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Hallo, ich hab mir von Thomas den Minikurs zum OP angeschaut und dort wird ja auch die virtuelle GND erwähnt. Verstanden habe ich sie noch nicht so richtig, da mir irgendwie allein die Definition nicht klar ist, wie sie auf Wikipedia zu finden ist, aber wo ich mir immer wieder den Kopf zerbreche ist die Gegenkopplung, speziell als Impedanzwandler / Spannungsfolger.
wenn ich jetzt erst mal den OpAmp ohne Gegenkopplung Beschalte heißt es ja:
Ua = (Ue+ - Ue-) * A0
(A0 = openloop-gain)
soweit so gut, kommt dann die Gegenkopplung ins Spiel wirds verwirrend. Laut obiger Formel müsste das ganze bei Gegenkopplung auf Ua = (5-5)*10^5 = 0 V hinauslaufen. Wenn ich das ganze so durchspiele hat er ja im ersten Moment bei +-5V Ub und Ue+ = 5V
(5V - 0V) * 10^5 = 500.000 V => 5V
Dann realisiert er die 5V:
(5V -5V) * 10^5 = 0V
usw...:
(5V-0V) * 10^5 = 500.000 V => 5V
Teufelskreis... logisch erscheint für mich eigentlich das 0V rauskommen müsste am Ausgang, schließlich ziehe ich die Volle Ausgangsleistung ab und für 5V am Ausgang bräuchte ich 50uV... sprich bei einer verstärkung von 10^5 einen Spannungsteiler von 99k/100k, damit bei 5V am Ausgang 50uV an den Eingängen herrscht. Wo liegt mein Denkfehler?

» müsste am Ausgang, schließlich ziehe ich die Volle Ausgangsleistung ab und
» für 5V am Ausgang bräuchte ich 50uV... sprich bei einer verstärkung von
» 10^5 einen Spannungsteiler von 99k/100k, damit bei 5V am Ausgang 50uV an
» den Eingängen herrscht. Wo liegt mein Denkfehler?
Edit, sorry, nicht 99k/100k sondern ein Teiler von 1/100.000

» » müsste am Ausgang, schließlich ziehe ich die Volle Ausgangsleistung ab
» und
» » für 5V am Ausgang bräuchte ich 50uV... sprich bei einer verstärkung von
» » 10^5 einen Spannungsteiler von 99k/100k, damit bei 5V am Ausgang 50uV
» an
» » den Eingängen herrscht. Wo liegt mein Denkfehler?
» Edit, sorry, nicht 99k/100k sondern ein Teiler von 1/100.000

Hallo,

von einem virtuellem Nullpunkt (oder virtuellem gnd) sprich man, weil im Verstärkerbetrieb dort statisch gesehen 0V liegen - also Massepotenzial. Das ist idealisiert, ohne Offsetspannungen/Ströme, Bias und dergl.

0V bedeutet, das die Spannung dort (also an beiden Eingängen)identisch mit der Schaltungsmasse ist.

Legst Du jetzt eine Spannung an den Eingang des beschalteten OPV, kannst Du den Strom durch den Eingangswiderstand einfach ausrechnen, da der ja quasi nach Masse fliesst. Gehen wir von einem Eingangswiderstand von 10k aus, dann hätten wir hier 100µA bei 1V Eingangsspannung. Der Strom fließt quasi in den virtuellen Nullpunkt hinein.

Liegt der Widerstand nun am invertierendem Eingang, so hat der Strom eine sofortige Reaktion des Verstärkers zur Folge. Aufgrund der Invertierung wird das Ausgangssignal negativ.

Nehmen wir jetzt an, der Ausgang sei über 100k auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt. Dadurch fließt ein Strom durch diesen 100k-Widerstand. Aufgrund der negativen Ausgangsspannung fließt dieser Strom entgegengesetzt zu dem Strom, der durch den Eingangswiderstand fliesst, er kompensiert ihn also dementsprechend. Um wieder einen Ausgleich am virtuellem Nullpunkt zu erreichen, müssen vom Ausgang also -100µA fliessen, bei 100k Rückkopplungswiderstand (besser Gegenkopplungswiderstand) muss der Ausgang auf -10V gehen, dann haben wir in der Schaltung wieder stabile Verhältnisse.

