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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Operationsverstärker


Autor: Peter F. (consi)
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Ich habe eine dringende Frage zur Berechnung von einem 
Operationsverstärker. Wie ich die Ausgangsspannung von diesem 
nicht-invertierenden OPV ohne den R-Widerstand berechne, weiß ich (mit 
Knoten-& Maschenregel).
Ist ja dann der ganz normale mit Ua=(1+4R/2R)Ue.

Aber wie mach ich das mit diesem Widerstand R daoben?
(siehe Anhang)


Vielen Dank!!

Autor: Anselm (Gast)
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der R ohne weiteren Namen hat praktisch keine Wirkung solange er nicht 
MOhm Bereich ist. Du weisst dass der Eingangswiderstand theoritisch 
unendlich ist?

Autor: Peter F. (consi)
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Hmm, ja hab ich schonmal gehört. Mir fällts irgendwie nen bisschen 
schwer, den Widerstand einfach zu ignorieren. Aber wenn ihr sagt, dass 
er keine Auswirkungen hat, macht mir das natürlich die ganze Sache 
deutlich leichter!

Autor: Kriemhild (Gast)
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Er dient der Ruhestromkompensation............... 
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Autor: yalu (Gast)
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Wie schon geschrieben wurde, macht es in den meisten Fällen nichts aus,
wenn man den oberen Widerstand einfach weg lässt.

Allerdings sind die Eingangsströme des OPV, wenn dieser nicht gerade
FET-Eingänge hat, nicht immer ganz vernachlässigbar. Der Eingangsstrom
des invertierenden Eingangs in obiger Schaltung verfälscht die
Eingangsspannung, da der Strom an den Widerständen des Gegenkopplungs-
netzwerks einen Spannungsabfall in Höhe von U = I * (2R || 4R) erzeugt.
Diese Fehlerspannung taucht verstärkt am Ausgang wieder auf, d.h. bei
großen Gegenkopplungswiderständen oder hoher eingestellter Verstärkung
arbeitet der Verstärker nicht mehr ganz genau.

Schaltet man jedoch vor den nichtinvertierenden Eingang einen Wider-
stand, der der Parallelschaltung der beiden Gegenkopplungswiderstände
entspricht (also 2R || 4R = 1,33R), dann ensteht bei gleichen
Eingangsströmen an beiden Eingängen der gleiche Spannungsabfall, so dass
sich der Fehler aufhebt.

Autor: Peter F. (consi)
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Danke für eure Antworten!

In diesem Fall ist ja der Widerstand nicht gleich 1.333R und hebt somit 
nicht den Fehler auf. Was wäre denn die Ausgangsspannung, wenn man den 
Widerstand nicht vernachlässigen könnte: Ua= ? * Ue

Autor: Ulrich (Gast)
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Der Widerstand kann auch als Schutz für den Eingang dienen, die Größe 
ist dann aber unabhängig von den beiden andernen Widerständen.

Beim nicht inverteirenden Verstärker wie oben sind die Widerstände 
normalerweise klein genug, dass es nicht nötig ist auch den anderen 
Eingang mit einem Widerstand zu versorgen. Wenn schon wären die oben 
berechenten 1,333 R wohl besser. Es hängt vom Operationsverstärker Typ 
und der Anwendung ab, ob man den Widertstand besser drin hat, oder 
nicht.

Autor: yalu (Gast)
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> Was wäre denn die Ausgangsspannung, wenn man den Widerstand nicht
> vernachlässigen könnte: Ua= ? * Ue

Das kann man mit der Knotenregel ebenso berechnen. Ich nenne im
Folgenden die drei Widerstände, von oben nach unten, R1, R2 und R3 und
den Eingangsruhestrom IB. IB hat ein positives Vorzeichen, wenn er in
den Eingang hineinfließt und ein negatives Vorzeichen, wenn er aus dem
Eingang herausfließt.

Beispiele für zwei klassiche OPVs:
µA741: IB = +80nA (typ.)
LM324: IB = -20nA (typ.)

Wenn man annimmt, dass

- die Eingangsoffsetspannung des OPV 0 ist,

- die beiden Eingangsruheströme gleich sind (IB+ = IB- = IB, d.h. der
  Offsetstrom IO=0) und

- die Differenzverstärkung des OPV unendlich ist,

ergibt sich

A ist dabei die Verstärkung des gegengekoppelten Verstärkers und von R1
unabhängig.

