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Eine Frage aus dem Bereich Grundlagen, die ich zu meinem Schrecken nicht beantworten kann:

Was passiert, wenn ich an eine Stromquelle einen Kondensator anschließe? (zur Veranschaulichung: ideale Stromquelle an Plattenkondensator)

Meine Überlegungen und mein Problem mit dieser Frage:

Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt, würde ich meinen, dass überhaupt kein Strom fließt.(Das würde dann allerdings bedeuten, dass allein schon die symbolische Darstellung eines geschlossenen Kreises, in dem sich nur ein Kondensator und eine Stromquelle befinden, in sich selbst ein Widerspruch ist). Die Spannung am Kondensator bliebe in diesem Fall Null.

Ist es vielleicht so, dass sich die Ladungsträger auf der einen Kondensatorplatte ansammeln und auf der gegenüberliegenden Platte die entsprechende Gegenladung durch Influenz hervorgebracht wird? Dann würde sich der Kondensator aufladen und die Spannung immer weiter steigen. (U = Q/C =I*t/C)

Hintergrund dieser Frage ist folgender: Was passiert, wenn ich einen Kondensator zwischen den Plus-Eingang eines Operationsverstärkers (der seine Versorgungs-spannung bekommt) und Massepotential schließe? Die Eingänge von OPs wirken ja als Stromquellen (Ströme im Bereich unter 1µA). Würde sich der Kondensator also (langsam) aufladen? Oder würde nichts passieren, weil kein Strom fließen kann?

Irgendwie kollidieren hier die physikalische Vorstellung, die Strom-Spannungs-Beziehung am Kondensator und die Aussage, dass letzterer als Unterbrecher wirkt.

Wer versteht mein Problem und kann mir das erklären?

» Was passiert, wenn ich an eine Stromquelle einen Kondensator anschließe?
» (zur Veranschaulichung: ideale Stromquelle an Plattenkondensator)
»
» Meine Überlegungen und mein Problem mit dieser Frage:
»
» Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt, würde
» ich meinen, dass überhaupt kein Strom fließt.(Das würde dann allerdings
» bedeuten, dass allein schon die symbolische Darstellung eines
» geschlossenen Kreises, in dem sich nur ein Kondensator und eine
» Stromquelle befinden, in sich selbst ein Widerspruch ist). Die Spannung am
» Kondensator bliebe in diesem Fall Null.

Nein!
Wen deine Stromquelle über eine unbegrenzt treibende Spannung verfügen würde, würde die Spannung am Kondensator ebenfalls unendlich steigen.
Ein Stillstand des Stromflusses entsteht erst, wenn die treibende Spannung der Stromquelle erreicht ist.

Die weiteren Gedankengänge deiner Frage kann ich nicht recht nachvollziehen.

» Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt, würde

Das tut er (nachdem er geladen ist) bei konstanter *Spannung*.


» Ist es vielleicht so, dass sich die Ladungsträger auf der einen
» Kondensatorplatte ansammeln und auf der gegenüberliegenden Platte die
» entsprechende Gegenladung durch Influenz hervorgebracht wird? Dann würde
» sich der Kondensator aufladen und die Spannung immer weiter steigen. (U =
» Q/C =I*t/C)

Das passiert. Der Kondensator lädt sich immer weiter auf und, wie Du schon beschreibst, steigt die Spannung linear über die Zeit an.

Anwendungen dafür sind u.A. Funktionsgeneratoren oder PWM Generatoren. Dort wird mit genau diesem Mechanismus ein dreieckförmiges Signal erzeugt. (Beim FG folgen Recheckformung oder Sinusformung; beim PWM folgt ein Komparator mit einstellbarer Schaltschwelle.)


Der Kondensator an Deinem Opamp Eingang lädt sich also auf. (Bis zu der Grenze, an der der Eingang eben keine Konstantstromquelle mehr ist)


m

Geile Antwort.
Gruß

--
Nur wer nichts macht, macht keine Fehler
wer keine Fehler macht, wird befördert.