Die Strombetrachtung am virtuellem Nullpunkt mit der Annahme, dass ein gegengekoppelter Verstärker alles tun wird, um die Differenz zwischen beiden Eingängen zu "Null" zu machen, helfen oft bei der Schaltungsanalyse.

Grüsse
Hartwig

Edit:
man kann das auch anders sagen: damit der virtuelle Nullpunkt uns als solcher erhalten bleibt, muss die Summe der Ströme dort Null sein. Dabei geht man einfacherweise zunächst davon aus, dass in den Verstärkereingang selbst kein Strom fliesst. Also die Ströme ansehen, nicht die Spannungen!

» Hallo, ich hab mir von Thomas den Minikurs zum OP angeschaut und dort wird
» ja auch die virtuelle GND erwähnt. Verstanden habe ich sie noch nicht so
» richtig, da mir irgendwie allein die Definition nicht klar ist, wie sie
» auf Wikipedia zu finden ist, aber wo ich mir immer wieder den Kopf
» zerbreche ist die Gegenkopplung, speziell als Impedanzwandler /
» Spannungsfolger.
» wenn ich jetzt erst mal den OpAmp ohne Gegenkopplung Beschalte heißt es
» ja:
» Ua = (Ue+ - Ue-) * A0
» (A0 = openloop-gain)
» soweit so gut, kommt dann die Gegenkopplung ins Spiel wirds verwirrend.
» Laut obiger Formel müsste das ganze bei Gegenkopplung auf Ua = (5-5)*10^5
» = 0 V hinauslaufen. Wenn ich das ganze so durchspiele hat er ja im ersten
» Moment bei +-5V Ub und Ue+ = 5V
» (5V - 0V) * 10^5 = 500.000 V => 5V
» Dann realisiert er die 5V:
» (5V -5V) * 10^5 = 0V
» usw...:
» (5V-0V) * 10^5 = 500.000 V => 5V
» Teufelskreis... logisch erscheint für mich eigentlich das 0V rauskommen
» müsste am Ausgang, schließlich ziehe ich die Volle Ausgangsleistung ab und
» für 5V am Ausgang bräuchte ich 50uV... sprich bei einer verstärkung von
» 10^5 einen Spannungsteiler von 99k/100k, damit bei 5V am Ausgang 50uV an
» den Eingängen herrscht. Wo liegt mein Denkfehler?

Hallo,
vielleicht hilft diese Erklärung weiter.