Wenn R1=0 ist, wird also die Ausgangspannung um den konstanten Wert
R2*IB zu groß. Um den Eingangsruhestrom zu kompensieren, muss
R1 = R2/A = R2||R3 sein.

Beispiel: Beim µA741 wird R2=1MOhm und R1=0 gewählt. Dann ist der Fehler
in der Ausgangsspannung 1MOhm*80nA = 80mV. Das hört sich nach ziemlich
wenig an, spielt aber bei mehrstufigen Verstärkern schon eine Rolle,
weil dann der Fehler von 80mV von den nachfolgenden Stufen noch
verstärkt wird.

Ich hoffe, ich habe mich nirgends verrechnet ;-)

Autor: Kriemhild (Gast)
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@ Ulrich

Das dieser Widerstand auch als Schutz für den nichtinvertierenden 
Eingang dient, ist der Größte Müll den ich seit langem gehört habe.
Wenn der OP an diesem Eingang schon einen Widerstandswert von ~2M 
aufweist, wäre ein Widerstand zur Schutz ziemlicher Mist, weil der OP so 
einen hohen Eingangswiderstand aufweist wird er mit dieser Beschaltung 
auch Elektrometerverstärker genannt.

Ganz anders könnte es aussehen wenn der OP als invertierender Verstärker 
betrieben wird da in dem Fall Eingangswiderstand des Verstärkers nicht 
dem des OP´s enspricht sondern im groben dem des Widerstandes 2R.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Das dieser Widerstand auch als Schutz für den nichtinvertierenden
> Eingang dient, ist der Größte Müll den ich seit langem gehört habe.
Ehe Du zu sehr über die Schutzwirkung der Vorwiderstände spottest, 
solltest Du Dir klarmachen, daß die Eingänge von Operationsverstärkern 
üblicherweise mit Dioden gegen beide Versorgungsspannungen verdrahtet 
sind. Die Dioden dienen dazu, Überspannungen abzuleiten. Die 
Vorwiderstände wiederum dienen dazu, die Dioden vor überhöhten Strömen 
zu schützen.


                   |VCC
                   |
                   -
                  / \
                  ---
        R          |
------||||||-------*-----OPV-Eingang
                   |
                   -
                  / \
                  ---
                   |
                   |
                    -Vcc bzw. GND



Außerdem muß im Zweifel berücksichtigt werden, daß OPV-Eingänge 
kapazitiv sind. Bei hohen Frequenzen kann dementsprechend die 
Eingangsimpedanz auf deutlich kleinere Werte absinken als übliche M-Ohm.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Peter,

> Ich habe eine dringende Frage zur Berechnung von einem
> Operationsverstärker. Wie ich die Ausgangsspannung von diesem
> nicht-invertierenden OPV ohne den R-Widerstand berechne, weiß ich (mit
> Knoten-& Maschenregel).
> Ist ja dann der ganz normale mit Ua=(1+4R/2R)Ue.

> Aber wie mach ich das mit diesem Widerstand R daoben?
> (siehe Anhang)
Über diesen Widerstand fließen normalerweise nur kleine Ströme, da der 
OPV-Eingang sehr hochohmig ist. Daher liegt an dem Widerstand keine 
Spannung an, und Du kannst ihn dementsprechend vernachlässigen.

Anders wird das bei hohen Frequenzen (kapazitiver Eingangswiderstand des 
OPV) und im Bezug auf Offsetspannungen. Da mußt Du genauer rechnen.

Lad Dir doch mal das LT-Spice runter, dann kannst Du mal einen kaufbaren 
OPV nehmen und mit den Werten spielen.
http://www.linear.com/designtools/software/#Spice



Gruß,
  Michael

Autor: Kriemhild (Gast)
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@ Michael Lenz

Aba da waren ja keine Schutzdioden eingezeichnet und außerdem müßte er 
es mit ziemlich hochfrequenten Signalen zu tun haben damit die 
Eingangskapazität ins Gewicht fällt. xD

Nein danke für die Antwort wieder was gelernt!!!

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Aba da waren ja keine Schutzdioden eingezeichnet und außerdem müßte er
> es mit ziemlich hochfrequenten Signalen zu tun haben damit die
> Eingangskapazität ins Gewicht fällt. xD
Es gibt die Dioden auch im IC, z. B. hier:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opa2380.pdf
Auf Seite 2 steht's. Mit der Eingangskapazität hast Du natürlich recht, 
die ist oft sehr klein (unterer pF-Bereich).




Gruß,
  Michael

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