Hallo Leute,
ich hab ein paar Probleme mit den 2 OP-Schaltungen im Anhang.
Ich studier grad im letzten Semester Mikrosystemtechnik und brauch für
mein Diplom nur noch eine Klausur bestehen und zwar "Analoge Elektronik
2".
Das schöne daran ist, es ist mein dritter Versuch (nicht ohne Grund, das
ist einfach nich mein Fach), die meisten werden wissen was das
bedeutet...
Ich hoffe ihr könnt mir jetzt dabei helfen und evtl euer eigenes Wissen
n bisschen auffrischen =)
Das sind 2 Aufgaben der Klausur aus dem letzten Semester.
Ich glaube das ich die erste Aufgabe hoffentlich richtig hinbekommen
habe.
Hier meine Lösung zu 1)
a) bei Aufgabenteil a hab ich mir gedacht, kann ich ja die äußere
Beschaltung einfach "weglassen", da die Differenzspannung doch einfach
Ue * v = Ua ist, richtig ?
v sind die 115 db, umgerechnet ca. 5,6*10^5. das ganze mal Ue (2mV) gibt
ein Ua von 1,12*10^3 V.
Jetzt das was mich etwas grübeln lässt : Ud = Vd/Ua = 500 V ???
Sind diese 500 V richtig ? Ich dachte bis jetzt immer, dass diese
Differenzspannungen mini klein sind ?!
b) mit Überlagerungssatz :
- einmal Ue = 0 -> Ua = Uoff * (R1R2/R1)
Uoff = 0 -> Ua = -Ue * (R2/R1)
-> Uoff = 3,5 *10^-6 V.
Ist Aufgabe 1 soweit richtig ?
Das große Problem ist Aufgabe 2, da hab ich nicht mal ne Ahnung wie ich
da ansetzen soll.
Soweit ich das herausgefunden habe, kann ich Schalter und Kondensator am
+ Eingang des OP als Konstantstromquelle ansehen, richtig ?
Aber was dann ???
Bitte um Hilfe, ich kann da weder a) noch b) oder c) lösen.
Danke Euch !
Student schrieb:> Jetzt das was mich etwas grübeln lässt
Was mich etwas grübeln lässt mit welchen Spannungen du hier hantierst,
500V an nem OP, alles klar...
Ingo
Student schrieb:> bei Aufgabenteil a hab ich mir gedacht, kann ich ja die äußere> Beschaltung einfach "weglassen", da die Differenzspannung doch einfach> Ue * v = Ua ist, richtig ?>
Ue ist deine Eingangsspannung nicht die Differenzspannung. Und
weggelassen wird da gar nichts. Die beiden Widerstaende haben schon
ihren Sinn.
Das ganze nennt man Gegenkopplung weil ein Teil der Ausgangsspannung auf
den Eingang zurueckgefuehrt wird.
> v sind die 115 db, umgerechnet ca. 5,6*10^5. das ganze mal Ue (2mV) gibt> ein Ua von 1,12*10^3 V.
Wie gesagt die 2mV sind die Eingangspannung
> Jetzt das was mich etwas grübeln lässt : Ud = Vd/Ua = 500 V ???
Mehr als deine Betriebsspannung kann es nicht werden.
Und wenn schon dann Ud = Ua/Vd
> Sind diese 500 V richtig ? Ich dachte bis jetzt immer, dass diese> Differenzspannungen mini klein sind ?!
Ingo L. schrieb:> Was mich etwas grübeln lässt mit welchen Spannungen du hier hantierst,> 500V an nem OP, alles klar...
ja, mir is ja selber schon aufgefallen, dass das etwas hoch ist...aber
sag mir dann doch wenigstens wo ich da den Fehler gemacht habe bzw. was
an meinem Rechenweg totaler Blödsinn ist.
Wie gesagt, ich schreib das nicht umsonst im letztmöglichen Versuch.
Deswegen wäre es nett wenn mich da jemand aufklärt. Spätestens jetzt im
letzten Versuch würde ich das nämlich wirklich gerne, zumnidest
halbwegs, verstehen !
Student schrieb:> a) bei Aufgabenteil a hab ich mir gedacht, kann ich ja die äußere> Beschaltung einfach "weglassen", da die Differenzspannung doch einfach> Ue * v = Ua ist, richtig ?
