Signale in Schaltungen müssen hin und wieder begrenzt werden. Ein Grund dafür kann sein, dass folgende Schaltungsteile nicht übersteuert werden sollen, wenn am Eingang Signale außerhalb der zulässigen Grenzen angelegt werden. Aber auch zur Signalformung kann es notwendig sein ein Signal zu begrenzen. Je nach Anforderung gibt es verschiedene Möglichkeiten das zu erreichen. 

Ich habe mir verschiedene Möglichkeiten angeschaut und verglichen. Die simulierten Schaltungen habe ich seitlich in dem pdf  zum runterladen bereit gestellt.

Signalbegrenzung durch eine einfache Diodenschaltung

Im einfachsten Fall kann man mit Hilfe einer Diode ein Signal auf eine Spannung begrenzen. Der Bauteilaufwand hierfür ist auch minimal. Es wird lediglich ein Widerstand mit einer Diode benötigt.

Man sieht in der folgenden Simulation, dass man mit dieser einfachen Schaltung eine Begrenzung von Signalen erreichen kann. Wobei hier das Signal relativ "weich" in die Begrenzug geht. Als einfache Schutzfunktion ist das normalerweise auch ausreichend.

Präzise Signalbegrenzung mithilfe von Operationsverstärkern

Möchte man ein Signal präzise auf eine Schwelle begrenzen, dann ist eine einfache Diodenschaltung wie oben beschrieben nicht mehr ausreichend. Mit Hilfe eines Operationsverstärkers lässt sich jedoch eine Begrenzung auf eine vorgegebene Spannung auch sehr präzise erreichen. 

Ausgegangen bin ich hier von einer Schaltung, welche ich im Internet gefunden habe. Auf diese Schaltung stößt man auch recht häufig, wenn man nach einer solchen Schaltung sucht. Der Operationsverstärker hilft hier das Signal zu begrenzen und arbeitet so zu sagen in zwei "Modis". Er schaltet zwischen dem Modus Begrenzen und Durchlassen um.

Bei allen Schaltungsbeispielen welche ich im Internet gefunden habe, geht der Operationsverstärker leider im Modus Durchlassen in seine eigene Begrenzung am Ausgang. Das hat zur Folge, dass er beim Wechsel der Modis immer etwas Zeit braucht sich wieder zu erholen. Der Verstärker geht dadurch nicht kaputt, aber er benötigt eben etwas Zeit, bis er wieder richtig arbeitet. Im Signalverlauf sieht man das dann durch einen unsauberen Übergang der Bereiche.

Mit einer kleinen Ergänzung durch eine weitere Diode und einem Widerstand, kann man aber erreichen, dass der Operationsverstärker nicht mehr in seine Begrenzug geht und immer in einem zulässigen Arbeitsbereich betrieben wird. Die Übergänge zwischen den Bereichen Begrenzen und Durchlassen werden dadurch auch wesentlich schöner und die Schaltung wird dadurch auch deutlich schneller.

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