Hallo miteinander,
hab mal wieder ein paar Verständnisfragen:-)
Die Schleifenverstärkung ist das Produkt von Verstärkung und
Rückkopplung.Richtig? Ist auch sehr wichtig für die Stabilität des OPVs?
Um diese zu ermitteln muss ich beide unabhängig voneinander
betrachten(Aufschneiden) damit ich die "reine" Verstärkung bekomme ohne
einfluss von äußeren Bauteile, welche normalerweise die Eigenschaften
eines idealen OPVs bestimmen. Stimmt das soweit?
Was mir nicht ganz klar ist ist der Unterschied zwischen As und Asr. Im
Skript find ich dazu leider nichts.
Gruß Michi
Jeder OP hat ein "Verstärkungs-Bandbreite-Produkt", GBW.
So bald der Wert überschritten wird, ist der OP nicht mehr stabil, da
die Phasenreserve in der Rückkopplung nicht mehr ausreicht.
Aus diesem Grund kann man auch keine "reine Verstärkung" definieren, es
hängt vom Eingangssignal ab.
danke für die antwort:, in meinem skript:-)
bin grad am lernen und deshlab auch der post. mir ist die ermittlung der
schleifenverstärkung nicht ganz klar. Genau so schauts mit der
Ermittlung von Asr aus. Den zusammenhang der Schleifenverstärkung und
dem GBW versteh ich auch nicht so ganz. Über die Schleifenversärkung
kann ich doch das GBW verbessern oder?
Gruß Michi
Wie willst du da etwas verbessern?
Sagen wir du hast ein GBW=1MHz. Dein Signal hat Frequenzanteile bis
1kHz. Somit darf sehr vereinfacht gesprochen die maximale Verstärkung
bei 1Mhz/1kHz=1000 betragen.
So bald die Verstärkung höher wird ändert sich die Gegenkopplung zu
einer Mitkopplung.
Moment mal... GBP hat m.E. nichts mit Instabilität zu tun!
Es ist einfach so, dass ein reeller (sagen wir mal kompensierter) OpAmp
DC mit einem sehr hohen Faktor verstärkt. Je höher die Frequenz des
Eingangssignals, desto geringer wird die Verstärkung
(Tiefpassverhalten). Und das geschieht mit -20dB/Dekade. Deshalb kann
man das GBP als einzelne Zahl darstellen.
Wenn Du den OpAmp nun "an die Strippe" nimmst, klemmst Du die
Verstärkung da ab, wo Du willst. Eben mit Rückkopplung. Solange das
Produkt aus Deiner gewählten Verstärkung und der Frequenz kleiner ist
das das GDP, ist die Verstärkung konstant. Sobald dieser Wert
überschritten wird, nimmt die Verstärkung mit -20dB/Dekande ab.
Ich habe hier:
Beitrag "Verständnisfrage Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt"
schon mal was dazu geschrieben.
Zu Deiner Frage: Trenne in Gedanken die Rückkopplung auf und überlege
Dir, was mit einem Signal passiert, das Du vorne einspeist. Wenn es mit
insgesamt 0° (oder 360°) mit Verstärkung >1 wieder zum Eingang
zurückkommt, knallt's. Dann hast du eben Mitkopplung und bringst immer
mehr Energie ins System. Wenn Dein System das zulässt, und irgendwann
kommt ein Mückenfurz in dieser Frequenz ins System, schwingt es sich
auf. -->Instabilität
Um diese Analyse zu machen, musst Du natürlich die Verstärkung komlex
betrachten.
Nachtrag (präzisierung): Dich interessiert ein Signal, das eben mit 0°
oder 360° Phasenverschiebung einmal im Kreis rumläuft. Dieses Signal ist
ausschlaggebend. Wenn das mit mehr Energie wieder vorne rein kommt, als
es ursprünglich kam, also Verstärkung >1, knallts.
