Ausgangspotential Operationsverstärker

Bei der invertierenden Grundschaltung weil der invertierende Eingang auf 
Masse ist, bei der nichtinvertierenden weil der Spannungsteiler auf 
Masse geht.

Philipp K. schrieb:
> wie
> ein Operationsverstärker die richtige, auf GND referenzierte
> Ausgangsspannung erzeugen kann, obwohl er das GND Potential u.U.
> überhaupt nicht kennt

Das macht er ja überhaupt nicht. Er verändert nur seine Ausgangsspannung 
so lange, bis der Spannungsunterschied zwischen seinen Eingängen über 
die Rückkopplung Null wird.

Den genauen GND-bezogenen Ausgangspegel kann er nur erzeugen, wenn auch 
die Eingangsspannung definiert GND-bezogen ist.

Danke für die Antworten.

@Max: der OP kann ja auch (in gewissen Grenzen) beliebige 
Gleichtaktspannungen auf den Eingängen haben und es funktioniert 
trotzdem.

@Route 66: Das leuchtet mir fast ein, aber so richtig will es mir noch 
nicht in den Kopf. Das ganze funktioniert ja auch wenn der OP ohne 
Rückkopplung betrieben wird. Die Kennlinie 
Eingangsspannungsdifferenz-Ausgangsspannung gegen GND ist dann nur sehr 
steil.
Und dass Eingangs-, Versorgungs- und Ausgangsspannungen ein gem. 
Bezugspotenzial haben müssen ist auch klar. Ich verstehe nur nicht, wie 
es funktionieren kann, ohne dass dieses Potenzial irgendwo am OP 
anliegen muss (klar ist auch, dass es in der Praxis oft an einem Eingang 
anliegt. Aber es funktioniert auch ohne).

Naja, weil der opAmp die Ausgangsspannung so einstellt, dass die 
differenz der eingnagsspannuneg null (resp. die Offsetspannung) wird.

Um welche Schaltung geht es hier eigentlich?

Max H. schrieb:
> Um welche Schaltung geht es hier eigentlich?

Das ist egal für die grundsätzliche Problematik des Verständnisses für 
die Funktion eines OPVs.

@Phillip: Schau Dir nochmal die Funktion und vor allem den Aufbau eines 
OPVs an! Ein OPV verstärkt immer die Differenz seiner Eingangssignale, 
d.h. das Ausgangssignal ist die verstärkte Differenz der Spannung an 
seinen Eingängen. Und die kann auch nur maximal bzw. minimal den Wert 
seiner  Betriebsspannung annehmen. Der OPV hat am Eingang eine 
Differenzstufe die genau das macht. Wie gesagt, schau Dir mal die 
interne Beschaltung bzw. den Aufbau an. Die einzelnen Schaltungsteile 
eines OPVs "sehen" doch auch die Betriebsspannungspotentiale sowie die 
Eingangsspannungen und bilden daraus relativ zu (den) 
Betriebsspannung(en) das Ausgangssignal.

http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/opverst.html

Philipp K. schrieb:
> @Route 66: Das leuchtet mir fast ein, aber so richtig will es mir noch
> nicht in den Kopf. Das ganze funktioniert ja auch wenn der OP ohne
> Rückkopplung betrieben wird.

Nein, das tut es nicht. Ohne Gegenkopplung wird der Ausgang des OPV nur 
zwei Spannungswerte stabil annehmen: den Wert wo der Ausgang so nahe er 
kann an der negativen Betriebsspannung liegt und den so nahe er kann an 
der positiven Betriebsspannung.

Alle Zwischenwerte sind notorisch instabil, weil schon kleinste 
Spannungsunterschiede zwischen den OPV-Eingängen um einen Faktor von 1 
Million und mehr (je nach OPV) auf den Ausgang durchschlagen.

Erst ,it einer Gegenkopplung, die die wirksame Verstärkung auf einen 
sinnvollen Wert begrenzt, kann der OPV am Ausgang auch andere Spannungen 
stabil halten.


XL

Max H. schrieb:
> Um welche Schaltung geht es hier eigentlich?

