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Offroad GTI(R)

08.04.2017,
15:16

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» Ich verstehe nicht genau, warum der OPV solange nachregelt bis die
» Differenzspannung an seinen Eingängen 0 ist.
Das hat sich schon der alte Archimedes gefragt...:-P

Sagtest du nicht, irgendwas von OPV und aus dem Effeff beherrschen?

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
15:35

@ Offroad GTI

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» Sagtest du nicht, irgendwas von OPV und aus dem Effeff beherrschen?

Habe mich geirrt. Ich verstehe dieses Bauteil überhaupt nicht. Im eingeschwungenen Zustand ist also die Regelabweichung 0. Wenn aber die Differenzspannung am OPV null ist, verstärkt er doch nichts. Wieso gibt es dann eine Ausgangsspannung am OPV?

Ingo

Hartwig(R)

08.04.2017,
15:56

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

Hallo,

» Ich verstehe nicht genau, warum der OPV solange nachregelt bis die
» Differenzspannung an seinen Eingängen 0 ist.

das macht der OPV nur dann, wenn eine Gegenkopplung gegeben ist: liegt am inv. Eingang ein + Signal, so erzeugt der Ausgang ein - Signal. Führt man das Ausgangssignal jetzt direkt auf den inv. Eingang zurück, so kompensiert dieses -Signal dort das von außen angelegte +Signal. Logischerweise muss der OPV dafür gerade die -Ausgangsspannung erzeugen, die dem Betrag der Eingangsspannung entspricht. Dadurch, dass der OPV jede geringste Spannungsänderung am Eingang sofort mit einer Gegenspannung am Ausgang beantwortet, stellt sich Am Eingang ein Gleichgewicht von 0V ein. Wir haben also einen Inverter, da Ausgangssignal = Eingangssignal x -1.

Legt man einen Widerstand in den Rückkopplungspfad, muss der OPV am Ausgang logischerweise mehr Spannung erzeugen um das Eingangssignal zu kompensieren. Wir haben den invertierenden Verstärker.

Der gegengekoppelte OPV stellt also einen Regelkreis dar.

Damit kannst Du jetzt wahrscheinlich auch die Bemerkung von Thomas nachvollziehen: Der gegengekoppelte OPV erzeugt das Ausgangssignal derart, daß am Eingang (auch zuweilen Summenpunkt oder virtueller Nullpunkt genannt) immer 0V anliegen. In der Skizze von Thomas wird der Verstärker nach außen - also im Verhältnis Eingangsspannung / Ausgangsspannung - genau proportional als invertierender Verstärker arbeiten. Am Ausgang des OPV aber wird die Spannung anders aussehen, da ja die Z-Spannung (oder die Durchlaßspannung der Z-Diode) zu überwinden sind. Je nach Polarität des Eingangssignales finden sich also Z-Spannung oder Durchlassspannung im Ausgangssignal des OPVs wieder - nicht aber im Ausgangssignal der Gesamtschaltung. Wenn das klar ist, ist der Präzisionsgleichrichter kein Problem mehr!

Grüße
Hartwig

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
16:30

@ Hartwig

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» Dadurch, dass der OPV jede geringste
» Spannungsänderung am Eingang sofort mit einer Gegenspannung am Ausgang
» beantwortet, stellt sich Am Eingang ein Gleichgewicht von 0V ein. Wir haben
» also einen Inverter, da Ausgangssignal = Eingangssignal x -1.

Gute Erklärung, anhand derer ich sehen kann, welche Grundkenntnisse ich gründlich verschlafen habe.
Zum Beispiel mit dem Spannungsgleichgewicht. Wir haben zwar jetzt eine Spannungsdifferenz von 0V, aber trotzdem erzeugt der OPV ein Ausgangssignal, weil er eben noch ein Eingangssignal besitzt, dem jedoch ein betragsgleiches, negatives Signal überlagert ist.
So richtig klick macht es noch nicht. Der OPV verstärkt die Differenz am Eingang, die ist jedoch null, wie kann er dann ein Ausgangssignal erzeugen?



