Hallo zusammen, ich habe eine Verständnisfrage zu den Ursachen und Wirkungen in Bezug auf OPV Beschaltungen: Warum führt die Rückkopplung über einen Widerstand auf den invertierenden Eingang zu einer definierten Verstärkung? Die erste Stufe in einem OPV ist ein Differenzenverstärker. Angenommen die Spannung am invertierenden Eingang ist 1V und am nichtinvertierenden beträgt sie 0V. Diese Spannungsdifferenz wurde von 1V auf -10V verstärkt. Wenn ich diese verstärkte Differenz nun zurückführe an den Eingang, dann entsteht doch eine neue Spannungsdifferenz (die dann wieder in die andere Richtung verstärkt wird)?!?! Ich bin mir sicher das ich irgendwo ein Denkfehler habe und hoffe, dass mir jemand meine Frage beantworten kann. Mit freundlichen Grüßen ceqe
Stefan G. schrieb: > Angenommen > die Spannung am invertierenden Eingang ist 1V und am nichtinvertierenden > beträgt sie 0V. Dann ist Dein OPV bereits am Anschlag und er arbeitet als Komparator.
Der OPV möchte an seinen Eingängen die gleiche Spannung haben ( Differenz=0). Im ersten Moment hättest Du vielleicht recht, aber wenn der OPV seine Ausgangsspannung ändert, dann kommt der Eingang (der über Gegenkopplung (- Eingang!!) daran angeschlossen ist, an dem Punkt der 0-Differenz vorbei und der Ausgang ist damit zufrieden. Wo die Ausgangsspannung stehen bleibt, kommt nur darauf an, daß die Eingänge eine 0-Differenz haben. Voraussetzung ist natürlich, daß die Eingangsspannung innerhalb der Betriebsspannung V+ und V- sind (Sicherheitsabstand beachten). Der Ausgang kann ebenfalls nur den Bereich V- ... V+ einnehmen, auch wenn rechnerisch die Ausgangsspannung 1000000V herauskommen müßte. Grundsätzlich: Ausgang nach -Eingang ist Gegenkopplung, so kannst Du einen Verstärker bauen. Ausgang nach +Eingang ist Mitkopplung, das ergibt einen Oszillator. Dein Begriff der Rückkopplung ist zu allgemein, denn er sagt beides aus.
Hey Danke für die Antwort. Ok ich verstehe deine Argumentation. Ein weitere Frage wäre: Warum ist der Ausgang "zufrieden"? Gibt es dafür eine physikalische Erklärung warum der OPV "versucht" die Differenz auf 0V zu setzen. Ich habe mir schon Erklärungen zu der Funkstionsweise von Differenzenverstärkern angeschaut und erkenne noch immer nicht die Ursache dafür, dass die Differenz bei 0V bleibt. Mit freundlichen Grüßen ceqe
Die Openloop Verstaerkung des OpAmps geht gegeb Unendlich, naja zumindest 100'000 oder so. Dh eine Eingangsspannungsdifferenz wird in einem P-Regler auf 1/100'000 abgeschwaecht.
Stefan G. schrieb: > Warum ist der Ausgang "zufrieden"? Gibt es dafür eine physikalische > Erklärung warum der OPV "versucht" die Differenz auf 0V zu setzen. Weil er genau dafür konstruiert wurde.
