatoren sind gleich groß.

» ? und warum fallen nochmal 0.7V ab bis zur Endspannung ??
»

Danke für deinen Kommentar, genau DAS kann ich nicht verstehen! Warum muss man nochmal 0,7 Volt abziehen???
Am Verbindungspunkt zweier Dioden liegt doch die Spannung 9,3 Volt. Also liegen am Ausgang 8,6V
(9,3-0,7)V = 8,6V

» Das hab ich jetzt mal mit Pspice simuliert (Anhang).
» Warum fällt dann eigentlich die Sapnnung von 9.3V sofort wie es auch in
» der Simulation zu sehen ist auf ca. 8.6V zwischen den beiden Dioden zurück ?

Solange die Spannungsdifferenz zwischen beiden Kondensatoren groß gegen die Durchlassspannung der Diode ist,
fließt ein hoher Strom, sodass der wesentliche Ausgleich sehr schnell erfolgt.

» und warum fallen nochmal 0.7V ab bis zur Endspannung ??

Wird diese Spannungsdifferenz dann <~= 0,7V , wird die Diode zunehmend "hochohmiger", und der Ladungsausgleich dadurch immer langsamer - theoretisch würde er unendlich lange dauern. Selbst bei einer Dioden-Flussspannung von wenigen mV fließt noch ein kleiner Reststrom (nämlich der Sättigungsstrom Is in Deinem PSpice-Diodenmodell, Größenordnung etwa 1e-14A = 10fA).

Wegen der hohen Steilheit (Exponentialfunktion) der Dioden-Durchlasskurve (Durchlassstrom vs. Durchlassspannung aufgetragen) ist dieser Übergang von der schnellen zur langsamen Umladung eben sehr abrupt.

Bei hohen Umschaltfrequenzen kommt dieser Anteil, der - wie Du oben richtig angegeben hast - etwa 0,7V oder eine "normale" Dioden-Flussspannung beträgt, nicht mehr zum Tragen, weil vorher schon wieder die negative Umschalt-Flanke kommt. Aus diesem Grund kann man mit diesen letzten zusätzlichen 0,7V nicht mehr rechnen,
und so ist es auch im OP-Bild-Text angegeben.

» Zur Info
» Die mittlere Kurve ist die Spannung zwischen den beiden Dioden. Die
» Kondensatoren sind gleich groß.
»
»

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Gruß, erikl

» » ? und warum fallen nochmal 0.7V ab bis zur Endspannung ??

» Danke für deinen Kommentar, genau DAS kann ich nicht verstehen!
» Warum muss man nochmal 0,7 Volt abziehen???
» Am Verbindungspunkt zweier Dioden liegt doch die Spannung 9,3 Volt.
» Also liegen am Ausgang 8,6V (9,3-0,7)V = 8,6V

Richtig, wenn Du *sehr* lange Zeit hast!
S. meinen Kommentar vom 04.01.2008, 22:48 .

--
Gruß, erikl

» Bei hohen Umschaltfrequenzen kommt dieser Anteil, der - wie Du oben
» richtig angegeben hast - etwa 0,7V oder eine "normale"
» Dioden-Flussspannung beträgt, nicht mehr zum Tragen, weil vorher schon
» wieder die negative Umschalt-Flanke kommt. Aus diesem Grund kann man mit
» diesen letzten zusätzlichen 0,7V nicht mehr rechnen,
» und so ist es auch im OP-Bild-Text angegeben.

Ah Okay dann ist im ersten Moment der Umschaltung der Flanke auf 5V die Diode D2 bzw. der Spannungsabfall daran von 0.7V im nicht wirksam deshalb 9.3V. Dieser wird dann aber sehr schnell wirksam und dann ergeben sich die besagten 8.6V oder?

» » Bei hohen Umschaltfrequenzen kommt dieser Anteil, der - wie Du oben
» » richtig angegeben hast - etwa 0,7V oder eine "normale"
» » Dioden-Flussspannung beträgt, nicht mehr zum Tragen, weil vorher schon
» » wieder die negative Umschalt-Flanke kommt. Aus diesem Grund kann man
» mit
» » diesen letzten zusätzlichen 0,7V nicht mehr rechnen,
» » und so ist es auch im OP-Bild-Text angegeben.

» Ah Okay dann ist im ersten Moment der Umschaltung der Flanke auf 5V die
» Diode D2 bzw. der Spannungsabfall daran von 0.7V im nicht wirksam deshalb
» 9.3V.

Die 9.3V kommen von 4.3V+5V !
Und sofort danach beginnt Strom von C1 über D2 nach C2 zu fließen,
sodass der Dioden-Spannungsabfall von 0.7V gleich zu Beginn der Umladung voll wirksam wird!

» Dieser wird dann aber sehr schnell wirksam
» und dann ergeben sich die besagten 8.6V oder?

Ja, am +Pol von C1. Am +Pol von C2 also 0.7V weniger, d.h. 7.9V - wie im Original-Bild-Text angegeben.

Nur, wenn die negative Taktflanke (+5V -> 0V) *sehr* lange auf sich warten läßt, dann fließt immer weniger Strom
von C1 über D2 nach C2, die Dioden-Durchlass-Spannung an D2 wird dadurch immer *kleiner*, und damit kann sich C2 schließlich auch bis auf 8.6V aufladen, aber das dauert (theoretisch) unendlich lang!

Im praktischen Betrieb einer Ladungspumpe macht das keinen Sinn, weil man oft und schnell genug nachladen muss, also mit einer relativ hohen Taktfrequenz umschaltet. Am Ausgang wird ja schließlich Energie abgenommen (das ist der Sinn einer solchen Schaltung!), und die muss schnell genug nachgeliefert werden können. Deshalb macht es keinen Sinn, mit der neg. Taktflanke länger zu warten, als bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Differenz zwischen C1 und C2 kleiner als eine Dioden-Durchlassspannung (eben 0.7V) wird. Weil danach der weitere Ladungsausgleich nur noch *sehr* langsam vonstatten geht!