Wenn du den OP weglässt (das darfst du, weil die Ströme ja 0 sind), dann
hast du nur einen Spannungsteiler mit 2mV Offset. Und da ist keinerlei
Leerlaufverstärkung beteiligt....
So etwa:
spontan schrieb:> Gibts denn kein Vorlesungsscript, in dem alles erklärt wird?> Mann Du hast noch einen harten Weg vor Dir.
Vorlesungsskript gibt es ! Erklärt werden da aber nur so allgemeine
Dinge.
Wir haben da nur die Standard OP-Schaltungen durchgenommen.
Eingangsströme etc haben wir aber nie berechnet
Aufgemerkt.
Es gibt einen Leerlaufverstärkung. Die ist gegeben und hängt vom Bauteil
alleine ab.
Es gibt aber auch eine Verstärkung der konkreten Schaltung. Diese
Verstärkung hängt von den Widerständen ab.
Student schrieb:> Wir haben da nur die Standard OP-Schaltungen durchgenommen.> Eingangsströme etc haben wir aber nie berechnet
Den Eingangsstrom kannst du auch nicht berechnen. Du hast den
Innenwiderstand vom OP nicht.
Was du aber tun kannst ist die Maschen/Knoten in deiner Schaltung
berechnen.
Also Spannung ueber R1,R2. Ue und Ua hast du ja gegeben. Ud laesst sich
auch herleiten ueber Leerlaufverstaerkung und Ausgangsspannung. Und
damit laesst sich das ganze berechnen.
spontan schrieb:> Es gibt einen Leerlaufverstärkung. Die ist gegeben und hängt vom Bauteil> alleine ab.> Es gibt aber auch eine Verstärkung der konkreten Schaltung. Diese> Verstärkung hängt von den Widerständen ab.
ja das ist mir bewusst. Die leerlaufverstärkung des op's sind die 115db.
die verstärkung der schaltung -(R2/R1) = - 300.
Aber die Verstärkung der Schaltung hat doch nichts mit der
Differenzspannung Ud zwischen den OP-Eingägen zu tun oder doch ?
Deswegen dachte ich :-> äußere Beschaltung weglassen,
-> Ue * V(115db) = Ua1
-> Ud = Ua/V = 2mV
sorry, hatte Ud vorhin falsch umgestellt :D dann kommen die 2mV also hin
ja ? so ganz verkehr lag ich damit ja dann schon mal nicht.
die 500V kamen von der falschen Umstellung sorry !
Du hast doch deine Ausgangsspannung Ua gegeben.
Leerlaufverstaerkung kennst su auch (115db)
Dann kannst du doch zuerst mal Ud ausrechnen.
Dann kannst du die Spannung am Knotenpunkt R1/R2 ausrechnen.
Abfliessen in Richtung OP tut da nichts. Also einfacher Spannungteiler.
Und die Differenz zwischen diesen Knoten und Ud ist deine
Offsetspannung.
Du must dir zum verdeutlichen einfache eine Spannungsquelle zwischen dem
Knoten R1/R2 und dem (-) Eingang des Ops denken.
Bei den oben angegebenen Werten stellt sich am NI-Eingang eine Spannung
von etwa +3,5mV ein. Aber eigentlich müsste die Ausgangsspannung der
Schaltung bei idealem OPV negativ, also etwa -600mV sein. Da in der
Aufgabe aber +450mV stehen, muss der OPV eine Offsetspannung von etwa
-3,5mV haben. Die Differenzeingangsspannung ist Ud=Uoff+Ua/Vo und das
ist praktisch gleich Ud=Uoff, weil Ua/Vo=450mV/600.000=0,75µV.