Stichworte: Phase-Margin, Gain-Margin.
danke für die super erklärung aber mir wird einfach nicht klar was die
schleifenverstärkung macht.
ich weiß jetzt wie ich sie ermitteln kann. Die gleichung ist ja wie
folgt A/1+As. As ist das Produkt vom A*K. K ist die Verstärkung des
Rückkopplungszweig. Somit kann ich über K die komplette übertragung
beeinflussen. Nehmen wir mal an ich haben GBW von 100 somit darf bei
einer Frequenz von 20 HZ die Verstärkung nur 5 betragen(bitte kein
Kommentar zu den Dimensionen:-)) Allerdings beträgt die Verstärkung aus
welchem Grund auch immer z.b 30 somit ergibt sich 30*20 ein Produkt das
größer als das GBW ist. OPV ist instabil. Jetzt kommt die
Schleifenverstärkung ins Spiel. ich setzte über die Rückkopplung also
über das K die Verstärkung auf 5 zurück. z.b 30/1*x=5
Dann ist x gelich 5. Also mein Produkt aus A*K = 5 daraus folgt das K
=5/30 ist. Dies muss ich jetzt noch über meinen Widerstand im
Rückkopplungszweig realisieren. Stimmt meine Annahme??
Gruß Michi
Peter schrieb:>Nehmen wir mal an ich haben GBW von 100 somit darf bei> einer Frequenz von 20 HZ die Verstärkung nur 5 betragen
Diese Aussage stimmt so nicht. GBW von 100 heisst, dass der OpAmp selber
bei 10Hz eine Verstärkung von 5 hat. Über Stabilität sagt diese Zahl gar
nichts aus.
Also, erst mal: Was ist die Schleifenverstärkung:
Das ist die totale (komplexe!) Verstärkung eines Signals, welches quasi
einmal im Kreis rumgeführt wird. Wie bestimmst Du die?
a) leg den Eingang der Verstärkerschaltung auf GND (kein Eingangssignal)
b) nimm eine Schere und trenne irgendwo den Feedbackpfad auf. Egal wo.
Muss nicht mal der Feedback-Pfad sein, kann auch ein Schnitt vor, im
oder hinter dem OpAmp sein. Einfach so, dass die Signalschlaufe
OpAmp-->Feedback-->OpAmp(-->Feedback-->OpAmp-->Feedback......)
aufgetrennt ist.
c) berechne die (komplexe!) Verstärkung des Pfades "einmal im Kreis
herum".
Und nun: Warum ist das wichtig? Eben, aus Stabilitätsüberlegungen. Siehe
oben.
Grundsätzlich kann man aber sagen, dass das ganze keinen Sinn macht,
wenn man sagt: Die Verstärkung von hier nach da beträgt 12.5. Vielmehr
müsste es heissen: 12.5+j*omega*1.35. Das ist jetzt irgendein aus der
Luft gegriffenes Zahlenbeispiel, als Test für Dich: Wenn Dir dies etwas
sagt, dann kannst Du Dich ganz einfach ins Thema einlesen mit Google
nach Phase Margin oder Gain Margin. Wenn Du keine Ahnung hast, was das j
bedeutet, dann musst Du etwas tiefer in die Materie reingehen. Das ist
dann auch nicht in 20 Sätzen zu erklären.
Dann empfehle ich Dir, Dich erst mal mit komplexen Zahlen zu befassen,
da gibt es auch haufenweise Literatur, gerade im Zusammenhang mit
Elektronik. So bekommst Du das Rüstzeug, um das mit der
Schleifenverstärkung und der Stabilität zu verstehen.
Gruäss
Simon
herzlichen dank für die ausführliche antwort. komplexe zaheln kenne ich
soweit und werd jetzt mal google benutzen. aber 100 dank für die mühe
und lange antwort. gruß
ach gott bin ich auf den kopf gefallen. ich muss wohl meine englisch
kenntnisse aufbessern. du meinst pahsenrand und amplitudenrand. und eben
die stabilitätskriterien im bodediagramm??
Vielleicht kurz zur Grundidee dahinter. Aber eben, mathematisch muss man
das mit komplexen Zahlen lösen. Ist nicht sonderlich schwierig, muss man
aber halt erst mal lernen.