Ich bin auf die Frage gekommen, weil ich bei einem 
Transimpedanzverstärker Spannungen von wenigen uV messen muss und ich 
mich gefragt habe, wo das richtige Bezugspotenzial auf dem Print für die 
Messung ist, weil sich ja auch das GND-Potenzial je nach Stromfluss 
geringfügig unterscheidet.
So bin ich auf die Frage mit dem Bezugspotenzial des Ausgangs gekommen. 
Ich möchte hier bitte nicht den Transimpedanzverstärker erklärt 
bekommen. Mir war nicht klar wie der OP unter allen Umständen, also auch 
ohne Gegenkopplung, die "richtige" Ausgangsspannung gegen GND erzeugt.

Philipp K. schrieb:
>...Mir war nicht klar wie der OP unter allen Umständen, also auch
> ohne Gegenkopplung, die "richtige" Ausgangsspannung gegen GND erzeugt.

Ist es das jetzt?

> Alle Zwischenwerte sind notorisch instabil, weil schon kleinste
> Spannungsunterschiede zwischen den OPV-Eingängen um einen Faktor von 1
> Million und mehr (je nach OPV) auf den Ausgang durchschlagen.
>
> Erst ,it einer Gegenkopplung, die die wirksame Verstärkung auf einen
> sinnvollen Wert begrenzt, kann der OPV am Ausgang auch andere Spannungen
> stabil halten.

Hi Axel, ist sicher richtig was du sagst, mein Punkt ist aber nicht wie 
stabil  man das hinbekommt.

> ... weil ich bei einem Transimpedanzverstärker Spannungen von wenigen uV messen 
muss ...

Ein Transimpedanz wandelt Strom zu Spannung. Auch wenn es am Schluss 
Mikrovolt sind, vergiss das schnell mal wieder. Das geht so nicht. 
Stichworte sind Offsetspannungsdrift & Thermospannungen

René G. schrieb:

> Ist es das jetzt?

Nö, eigentlich nicht. Mir hat das Argument von Route 66 eingeleuchtet: 
"Das macht er ja überhaupt nicht. Er verändert nur seine 
Ausgangsspannung
so lange, bis der Spannungsunterschied zwischen seinen Eingängen über
die Rückkopplung Null wird."

Mein Einwand ist aber, dass es auch ohne Gegenkopplung funktioniert. Mit 
braucht niemand erzählen dass man einen OP in der Praxis selten offen 
betreibt. Ich würde gern verstehen wie es funktioniert.

Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
>> ... weil ich bei einem Transimpedanzverstärker Spannungen von wenigen uV messen
> muss ...
>
> Ein Transimpedanz wandelt Strom zu Spannung. Auch wenn es am Schluss
> Mikrovolt sind, vergiss das schnell mal wieder. Das geht so nicht.
> Stichworte sind Offsetspannungsdrift & Thermospannungen

Doch, geht sehr gut mit ADC-20 von Picotech (oder was ähnlichem, ich hab 
halt den). Spannungen sind sehr stabil und driften nicht.

Philipp K. schrieb:
> René G. schrieb:
>
>> Ist es das jetzt?
>
> Nö, eigentlich nicht. Mir hat das Argument von Route 66 eingeleuchtet:
> "Das macht er ja überhaupt nicht. Er verändert nur seine
> Ausgangsspannung
> so lange, bis der Spannungsunterschied zwischen seinen Eingängen über
> die Rückkopplung Null wird."
>
> Mein Einwand ist aber, dass es auch ohne Gegenkopplung funktioniert.

Ja, genau so wie ich es Dir oben erklärt habe. Der OPV verstärkt die 
DIFFERENZ der beiden Eingangsspannungen!!! Egal ob mit oder ohne 
Rückkopplung!
Wenn die Eingangsspannungen gleich sind (Gleichtaktsignal), dann ist die 
Ausgangsspannung NULL, weil es keine Differenz zwischen den 
Eingangsspannungen gibt!!! Dir ist schon klar wo der Unterschied 
zwischen Potential und Spannung ist? o.O

> Mit braucht niemand erzählen dass man einen OP in der Praxis selten offen
> betreibt. Ich würde gern verstehen wie es funktioniert.

Natürlich betreibt man einen OPV auch ohne Rückkopplung, nämlich dann, 
wenn ich einen Komparator brauche (die gibt es zwar auch speziell für 
diesen Einsatzzweck mit entsprechend besseren Eigenschaften, aber ein 
OPV ist nunmal von der Funktion her auch ein Komparator).

Schau Dir für das Verständnis vielleicht lieber mal die Funktion eines 
Differenzverstärkers an ;)

Also.
Der Opamp verstaerkt die Differenz der Eingangsspannungen um die 
Openloop Verstaerkung. Die ist nicht unendlich. Sondern bei einem 
Praezisions OpAmp vielleicht 120dB. Bei anderen weniger. siehe Openloop 
Gain im Datenblatt.