Student schrieb:> Deswegen dachte ich :-> äußere Beschaltung weglassen,> -> Ue * V(115db) = Ua1> -> Ud = Ua/V = 2mV
Da Ue aber nicht an deinem OP Eingang anliegt, sondern an R1 kannst du
genau SO (Ue * V(115db) = Ua1) NICHT rechnen.
rechne doch erst mal aus was tatsächlich für eine Spannung am
invertierenden Eingang anliegt, du hast Ue, Ua und beide Widerstände,
der Strom in den OP ist 0.
ok, die ca. 0,8µV für Ud hab ich nun auch heraus.
bei aufgabenteil b) bedeutet doch, wenn die eingangsströme zu
vernachlässigen sind, dass Ud = 0 ist oder ?
dazu habe ich im Skript dann nämlich eine Formel für inv. Verstärker zur
Berechnung von Uoff gefunden : Ua = -Ue*R2/R1 + Uoff*((R1+R2)/R2) = ca.
1V
Kann das jemand als richtig bestätigen ?
Student schrieb:> dazu habe ich im Skript dann nämlich eine Formel für inv. Verstärker zur> Berechnung von Uoff gefunden : Ua = -Ue*R2/R1 + Uoff*((R1+R2)/R2) = ca.> 1V
edit : nach Uoff aufgelöst kommt natürlich dann 1 V raus..
ArnoR schrieb:> Bei den oben angegebenen Werten stellt sich am NI-Eingang eine Spannung> von etwa +3,5mV ein.
kann mir mal jemand erklären man hier auf die 3,5mV kommt am OP-Eingang
?
wo genau liegen die an ?
von mir aus auch gerne die maschen in paint malen oder sonst was, aber
ich seh das nich und bekomm das nicht hin...
Student schrieb:> kann mir mal jemand erklären man hier auf die 3,5mV kommt am OP-Eingang> ?
Hatte ich dir schon geschrieben. Du berechnest Ud und die Spannung am
Punkt R1/R2. Die Differenz ist deine Offsetspannung.
Student schrieb:> dazu habe ich im Skript dann nämlich eine Formel für inv. Verstärker zur> Berechnung von Uoff gefunden : Ua = -Ue*R2/R1 + Uoff*((R1+R2)/R2) = ca.> 1V
Formeln die man selber nicht nachvollziehen kann sind nutzlos!
Student schrieb:> ok, wenn jetzt noch jemand lust auf aufgabe 2 hat, wäre ich sehr dankbar
Erst wenn du dir selber Gedanken gemacht hast. Stures Auswendig lernen
hilft nicht. Dann werden in der Pruefung einfach R1 und R2 vertauscht
und die faellst auf die Nase.
Und hast du jetzt auch die 3.5mV raus ?
Und bei Offsetspannung von 1V wuerde ich mal nachdenken. Die liegen im
allgemeinen bei einigen mV.
ja U_ = 3,5mV habe ich raus !
Danke erstmal...
zu aufgabe 2a) : so, wir haben einen nicht-inv. verstärker.
da kann ich mir doch als ersatzschaltbild erstmal den schalter u2 und
den kondensator als einfache stromquelle I+ vorstellen oder ? da wir
eine konstante, lineare spannungsänderung haben.
und eine zweite stromquelle I- im rückkopplungszweig ?
und dann befürchte ich, kann ich das bestimmt mit dem
überlagerungsverfahren berechnen ?!
Bei 2 ist die Leerlaufverstaerkung unendlich.
R1 ,R2 kennst du.
Also kannst du die Verstaerkung ausrechnen.
Du hast die Aenderungsrate am Ausgang. Jetzt kannst du die
Aenderungsrate am Eingang ausrechnen.
Dur kennst Aenderungsrate der Spannung und die Groesse des Kondensator.
Damit kannst du den Strom in den Kondensator ausrechnen.
So jetzt bist du dran.
Helmut Lenzen schrieb:> Bei 2 ist die Leerlaufverstaerkung unendlich.> R1 ,R2 kennst du.> Also kannst du die Verstaerkung ausrechnen.>> Du hast die Aenderungsrate am Ausgang. Jetzt kannst du die> Aenderungsrate am Eingang ausrechnen.>> Dur kennst Aenderungsrate der Spannung und die Groesse des Kondensator.>> Damit kannst du den Strom in den Kondensator ausrechnen.>> So jetzt bist du dran.
hmm, da hätte ich für I+ 1,7nA raus.
wenn das so stimmt, wäre das aufgabenteil b). das wär schon mal prima !
aufgabenteil a) mach ich dann mit maschen und knoten ?
