Ausgangsimpedanz Opamp in Gegenkopplung

Gast #3311599
Hi,ich bin dabei zu verstehen, welchen Einfluss die Ausgangsimpedanz 
eines gegengekoppelten Opamps auf einen nachgeschalteten A/D-Wandler 
hat.

Mit größer werdenen Ausgangsimpedanz braucht der A/D-Wandler ja länger 
zum Wandeln.

Hab das ganze in Ltspice simuliert. (siehe Schaltung im Anhang) Ich 
verstehe nicht wieso das tau laut Simulation bei ca. 13µs liegt. 
Vollständig aufgeladen ist der Kondensator erst bei 20µs.

Hab das versucht zu berechnen, komme aber nicht auf das tau aus der 
Simulation.

tau=Ri*Cs

Za=Ra
Ri=Rs+Ra

Eine Formel zur Berechnung der Ausgangsimpedanz Za habe ich gefunden.
Quelle: http://bis05.bi.funpic.de/ae/EA_Vorlesung_105_181+Anhang_6.pdf

Za=R0/(Ad(R23/R24+R23)+1)

R0=Ausgangswiderstand des Opamps ohne Gegenkopplung ca. 20Ohm
Ad=Leerlaufverstärkung ca 70.000

Wenn ich die Ausgangsimpedanz berechne, kommt ein kleinerer Wert als das 
R0 raus.... kann ja irgendwie nicht sein oder?

Das tau scheint unabhängig von den Widerständen R23 und R24 zu sein.

Wie bestimme ich das Ri um das tau zu erechnen?
Angehängte Dateien:
Gast
Die Ausgangsimpedanz des OPs liegt ohne Rückkopplung so in der 
Größenordnung 50 Ohm bis vielleicht 10 K. Durch die Rückkopplung wird 
die Ausgangsimpedanz noch einmal deutlich reduziert, etwa um die 
Schleifenverstärkung. Gerade bei niedriger Frequenz gibt das eine sehr 
kleine Ausgangsimpedanz. Ganz natürlich ist das weniger als ohne 
Rückkopplung. Der Wert für ohne Rückkopplung gilt dann ggf. bei hohen 
Frequenzen.

Zu höheren Frequenz steigt die Impedanz, und hat entsprechend auch 
induktiven Charakter - also als Ersatzschaltung mehr eine Induktivität 
als ein Widerstand.
Gast
Ich habe eine Gleichspannung am Eingang des Opamps.
Trotzdem ist mir immer noch nicht klar wie sich die Ausgangsimpedanz auf 
den Widerstand des Tiefpasses auswirkt.
Aus deiner Aussage habe ich entnommen, das die Ausgangsimpedanz bei 
gegenkopplung kleiner wird.

Ist es nicht so das man den Kondensator bildlich rausnimmt und in die 
Klemmen hineinschaut. Kann mann dann die Impedanz in Reihe zu dem 
Widerstand Rs sehen?
Ein stark gegengekoppelter OPV hat üblicherweise eine (dyn.) 
Ausgangsimpedanz im untersten Ohm bzw. mOhm-Bereich. Da interessiert 
also dessen Ausgangsimpedanz überhaupt nicht, wenn man ihm 10k 
nachschaltet, wie in deinem Falle.
Offensichtlich simulierst Du das "Gesamt-tau" über alles. Ich kenne mich 
mit Simulationen nicht weiter aus, aber wenn die Startup-Angabe im Bild 
von 40µs die Flanke des Einganssignals sein soll, braucht man sich über 
Ausgangsflanken im µs-Bereich nicht zu wundern.
Gast
Hi, ah ok das Problem war das Eingangssignal.
Habe jetzt ein Impuls mit einer sehr niedrigen Anstiegsflanke erstellt. 
Jetzt entspricht auch das Tau in etwa dem berechneten.