» Legt man einen Widerstand in den Rückkopplungspfad, muss der OPV am Ausgang
» logischerweise mehr Spannung erzeugen um das Eingangssignal zu
» kompensieren. Wir haben den invertierenden Verstärker.

Auch hier fehlt die Grundlage: Wieso muss er durch den Widerstand mehr Spannung erzeugen? In den invertierenden Eingang fließt doch nahezu kein Strom?
Alos liegt die Ausgangsspannung wie vorhin direkt am Eingang.

Gruß
Ingo

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
16:41

@ Hobbyelektroniker Ingo

Nachtrag

In Deinem Beispiel (Invertierer) sind Eingangssignal und Ausgang doch direkt durch die widerstandslose Rückkopplung miteinander verbunden. Wird der OPV dadurch nicht einfach überbrügt bzw. der Eingangsstrom nicht direkt an den Ausgang weitergegeben?

Gruß
Ingo

simi7(R)

D Südbrandenburg,
08.04.2017,
17:22

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

Du musst unterscheiden zwischen einem idealen OPV und dem realen.
Der ideale hat eine unendliche Verstärkung. Demzufolge ist bei einer Gegenkopplung die Differenz am Eingang 0.

Beim realen OPV ist die Verstärkung natürlich begrenzt, kann aber immer noch bei 100000 liegen.
Der Eingangswiderstand ist ideal auch unendlich groß, real natürlich nicht.
Wenn im Gegenkopplungszweig ein Widerstand eingefügt ist hast du recht wenn du sagst dass der nichts bewirkt, es fließt ja kein Strom.
Da es aber einen Eingangswiderstand gibt (entweder durch eingefügten R nach Masse oder der Widerstand der Signalquelle) fließt doch ein Strom durch den Gegenkopplungswiderstand. Dessen Verhältnis zum Eingangswiderstand bestimmt dann die Gesamtverstärkung der Schaltung.

Infolge dieser realen Verhältnisse besteht also tatsächlich eine sehr geringe Differenz an den Eingängen und deshalb funktioniert es.

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
17:28

@ simi7

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

Danke Simi7.

Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite: http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung (blau)? Die rückgekoppelte Spannung ist doch die verstärkte Eingangsspannung.
Wieso ist die Spannungsdifferenz dann 0? Die müsste doch extrem unter null liegen.

Gruß
Ingo

Offroad GTI(R)

08.04.2017,
17:33

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite:
» http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
» Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung (blau)?
Weil der OPV als Spannungsfolger beschaltet ist.

» rückgekoppelte Spannung ist doch die verstärkte Eingangsspannung.
Nein, verstärkt ist da nichts.

» Wieso ist die Spannungsdifferenz dann 0?
Da dies die Grundbedingung für einen "ausgeregelten" OPV ist.
Die Spannungsdifferenz ist nur !=0, wenn dem OPV nicht genügend Versorgungsspannung zur Verfügung steht, um die Eingangsspannung auszugleichen.

» Die müsste doch extrem unter null
» liegen.
Müsste sie nicht.

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
17:38

@ Offroad GTI

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» » Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite:
» » http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
» » Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung (blau)?
» Weil der OPV als Spannungsfolger beschaltet ist.

Ich verstehe es nicht. Was soll dann dieser Satz: "Der OPV wird nicht invertierend vom Eingangssignal Ue angesteuert und verstärkt ein positives Signal mit seiner Leerlaufverstärkung."
Die rückgekoppelte Spannung ist doch mit der Leerlaufverstärkung verstärkt.

Gruß
Ingo

simi7(R)

D Südbrandenburg,
08.04.2017,
17:52

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» » » Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite:
» » » http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
» » » Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung (blau)?
» » Weil der OPV als Spannungsfolger beschaltet ist.
»
» Ich verstehe es nicht. Was soll dann dieser Satz: "Der OPV wird nicht
» invertierend vom Eingangssignal Ue angesteuert und verstärkt ein positives
» Signal mit seiner Leerlaufverstärkung."