Helmut Lenzen schrieb:> Jetzt kannst du die> Aenderungsrate am Eingang ausrechnen.
wobei hierzu hätte ich jetzt nochmal ne verständnisfrage :
die -1,7mV/s, die ich da hoffentlich richtig berechnet habe, wo genau
liegen die jetzt an ?
zwischen den beiden OP-eingängen oder ?
Student schrieb:> hmm, da hätte ich für I+ 1,7nA raus.> wenn das so stimmt, wäre das aufgabenteil b). das wär schon mal prima !
Das habe ich auch raus.
Student schrieb:> aufgabenteil a) mach ich dann mit maschen und knoten ?
Du beschreibst jetzt Formelmaessig wie du auf b gekommen bist.
Ob du jetzt fuer den Gain R2/R1 + 1 schreibst oder ob du diese Formel
auch noch ableiten sollst kann ich dir nicht sagen, das haengt von
deinem Prof. ab. Aber zu Uebung kannst du es ja mal versuchen.
Student schrieb:> wobei hierzu hätte ich jetzt nochmal ne verständnisfrage :> die -1,7mV/s, die ich da hoffentlich richtig berechnet habe, wo genau> liegen die jetzt an ?> zwischen den beiden OP-eingängen oder ?
Am (+) Eingang und Masse.
Wuerden die zwischen den Eingaengen anliegen und die Verstaerkung ist
unendlich dann wuerde ich in Deckung gehen ...
ah ja stimmt, das würde der op nicht mögen !
super helmut, danke dir erstmal ! ich mag dich :D
so langsam kommt son bisschen verständnis in die sache.
dann mach ich mich gleich mal an a) und c) ran und falls noch was
unverständlich ist, hörst du wieder von mir ;)
Student schrieb:> so langsam kommt son bisschen verständnis in die sache.
Man muss auch Verstaendnis fuer die Sache entwicklen sonst ist man in
Analogtechnik aufgeschmiessen.
da hab ich auch glatt noch ne kurze frage zu 2c) :
- I- ist komplett unabhängig von I+ oder ? lässt sich also auch
unabhängig von I+ berechnen ?
Insgesamt haben nur beide Auswirkungen auf Ua
Student schrieb:> - I- ist komplett unabhängig von I+ oder ? lässt sich also auch> unabhängig von I+ berechnen ?
Die sind normalweise in Grenzen unabhaengig voneinander. Wobei man daran
denken sollte das die auf einen internen Differenzverstaerker gehen.
Um zu sehen wie der sich auswirkt solltes du mal anstatt des
Kondensators dort einen Widerstand einbauen und dann die Spannungen
berechnen aufgrund dieses Offsetstromes. Dann wirst du feststellen das
der Einfluss am kleinsten wird wenn dieser Widerstand der
Parallelschaltung von R1 und R2 entspricht. Deshalb findet man auch in
Schaltungen mir Bipolar Ops dort einen Widerstand und keine direkte
Verbindung nach Masse.
>- I- ist komplett unabhängig von I+ oder ? lässt sich also auch>unabhängig von I+ berechnen ?
Du machst hier einen ganz typischen Fehler, der dir in der Klausur auch
das Genick brechen wird (natürlich hoffentlich nicht!). Du versuchst zu
"verstehen", anstatt Formeln anzuwenden. Da gibt es ganz sicher in
deinem Script eine Selle, an der angegeben wird, wie sich die
Offsetspannung und die Eingansgströme auf die Ausgangsspannung
rechnerisch auswirken. Diese Formel mußt du jetzt anwenden, anstatt
allgemeine Sinnfragen zu stellen. Erinnere dich, für den geschlossenen
Schalter ist die Ausgangsspannung angegeben...
Du kannst Operationsverstärkerschaltungen auf so extrem unterschiedliche
Weise ausrechnen, von Primat bis Kopfschuß, daß du genau die
Voraussetzungen kennen mußt, die der Prof an euch stellt. Dann wird das
Lösen der Aufgaben ganz einfach. Also werf mal einen ganz genauen Blick
ins Script. Wenn du dieses nicht verstehst, frage einen Kollegen, wie
das hergeleitet wurde und wie die exakten Voraussetzungen sind. Sonst
hast du nicht den Hauch einer Chance!
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