Vielen Dank nochmal für die Aufklärung von euch beiden!
> Jetzt entspricht auch das Tau in etwa dem berechneten.

Die Abweichung kommt von der endlichen Bandbreite(10MHz) des gewählten 
Opamps. Schau dir mal das Ausgangssignal des Opamps an. Mit rechtem 
Mausklick auf das platzierte Symbol bekommst du ein Dialogfenster. Da 
kannst du die Bandbreite einstellen.
Das von dir gewählte fast ideale Opamp-Modell hat übrigens Rout=0Ohm. Du 
könntest Rout extern einfügen um dessen Einfluss zu simulieren.
Hai!

Jacob schrieb:
> R0=Ausgangswiderstand des Opamps ohne Gegenkopplung
> ca. 20Ohm Ad=Leerlaufverstärkung ca 70.000
>
> Wenn ich die Ausgangsimpedanz berechne, kommt ein
> kleinerer Wert als das R0 raus....

Ja, richtig.

> kann ja irgendwie nicht sein oder?

Doch, selbstverstaendlich. Die (dynamische) Ausgangsimpedanz
irgendeines Verstaerkers (also nicht unbedingt mit OPV) laesst
sich durch Rueckkopplung stark beeinflussen - sowohl erhoehen
als auch erniedrigen. Haengt vom Typ der Rueckkopplung ab
(Spannungs- bzw. Stromgegenkopplung).
Bei OPV ist (aufgrund der Innenschaltung) meist nur
"erniedrigen" sinnvoll machbar. Das ist aber auch die Richtung,
die man meistens haben will.

> Das tau scheint unabhängig von den Widerständen R23
> und R24 zu sein.

Auch richtig, ja. (Zumindest fuer "vernuenftige" Werte von
R23 und R24.)

Allgemeine Warnung: OPV-Schaltungen sind Regelkreise, und
Regelkreise koennen sich sehr unerwartet verhalten. (Sie
koennen beispielsweise ein Ausgangssignal liefern, ohne
dass ein Eingangssignal anliegt...hihi...)
Du hast gerade eine leichte Kostprobe bekommen :)

Grusz,
Rainer
> Du hast gerade eine leichte Kostprobe bekommen :)

Nein. Der Fragesteller hat in seier Schaltung den Eingang von 0V nach 1V 
in 20us hochgefahren. Da seine RC-Zeitkonstante aber nur 80ns beträgt, 
hat er diese RC-Zeitkonstante nicht "sehen" können.
Hai!

Helmut S. schrieb:
>> Du hast gerade eine leichte Kostprobe bekommen :)
>
> Nein.

Hmm... naja... Standpunktssache.

Es mag ja an meinem sehr schlichten Gemuet liegen, aber
ich finde es schon ueberraschend, dass die Ausgangs-
impedanz einer Verstaerkerstufe deutlich geringer sein
kann als die Ausgangsimpedanz des verstaerkenden
Bauelementes.

Darauf bezog sich meine Bemerkung.

> Der Fragesteller hat in seier Schaltung den Eingang
> von 0V nach 1V in 20us hochgefahren. Da seine
> RC-Zeitkonstante aber nur 80ns beträgt, hat er diese
> RC-Zeitkonstante nicht "sehen" können.

Ja. Ungeschick bei der Simulation.

Aber: Der Fragesteller schrieb:
>> Das tau scheint unabhängig von den Widerständen R23
>> und R24 zu sein.

...und diese Aussage ist (naeherungsweise) richtig: Das tau
haengt ja tatsaechlich nicht vom Absolutwert der Widerstaende
ab - sondern primaer von R_s und in zweiter Linie vom OPV und
der gewaehlten Schleifenverstaerkung.

Allerdings hat das alles nicht viel mit seinem Problem zu tun,
da gebe ich Dir Recht. Das hatte ich bei meiner Antwort nicht
beachtet. Meine Beitrag ist missverstaendlich.

Grusz,
Rainer

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