Der OpAmp verstärkt Dir ein Signal. Allerdings tut er das nicht beliebig
schnell. Ein schnelles Sinus-Signal wird also nicht einfach verstärkt
hinten rausgegeben, sondern ein bisschen verzögert.
Der Feedback-Pfad verzögert dieses Signal vielleicht auch noch.
Wenn also ein Sinussignal vorne rein kommt, wird dieser verstärkt,
verzögert, dann abgeschwächt und nochmals etwas verzögert (im
Feedback-Pfad) und kommt wieder vorne rein. Nun ist es sehr wichtig zu
wissen, was in diesem einmal-rundherum mit dem Signal passiert ist. Wenn
es jetzt gerade so viel verzögert wurde, dass es wieder gleich dem
ursprünglichen Signal ist, jedoch sogar ein bisschen grösser, dann
kannst Du das Ursprungssignal abschalten. Das rückgekoppelte Signal wird
jetzt nämlich wieder einmal im Kreis rumgehen und noch ein bisschen
grösser am Eingang ankommen. Und so weiter. --> Instabilität.
Nun ist es so, dass es kompensierte und unkompensierte OpAmps gibt. Bei
ersteren ist es so, dass es Frequenzen gibt, bei denen obiges passiert,
wenn Du direkt rückkoppelst. Da musst Du aktiv was tun, um das
Schlamassel zu verhindern.
Kommpensierte OpAmp sind hingegen recht "brav". Direkte Rückkopplung
führt nicht zu Instabilität, weil bei der Frequenz, wo die Gegenkopplung
faktisch eine Mitkopplung wird, das Signal so stark abgeschwächt wird,
dass nichts mehr schlimmes passiert.
Dass das ganze Stabilitätszeug nichts mit dem GBP zu tun hat, ist
insofern nicht ganz korrekt, als dass die Kompensation der "braven"
OpAmps eben durch "brave" GBP erreicht wird. Also schnelle Signale, die
180° verschoben werden, nicht mehr verstärken, sondern abschwächen.
Allerdings kannst Du mit (un)geeigneter Rückkopplung durchaus noch
Instabilität erreichen.
Gruäss
Simon
Peter schrieb:> du meinst pahsenrand und amplitudenrand.
Noch nie gehört, aber das wird's wohl sein. :-)
und eben
> die stabilitätskriterien im bodediagramm??
Jup.
Ups, gerade gesehen: "bei ersteren" sollte natürlich "bei letzteren"
heissen
Sorry, gell, hab halt bei meinem literarischen Erguss zwei Posts von Dir
verpasst. :-)
Jup. Das kannst Du Dir einfach so vorstlellen: 0°/360°: Wenn, was rein
kommt, rauf geht, geht, was zurückkommt, auch rauf.
180°: Wenn, was rein kommt, rauf geht, geht, was zurückkommt, runter.
Jetzt ist es so, dass Du ja explizit Gegekopplung hast. Das impliziert
schon mal 180°. Also ist der wichtige Punkt bezüglich
Stabilitätskriterien bei den verbleibenden 180° die die vollen 360°
ausmachen. Ist halt eine Frage der Sichtweise.
Wenn Du also GEGENkopplung impliziert, heisst das, dass Du bei
(zusätzlichen) 180° im Pfad Mitkopplung hast.
Der Trick, um das nicht durcheinanderzubringen ist, sich wirklich die
Schere vorzustellen. Der Schnitt ist an einem Punkt. Also wird das
Signal wenn es einmal rundherum geht, durch die Gegenkopplung auf jeden
Fall genau einmal um 180° gedreht.
>Stimmt das soweit?
Stabilitätsanalysen macht man heute mit Simulatoren. Mit den üblichen
Bodediagrammen kann man das Verhalten oft nur näherungsweise darstellen,
was in spezielleren Schaltungen, beispielsweise solche mit großen
kapazitiven Lasten am Ausgang, zum Lotteriespiel wird.
Hier ist ein konkretes Beispiel gezeigt:
Beitrag "Re: kapazitive Last kompensieren Ansatz?"