Ein OpAmp ist kein Komparator und auch umgekehrt nicht. Ein OpAmp kann 
Clampdioden am Eingang haben, die begrenzen die 
Eingangsspannungsdifferenz und begrenzen auch die Differential Mode 
voltage. Waehrend ein Komparator immer Differential Mode Voltage gleich 
dem Speisungsbereich hat.

Und. Mikrovolt zu verstaerken ist nicht nur Sache des Verstaerkers, 
sondern fast mehr vom drum herum.

Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
> Also.
> Der Opamp verstaerkt die Differenz der Eingangsspannungen um die
> Openloop Verstaerkung. Die ist nicht unendlich. Sondern bei einem
> Praezisions OpAmp vielleicht 120dB. Bei anderen weniger. siehe Openloop
> Gain im Datenblatt.
>

Das hilft dem Fragesteller nur auch nicht weiter.

> Ein OpAmp ist kein Komparator und auch umgekehrt nicht. Ein OpAmp kann
> Clampdioden am Eingang haben, die begrenzen die
> Eingangsspannungsdifferenz und begrenzen auch die Differential Mode
> voltage. Waehrend ein Komparator immer Differential Mode Voltage gleich
> dem Speisungsbereich hat.
>

Das hat auch niemand behauptet. Aber fest steht: man kann einen OPV als 
Komperator einsetzen/betreiben - es wurde an keiner Stelle geschrieben, 
dass ein OPV ein Komparator ist oder umgekehrt, er erfüllt aber den 
Zweck, wenn man es will. Den Komparator hatte ich nur thematisiert, um 
dem TE ein Beispiel dafür zu geben, wo man einen OPV auch ohne 
Rückkopplung einsetzt ;) Was der Schaltungsdesigner draus macht ist 'ne 
andere Geschichte...

> Und. Mikrovolt zu verstaerken ist nicht nur Sache des Verstaerkers,
> sondern fast mehr vom drum herum.

Das stimmt allerdings, hilft dem Fragesteller aber trotzdem nicht für 
das eigentliche Verständnisproblem :P

uwe schrieb:
>> Wenn die Eingangsspannungen gleich sind (Gleichtaktsignal), dann
> ist die
>> Ausgangsspannung NULL, weil es keine Differenz zwischen den
>> Eingangsspannungen gibt!!!
> Nö sondern in der Mitte! Wenn der Operationsverärker nun an +15 und -5V
> asymetreisch versorgt wird, was gibt er dann aus? (Realistischer wären
> allerdings z.B. +15,27V und -14,96V)
> Dem ist es egal ob ich ihn mit 27,5V versorge und gar keinen GND hab, er
> gibt dann halt die Mitte aus, alo 13,75V auf Minus Potential bezogen.

Völlig richtig und wir wissen alle, dass ein OPV und auch eine 
Spannungsquelle niemals ideal sind, aber für das hier eigentlich 
aufgetretene Verständnisproblem ist es recht hilfreich von idealen 
Verhältnissen auszugehen... und davon mal abgesehen:

Philipp K. schrieb:
> ...(Gleichtaktspannung an den Eingängen, symm.
> Spannungsversorgung)...

Aber das Beispiel mit der unsymmetrischen Spannungsversorgung ist 
natürlich gar nicht mal so schlecht, da es noch besser zeigt wie der OPV 
arbeitet ;)

Nun ein OpAmp ist moeglicherweise etwas komplizierter als normalerweise 
angenommen. Es gibt einen theoretischen OpAmp, und es gibt die reellen. 
Den Theoretischen muss man verstanden haben, bevor man die Reellen 
anschaut.
Der Poster scheint dazwischen zu sein.

Die Frage ist berechtigt, bezueglich was die Verstaerkung anliegt. Ein 
theoretischer OpAmp hat eine Verstaerkung von Unendlich, dann ist der 
Bezug egal. Ein Reeller hat eine endliche Verstaerkung. Die nennt sich 
dann Openloop gain, und liegt bei 10^5 .. 10^7. Ein per Widerstand 
zurueckgekoppelter OpAmp ist quasi ein P- Regler. Der Fehler ist nicht 
Null, sondern endlich klein. Etwa eins durch den Openloop gain.