Hey Danke für die Antworten. Eben auf dem Nachhauseweg fiel mir genau das ein Joe F.. Er heißt natürlich so weil er eben Differenzen verstärkt und wenn keine Differenz vorhanden ist, gibt es auch nichts zu verstärken. Mit freundlichen Grüßen ceqe
Hallo, würde der OPV ohne den Spannungsteiler, der die Rückkopplung bewirkt, betrieben, dann würde der Ausgang wegen der hohen Verstärkung schon bei kleinen Potenzialunterschieden an den Eingängen des OPVs gegen seine negative Aussteuergrenze fahren. Negative Grenze, weil am negativen Eingang bei deinem Beispiel ein höheres Potenzial anliegt. Jetzt kommt aber der Spannungsteiler ins Spiel. An diesen beiden Widerständen fällt jeweils und im Verhältnis der Widerstände ein Teil der Eingangsspannung ab. Unmittelbar nach dem Einschalten beträgt die Ausgangsspannung des OPVs noch 0V. Die Spannung zwischen den beiden Eingängen des OPVs beträgt damit die der Eingangsspannung minus der Spannung, die am Widerstand R1 abfällt. Diese positive Spannung führt dazu, dass der Ausgang gegen die negative Aussteuergrenze strebt. Dadurch erhöht sich aber auch die Spannung zwischen Eingang und Ausgang und damit auch die Spannung, welche an den beiden Widerständen abfällt. Es fällt also auch mehr Spannung an R1 ab und damit wird auch die Differenzspannung an den Eingängen des OPV kleiner. Irgendwann wird dann der Zustand erreicht, wo die negative Ausgangsspannung nahezu genau der Spannung entspricht, welche an R2 abfällt. Damit fällt dann auch die gesamte Eingangsspannung an R1 ab und die Differenzspannung wird nahezu Null. Es stellt sich ein stabiler Zustand ein, wobei die negative Verstärkung am Ausgang dem Verhältnis der Widerstände des Spannungsteilers entspricht. Die obige Betrachtung gilt unter der Voraussetzung, dass die Eingänge des OPVs so hochohmig sind, dass die Eingangsströme vernachlässigbar sind und dass das Verhältnis der Widerstände viel kleiner ist als die Verstärkung des OPVs. Oft wird in dem Zusammenhang von einer virtuellen Masse gesprochen, welche sich im Knotenpunkt des Spannungsteilers einstellt. Aber besonders anschaulich finde ich diese Beschreibung auch nicht. Vielleicht hilft Dir ja meine schrittweise Beschreibung bis hin zum stabilen Zustand, der sich einstellt, eher, ein besseres Verständnis von dem Vorgang zu erhalten. Mit besten Grüßen Murmelchen
Beim OPamp findet ein Soll-Ist-Wertvergleich statt. Aus dem wird mit extrem hoher Verstärkung ein Korrektursignal erzeugt. Wenn also der Sollwert (am plus-Eingang) Null ist, und am Minuseingang eine positive Spannung anliegt. wird diese Differenz verstärkt (extrem hoch). Weil die pos. Spannung am Minuseingang anliegt entsteht am OPausgang eine hohe negative Spannung. Die verwendet man dann, um über einen Widerstand die Spannung am Minuseingang kleiner zu machen. Das endet dann, wenn diese Differenzeingangspannung fast Null ist, dann wird nicht mehr vom Ausgang her korrigiert. Der Restfehler bei einem Opamp mit 100000 Verstärkung ist dann 100µV Es gilt aber auch eine andre Überlegung: Der OPamp habe eine Verstärkung von hunderttausend. Um eine Ausgangsspannung von 10V (Aussteuerungsgrenze) zu erzeugen muss man 10 hunderttausendstel V Eingangsspannung haben, also 100uV. Das ist der sogenannte Restfehler. Zu seinem Aussteuerbereich von plusminus 10V gehört eine Eingangsspannungsdifferenz von maximal 100mV. Die meisten Opampschaltungen kann man mit der Annahme einfach berechnen dass die Eingangsspannungsdifferenz Null ist. Bei schlecht aufgebauten Opamps kann es sogar passieren, dass er sich bei einem Eingangsspannungssprung "einpendelt" also seine Korrektur nicht gleich perfekt hinbekommt, sondern auch mal in die falsche Richtung hin korrigiert. Das sieht man manchmal als ein paar abklingende Halbschwingungen. Ein normal aufgebauter Opamp "schleicht " sich an den korrekten Wert hin: Wenn die Abweichung am Ausgang kleiner wird, fließt auch weniger Strom zum Eingang hin und die Korrektur erfolgt langsamer. Das gibt dann eine e-Funktion, mit der sich der Opamp an den "richtigen" Wert heranschleicht (innerhalb einiger hundert nsec)
abc.def schrieb: > Grundsätzlich: Ausgang nach -Eingang ist Gegenkopplung, so kannst Du > einen Verstärker bauen. Mit solchen Pauschalaussagen sollte man vorsichtig sein - sie stimmen nämlich häufig nicht. Ein Gegenbeispiel sind z.B. Shunt-Monitore, wie der INA139. Da geht die Rückkopplung auf den +-Eingang zurück und trotzdem ist es eine Gegenkopplung. Und nein, die Eingänge sind nicht vertauscht im Datenblatt. Man muss sich immer die gesamte Schaltung anschauen, um eine verlässliche Aussage treffen zu können. > Ausgang nach +Eingang ist Mitkopplung, das > ergibt einen Oszillator. Es könnte auch nur ein Komparator sein. Für eine Oszillation müssen noch weitere Bedingungen erfüllt sein.