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Gruß, erikl

» » » Bei hohen Umschaltfrequenzen kommt dieser Anteil, der - wie Du oben
» » » richtig angegeben hast - etwa 0,7V oder eine "normale"
» » » Dioden-Flussspannung beträgt, nicht mehr zum Tragen, weil vorher
» schon
» » » wieder die negative Umschalt-Flanke kommt. Aus diesem Grund kann man
» » mit
» » » diesen letzten zusätzlichen 0,7V nicht mehr rechnen,
» » » und so ist es auch im OP-Bild-Text angegeben.
»
» » Ah Okay dann ist im ersten Moment der Umschaltung der Flanke auf 5V die
» » Diode D2 bzw. der Spannungsabfall daran von 0.7V im nicht wirksam
» deshalb
» » 9.3V.
»
» Die 9.3V kommen von 4.3V+5V !
» Und sofort danach beginnt Strom von C1 über D2 nach C2 zu fließen,
» sodass der Dioden-Spannungsabfall von 0.7V gleich zu Beginn der Umladung
» voll wirksam wird!
»
» » Dieser wird dann aber sehr schnell wirksam
» » und dann ergeben sich die besagten 8.6V oder?
»
» Ja, am +Pol von C1. Am +Pol von C2 also 0.7V weniger, d.h. 7.9V - wie im
» Original-Bild-Text angegeben.
»
» Nur, wenn die negative Taktflanke (+5V -> 0V) *sehr* lange auf sich warten
» läßt, dann fließt immer weniger Strom
» von C1 über D2 nach C2, die Dioden-Durchlass-Spannung an D2 wird dadurch
» immer *kleiner*, und damit kann sich C2 schließlich auch bis auf 8.6V
» aufladen, aber das dauert (theoretisch) unendlich lang!
»
» Im praktischen Betrieb einer Ladungspumpe macht das keinen Sinn, weil man
» oft und schnell genug nachladen muss, also mit einer relativ hohen
» Taktfrequenz umschaltet. Am Ausgang wird ja schließlich Energie abgenommen
» (das ist der Sinn einer solchen Schaltung!), und die muss schnell genug
» nachgeliefert werden können. Deshalb macht es keinen Sinn, mit der neg.
» Taktflanke länger zu warten, als bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die
» Differenz zwischen C1 und C2 kleiner als eine Dioden-Durchlassspannung
» (eben 0.7V) wird. Weil danach der weitere Ladungsausgleich nur noch *sehr*
» langsam vonstatten geht!

Jetzt hab ichs soweit verstanden
Danke für die Mühe !

» Die 9.3V kommen von 4.3V+5V !


Es ist schon richtig, aber erst im ersten Moment!




» » Dieser wird dann aber sehr schnell wirksam
» » und dann ergeben sich die besagten 8.6V oder?
»
» Ja, am +Pol von C1. Am +Pol von C2 also 0.7V weniger, d.h. 7.9V - wie im
» Original-Bild-Text angegeben.

Nein, noch weniger. Die Ladung fließt von C1 zu C2. Also sinkt auch die Spannung am +Pol von C1. Mit derselben Geschwindigkeit steigt auch die Ladung am + Pol von C2. Im Endzustand, wenn keine negative Flanke kommt, beträgt dann die Spg. am + Pol von C2 ca. 6,2V. Und am +Pol von C1 ca. 0,7 höher, also 6,9 V. Und nicht 7,9 Volt wie auf dem Bild steht!


Die Spannung am Ausgang hängt, natürlich vom dem Kapazitätswert C1 ab. Wenn er viel höher liegt, als der von C2, kann dann die Spannung am +Pol von C2 theoretisch bis zu 8,6 bis 9V steigen .

Viel Erfolg!

» » Die 9.3V kommen von 4.3V+5V !

» Es ist schon richtig, aber erst im ersten Moment!

Ja, NUR im ersten Moment.

» » » Dieser wird dann aber sehr schnell wirksam
» » » und dann ergeben sich die besagten 8.6V oder?

» » Ja, am +Pol von C1. Am +Pol von C2 also 0.7V weniger,
» » d.h. 7.9V - wie im Original-Bild-Text angegeben.

» Nein, noch weniger. Die Ladung fließt von C1 zu C2. Also sinkt auch die
» Spannung am +Pol von C1. Mit derselben Geschwindigkeit steigt auch die
» Ladung am + Pol von C2. Im Endzustand, wenn keine negative Flanke kommt,
» beträgt dann die Spg. am + Pol von C2 ca. 6,2V. Und am +Pol von C1 ca. 0,7
» höher, also 6,9 V. Und nicht 7,9 Volt wie auf dem Bild steht!

Lt. Jürgen's Simulation (und IMHO) stimmt das nicht, praktisch liegt die Spannung am Ausgang (C2)
irgendwo zwischen diesen beiden Angaben, aus dem Simulationsplot entnehme ich > 7.4V (untere Kurve).
Natürlich nur ohne Last.


» Die Spannung am Ausgang hängt, natürlich vom dem Kapazitätswert C1 ab.
» Wenn er viel höher liegt, als der von C2, kann dann die Spannung am +Pol
» von C2 theoretisch bis zu 8,6 bis 9V steigen .

Richtig, nach langer Zeit, und ohne Last.
Aber wenn's ursprünglich tatsächlich 3.6V waren, kann die Spannung (auch theoretisch)
nicht über 3.6+5=8.6V steigen, auch wenn C2 >> C1 .

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Gruß, erikl