» » Was passiert, wenn ich an eine Stromquelle einen Kondensator anschließe?
» » (zur Veranschaulichung: ideale Stromquelle an Plattenkondensator)
» »
» » Meine Überlegungen und mein Problem mit dieser Frage:
» »
» » Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt,
» würde
» » ich meinen, dass überhaupt kein Strom fließt.(Das würde dann allerdings
» » bedeuten, dass allein schon die symbolische Darstellung eines
» » geschlossenen Kreises, in dem sich nur ein Kondensator und eine
» » Stromquelle befinden, in sich selbst ein Widerspruch ist). Die Spannung
» am
» » Kondensator bliebe in diesem Fall Null.
»
» Nein!
» Wen deine Stromquelle über eine unbegrenzt treibende Spannung verfügen
» würde, würde die Spannung am Kondensator ebenfalls unendlich steigen.
» Ein Stillstand des Stromflusses entsteht erst, wenn die treibende
» Spannung der Stromquelle erreicht ist.
»
» Die weiteren Gedankengänge deiner Frage kann ich nicht recht
» nachvollziehen.

Vielen Dank für die Antwort.
Treibende Spannung der Stromquelle... Was meinst du damit? Ich kenne nur die Klemmenspannung. Wenn ein Widerstand angeschlossen ist, dann ergibt die sich aus der ohmschen Last laut U=R*I. (Das gilt für die ideale Stromquelle. Bei einer realen Stromquelle mit endlichem Innenwiderstand fließt ein Teil des Stroms durch den Innenwiderstand und die Klemmspannung ist entsprechend niedriger.)Eine Quellspannung oder so etwas ist aber nicht vorhanden, sonst wäre es ja eine Spannungsquelle.

» » Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt, würde
»
» Das tut er (nachdem er geladen ist) bei konstanter *Spannung*.
»
»
» » Ist es vielleicht so, dass sich die Ladungsträger auf der einen
» » Kondensatorplatte ansammeln und auf der gegenüberliegenden Platte die
» » entsprechende Gegenladung durch Influenz hervorgebracht wird? Dann
» würde
» » sich der Kondensator aufladen und die Spannung immer weiter steigen. (U
» =
» » Q/C =I*t/C)
»
» Das passiert. Der Kondensator lädt sich immer weiter auf und, wie Du schon
» beschreibst, steigt die Spannung linear über die Zeit an.
»
» Anwendungen dafür sind u.A. Funktionsgeneratoren oder PWM Generatoren.
» Dort wird mit genau diesem Mechanismus ein dreieckförmiges Signal erzeugt.
» (Beim FG folgen Recheckformung oder Sinusformung; beim PWM folgt ein
» Komparator mit einstellbarer Schaltschwelle.)
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» Der Kondensator an Deinem Opamp Eingang lädt sich also auf. (Bis zu der
» Grenze, an der der Eingang eben keine Konstantstromquelle mehr ist)
»
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» m

Besten Dank, die Antwort hilft mir sehr! Der Fehler lag also in der Annahme, dass der Kondensator bei konstantem Strom als Unterbrecher wirkt. In der Tat ist das ja auch eine paradoxe Aussage, denn anders formuliert würde sie lauten: Wenn der Strom konstant ist, fließt kein Strom. Gut, ich denke jetzt passt alles zusammen.

» Treibende Spannung der Stromquelle... Was meinst du damit?

Stromquelle hin oder her. Ein Stromfluss kommt nur zustande, wenn eine Spannung vorhanden ist, die den Strom treibt.
Nehmen wir an, das U=12V ist. Die Stromquelle benötigt eine Eigenspannung von 2V, um zu funktionieren und regelt einen Strom von 1mA
Der Kondensator hat 1000µF

Dann fließt der Strom bis der Kondensator auf 10V geladen ist.
(1000µF * 10V) / 1mA = 10s

» » Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt, würde
»
» Das tut er (nachdem er geladen ist) bei konstanter *Spannung*.
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» » Ist es vielleicht so, dass sich die Ladungsträger auf der einen
» » Kondensatorplatte ansammeln und auf der gegenüberliegenden Platte die
» » entsprechende Gegenladung durch Influenz hervorgebracht wird? Dann
» würde
» » sich der Kondensator aufladen und die Spannung immer weiter steigen. (U
» =
» » Q/C =I*t/C)
»
» Das passiert. Der Kondensator lädt sich immer weiter auf und, wie Du schon
» beschreibst, steigt die Spannung linear über die Zeit an.
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» Anwendungen dafür sind u.A. Funktionsgeneratoren oder PWM Generatoren.
» Dort wird mit genau diesem Mechanismus ein dreieckförmiges Signal erzeugt.
» (Beim FG folgen Recheckformung oder Sinusformung; beim PWM folgt ein
» Komparator mit einstellbarer Schaltschwelle.)
»
»
» Der Kondensator an Deinem Opamp Eingang lädt sich also auf. (Bis zu der
» Grenze, an der der Eingang eben keine Konstantstromquelle mehr ist)

Das stimmt glaube ich so nicht ganz. Ich denke es hängt von der Art des OP ab. Ich kann mir nicht vorstellen, dass bei einem OP mit FET Eingang dieser Effekt auftritt. Vielleicht irre ich mich auch

»
»
» m

» Bei einer realen Stromquelle mit endlichem Innenwiderstand
» fließt ein Teil des Stroms durch den Innenwiderstand und die Klemmspannung
» ist entsprechend niedriger.)Eine Quellspannung oder so etwas ist aber nicht
» vorhanden, sonst wäre es ja eine Spannungsquelle.

Bei einer *realen* Stromquelle kann die Spannung aber nicht ins Unendliche steigen.

» » » Da ein Kondensator bei konstantem Strom ja als Unterbrecher wirkt,
» würde
» »
» » Das tut er (nachdem er geladen ist) bei konstanter *Spannung*.
» »
» »
» » » Ist es vielleicht so, dass sich die Ladungsträger auf der einen
» » » Kondensatorplatte ansammeln und auf der gegenüberliegenden Platte die
» » » entsprechende Gegenladung durch Influenz hervorgebracht wird? Dann
» » würde
» » » sich der Kondensator aufladen und die Spannung immer weiter steigen.
» (U
» » =
» » » Q/C =I*t/C)
» »
» » Das passiert. Der Kondensator lädt sich immer weiter auf und, wie Du
» schon
» » beschreibst, steigt die Spannung linear über die Zeit an.
» »
» » Anwendungen dafür sind u.A. Funktionsgeneratoren oder PWM Generatoren.
» » Dort wird mit genau diesem Mechanismus ein dreieckförmiges Signal
» erzeugt.
» » (Beim FG folgen Recheckformung oder Sinusformung; beim PWM folgt ein
» » Komparator mit einstellbarer Schaltschwelle.)
» »
» »
» » Der Kondensator an Deinem Opamp Eingang lädt sich also auf. (Bis zu der
» » Grenze, an der der Eingang eben keine Konstantstromquelle mehr ist)
»
» Das stimmt glaube ich so nicht ganz. Ich denke es hängt von der Art des OP
» ab. Ich kann mir nicht vorstellen, dass bei einem OP mit FET Eingang dieser
» Effekt auftritt. Vielleicht irre ich mich auch
»
Hallo,
ja, die Eingangsschaltung des OPs wirkt sich hier aus.
Der LM324 z.B. hat PNP-Transistoren im Eingang.
Daher fließt Strom aus dem Eingang heraus und läd den Kondensator
auf. Bei NPN-Transistoren würde der Kondensator entladen.
Bei Eingangsschaltungen mit Sperrschicht- oder MOS-FETs
ist der Eingangsstrom wesenlich kleiner. Dann kann der
Leckstrom des Kondensators größer sein und es findet keine
Aufladung statt.
Alle Eingangsströme sind ausserdem noch sehr temperaturabhängig.
Grüße
Altgeselle