Christian L. schrieb: > Ein Gegenbeispiel sind z.B. Shunt-Monitore, wie > der INA139. Der INA139 ist auch kein OPV und das + und das - am INA139 haben auch etwas andere Bedeutungen als das + und das - bei einem OPV.
Michael K. schrieb: > Der INA139 ist auch kein OPV und das + und das - am INA139 haben auch > etwas andere Bedeutungen als das + und das - bei einem OPV. Ich habe auch nie behauptet, dass der Shunt Monitor ein OPV wäre. Er wird aber mit einem realisiert und um diese Beschaltung ging es mir. Die kann man nämlich exakt so aufbauen. Dann geht die Rückkopplung auf den +-Eingang des OPV zurück und bildet eine Gegenkopplung.
Ich bezweifle, dass im INA139 wirklich ein 741-artiger Op drinsteckt. Solche vereinfachten Schaltpläne in Datenblättern dienen nur dazu dem Schaltungsentwickler klar zu machen, welche Charakteristiken Ein- und Ausgänge haben. Beim '139 z.B. ein Stromausgang. Das die Rückkopplung im Schaltplan an + geht, liegt ausschließlich an der Invertierung durch den gezeigten Transistor - ob das im Chip so gemacht wird... wie gesagt, hier wird eher ein richtiger Differenzverstärker vorliegen... --- Wenn ich so drüber nachdenke, könnte der 139 auch eine geschickte Anwendung eines Stromspiegels sein ; andere Shunt-Monitor-ICs machen das so (etwa ZDS1009).
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Marian B. schrieb: > Solche vereinfachten Schaltpläne in Datenblättern dienen nur dazu dem > Schaltungsentwickler klar zu machen, welche Charakteristiken Ein- und > Ausgänge haben. In dem Fall kann man die Schaltung aber trotzdem so realisieren und sie wird funktionieren. Selbst LT empfiehlt auf z.B. Seite 3 die Schaltung: http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an105fa.pdf Natürlich nicht mit jedem OPV. Aber du wirst ja auch keinen 10MHz Verstärker mit einem LM741 bauen wollen, oder? Den LM741 als Maß dafür zu nehmen, was machbar ist und was nicht ist ohnehin ein schlechter Scherz. Der Shunt Monitor war auch nur ein Beispiel. Die Spannungsreglung im HP3631 wird ebenfalls über eine Rückkopplung auf den +-Eingang realisiert. Auch im Keithley 617 wird die Endstufe so geregelt. Den Shunt Monitor habe ich deshalb gewählt, weil er ein Bauteil ist, mit dem viele sicherlich schon gearbeitet haben. Auch wird er sehr häufig eingesetzt, sodass eine weit verbreitete Schaltung als Gegenbeispiel dienen sollte. > Das die Rückkopplung im Schaltplan an + geht, liegt ausschließlich an > der Invertierung durch den gezeigten Transistor Eben. Und sobald eine zusätzliche Invertierung vorliegt, kann man die Regel mit "Ausgang nach -Eingang ist Gegenkopplung" vergessen. Und genau das war mein Einwand. Es zählt immer die gesamte Schaltung.
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Christian L. (cyan) schrieb: > Dann geht die Rückkopplung auf den > +-Eingang des OPV zurück und bildet eine Gegenkopplung. Das ist keine Rückkopplung sondern die Versorgung des Transistors! ;)
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