Diese Betrachtung ist gemeint solange das Ausgangssignal die Flussspannung der Diode noch nicht erreicht hat. Da gilt noch die Leerlaufverstärkung. In dem Moment wo die Diode leitend wird setzt die Gegenkopplung ein und begrenzt die weitere Verstärkung.


» Die rückgekoppelte Spannung ist doch mit der Leerlaufverstärkung
» verstärkt.

Die (negative) Rückkopplung verringert die Verstärkung, in diesem Falle auf 1.

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
17:58

@ simi7

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» » » » Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite:
» » » » http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
» » » » Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung (blau)?
»
» » » Weil der OPV als Spannungsfolger beschaltet ist.
» »
» » Ich verstehe es nicht. Was soll dann dieser Satz: "Der OPV wird nicht
» » invertierend vom Eingangssignal Ue angesteuert und verstärkt ein
» positives
» » Signal mit seiner Leerlaufverstärkung."
»
» Diese Betrachtung ist gemeint solange das Ausgangssignal die Flussspannung
» der Diode noch nicht erreicht hat. Da gilt noch die Leerlaufverstärkung. In
» dem Moment wo die Diode leitend wird setzt die Gegenkopplung ein und
» begrenzt die weitere Verstärkung.
»
»
» » Die rückgekoppelte Spannung ist doch mit der Leerlaufverstärkung
» » verstärkt.
»
» Die (negative) Rückkopplung verringert die Verstärkung, in diesem Falle auf
» 1.


Ich verstehe es einfach nicht.:-(
Wie verhindert die Schaltung das Abschneiden des Eingangssignals durch die Durchlassspannung.

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
18:03

@ simi7

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» » » » Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite:
» » » » http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
» » » » Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung (blau)?
»
» » » Weil der OPV als Spannungsfolger beschaltet ist.
» »
» » Ich verstehe es nicht. Was soll dann dieser Satz: "Der OPV wird nicht
» » invertierend vom Eingangssignal Ue angesteuert und verstärkt ein
» positives
» » Signal mit seiner Leerlaufverstärkung."
»
» Diese Betrachtung ist gemeint solange das Ausgangssignal die Flussspannung
» der Diode noch nicht erreicht hat. Da gilt noch die Leerlaufverstärkung. In
» dem Moment wo die Diode leitend wird setzt die Gegenkopplung ein und
» begrenzt die weitere Verstärkung.


Dann kann aber die grüne Spannung nicht gleich sein. Sie ist doch verstärkt bis de Diode durchlässt. Also müsste sie sprungartig auf das Niveau der Eingangsspannung fallen.

simi7(R)

D Südbrandenburg,
08.04.2017,
18:17

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» » » » » Ich habe folgendes Problem bei dieser Seite:
» » » » » http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
» » » » » Wieso ist die U- (grün) genauso groß wie die Eingangsspannung
» (blau)?
» »
» » » » Weil der OPV als Spannungsfolger beschaltet ist.
» » »
» » » Ich verstehe es nicht. Was soll dann dieser Satz: "Der OPV wird nicht
» » » invertierend vom Eingangssignal Ue angesteuert und verstärkt ein
» » positives
» » » Signal mit seiner Leerlaufverstärkung."
» »
» » Diese Betrachtung ist gemeint solange das Ausgangssignal die
» Flussspannung
» » der Diode noch nicht erreicht hat. Da gilt noch die Leerlaufverstärkung.
» In
» » dem Moment wo die Diode leitend wird setzt die Gegenkopplung ein und
» » begrenzt die weitere Verstärkung.
»
»
» Dann kann aber die grüne Spannung nicht gleich sein. Sie ist doch verstärkt
» bis de Diode durchlässt. Also müsste sie sprungartig auf das Niveau der
» Eingangsspannung fallen.

Nein, der Sprung findet nur theoretisch statt. Das passiert augenblicklich, die zeitliche Abfolge war nur zum Verständnis.

Hartwig(R)

08.04.2017,
18:35

@ Hobbyelektroniker Ingo

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

Hallo,
probieren wir es mal etwas anders:
Gegeben sei ein idealer OPV, also Verstärkung gegen unendlich, Eingangswiderstand gegen unendlich. Der OPV wird als invertierender Verstärker betrieben mit einem Eingangswiderstand von 10kOhm für die von aussen angelegte Spannung. Die 10kOhm liegen am inv. Eingang des OPV. Der nicht-inv. Eingang liegt an Masse. Der Ausgang des OPV stellt den Ausgang unseres Verstärkers dar. Ein Widerstand von 50kOhm liegt vom Ausgang des OPV an dessen inv. Eingang. Also eine ganz normale Schaltung.

1) Da der gegengekoppelte OPV einen Regelkreis darstellt und auf minimale Spannungsdifferenz (optimal 0V) zwischen inv. Eingang und nicht-inv. Eingang regelt, führt der inv. Eingang 0V, da der nicht-inv. Eingang auf Masse liegt. Legen wir jetzt den Schaltungseingang - also das freie Ende vom 10k-Widerstand auch auf Masse, so ist sichergestellt, dass kein Eingangssignal vorhanden ist, der OPV wird also kein Ausgangssignal erzeugen.

2) Wir nehmen den Eingang von der Masse und legen stattdessen 0,5V an den Eingang, also das freie Ende des 10k-Widerstandes. Da ja der inv. Eingang praktisch 0V darstellt, würden jetzt also 50µA in den inv. Eingang fließen wollen - nur geht das nicht, der ist ja hochohmig. Aber der Verstärker merkt das natürlich und erzeugt - weil es der inv. Eingang ist, ein kräftiges negatives Ausgangssingal. Die Ausgangssignal wirkt über den GK-Widerstand von 50kOhm auf den Eingang zurück und stellt sich so ein, dass der OPV wieder 0V am Eingang sieht (Also Differenz zwischen inv. und nicht-inv.). Nach Adam Riese und G.S. Ohm müssen also 50µA durch den GK-Widerstand vom inv. EIngang zum Ausgang fließen. Also kommen über den Eingangswiderstand 50µA an den Inv. Eingang, durch den GK-Widerstand mit 50kOhm müssen -50µA fließen. Damit ist das Signal am Eingang vollständig kompensiert. Der OPV-Ausgang muß dafür auf -2,5V gehen, dann ist die Bedingung erfüllt und bleibt so erhalten.

3) Vergrößert man jetzt den GK-Widerstand auf 100kOhm, und ändert nicht am Eingangswiderstand und an der Eingangsspannung, so bleiben die Bedingungen erhalten, nur müssen die -50µA jetzt durch 100kOhm fließen. Der Verstärker muss am Ausgang daher auf -5V gehen, damit er wieder "ausgeregelt" ist. Entscheidend bei dieser Betrachtung der GK ist also nicht die Ausgangsspannung des Verstärkers, sondern der Ausgleichsstrom zum inv. Eingang. Hast du jetzt ein nichlineares Bauelement in der GK (Diode z.B.), Dann folgt der Ausgleichsstrom proportional dem Eingangssignal, die Ausgangsspannung des OPV gibt die Nichtlinearität wieder. Möchte man aber die Auswirkung der Nichtlinearität im Signal eliminieren, so muß man den Kompensationsstrom in der GK zum Ausgangssignal machen - das erfolgt durch einen Widerstand in Reihe zu dem nichlinearen Bauelement in der GK, also beim Präzisionsgleichrichter z. B. ein WIderstand zwischen der Diode und dem inv. Eingang.

Vielleicht hilft diese Betrachtung der Ströme.
Grüsse
Hartwig

Hobbyelektroniker Ingo

08.04.2017,
19:12

@ simi7

Verständnisproblem beim Regelungsprinzip

» Nein, der Sprung findet nur theoretisch statt. Das passiert augenblicklich,
» die zeitliche Abfolge war nur zum Verständnis.

Ich meine, bevor die Diode durchlässt ist es doch die verstärkte Eingangsspannung und nicht die Eingangsspannung.
Ich verstehe nicht, wieso die grüne Spannung gleich der blauen ist.

Gruß
Ingo