» » » müsste am Ausgang, schließlich ziehe ich die Volle Ausgangsleistung ab
» » und
» » » für 5V am Ausgang bräuchte ich 50uV... sprich bei einer verstärkung
» von
» » » 10^5 einen Spannungsteiler von 99k/100k, damit bei 5V am Ausgang 50uV
» » an
» » » den Eingängen herrscht. Wo liegt mein Denkfehler?
» » Edit, sorry, nicht 99k/100k sondern ein Teiler von 1/100.000
»
» Hallo,
»
» von einem virtuellem Nullpunkt (oder virtuellem gnd) sprich man, weil im
» Verstärkerbetrieb dort statisch gesehen 0V liegen - also Massepotenzial.
» Das ist idealisiert, ohne Offsetspannungen/Ströme, Bias und dergl.
»
» 0V bedeutet, das die Spannung dort (also an beiden Eingängen)identisch mit
» der Schaltungsmasse ist.
»
» Legst Du jetzt eine Spannung an den Eingang des beschalteten OPV, kannst
» Du den Strom durch den Eingangswiderstand einfach ausrechnen, da der ja
» quasi nach Masse fliesst. Gehen wir von einem Eingangswiderstand von 10k
» aus, dann hätten wir hier 100µA bei 1V Eingangsspannung. Der Strom fließt
» quasi in den virtuellen Nullpunkt hinein.
»
» Liegt der Widerstand nun am invertierendem Eingang, so hat der Strom eine
» sofortige Reaktion des Verstärkers zur Folge. Aufgrund der Invertierung
» wird das Ausgangssignal negativ.
»
» Nehmen wir jetzt an, der Ausgang sei über 100k auf den invertierenden
» Eingang zurückgekoppelt. Dadurch fließt ein Strom durch diesen
» 100k-Widerstand. Aufgrund der negativen Ausgangsspannung fließt dieser
» Strom entgegengesetzt zu dem Strom, der durch den Eingangswiderstand
» fliesst, er kompensiert ihn also dementsprechend. Um wieder einen
» Ausgleich am virtuellem Nullpunkt zu erreichen, müssen vom Ausgang also
» -100µA fliessen, bei 100k Rückkopplungswiderstand (besser
» Gegenkopplungswiderstand) muss der Ausgang auf -10V gehen, dann haben wir
» in der Schaltung wieder stabile Verhältnisse.
»
» Die Strombetrachtung am virtuellem Nullpunkt mit der Annahme, dass ein
» gegengekoppelter Verstärker alles tun wird, um die Differenz zwischen
» beiden Eingängen zu "Null" zu machen, helfen oft bei der
» Schaltungsanalyse.
»
» Grüsse
» Hartwig
»
» Edit:
» man kann das auch anders sagen: damit der virtuelle Nullpunkt uns als
» solcher erhalten bleibt, muss die Summe der Ströme dort Null sein. Dabei
» geht man einfacherweise zunächst davon aus, dass in den Verstärkereingang
» selbst kein Strom fliesst. Also die Ströme ansehen, nicht die Spannungen!

Mhs, ja, aber das ist ja eine idealisierte Betrachtung... Aber wenn man mal real bleibt, und die Idealvorstellung nach hinten schiebt, ist das ja ein Differenzverstärker mit nachgeschalteter Endstufe. Wenn das ganze jetzt als Impedanzwandler (im nicht-invertierten Betrieb) mit Leerlaufverstärkung 100.000 geschaltet ist muss, damit am Ausgang eine Spannung von 5V nach GND herrscht ja am Eingang 50 uV anliegen. Aber wenn 5V am Ausgang anliegen würden, hätten wir ja keine 50 uV Differenz mehr. Das heißt, damit am Eingang 50 uV anliegen können, müssten am Ausgang 4,99995V anliegen. Aber wenn wiederum 4,99995 V anliegen würden, hätten wir keine Leerlaufverstärkung von 100.000 mehr:
V = Ua / Ud = 4,99995 / 0,00005 = 99.999
V = Ua / Ue = 0,99999
Zauberei?!

Hallo,
mit "idealisiert" meminte ich - wie erwähnt - das Offset und Bias unberücksichtigt bleiben.
Dein Problem ist, dass Du von einer Betrachtung der Spannung ausgehst und von einer Eingangsspannung ausgehts, die sich aber bei einem geschlossenenm System nicht einstellen kann. Die Schleifenverstärkung bzw. Lehrlaufverstärkung kann aus praktische Sicht als "unendlich" angenommen werden.
Betrachte einmal wirklich die Ströme, gehe davon aus, dass am "virtuellen Nullpunkt" wirklich 0V anliegen und dass es keine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen des OPs gibt. (Bei unendlicher Verstärkung reicht eine minimalste (unendlich kleine!) Eingangsspannung zur Vollaussteuerung bzw. Übersteuerung - also eine Spannung von (fast)0V. Wenn Du mit µV rechnest - ok, aber ein "Feld-Wald-und-Wiesen OPV" hat am Eingang bereits eine Fehlerspannung (Offset) in der Gegend um 1-5mV.
Mit der Leerlaufverstärkung und Eingangsspannungen direkt am OP zu rechnen, bringt in diesem Fall nichts! Auch als Spannungsfolger wirkt der Ausgang unmittelbar auf den Eingang zurück!

Zum ersten Verständnis der Grundschaltungen ist es durchaus sinnvoll, vom idealen OPV auszugehen, also unendlich hohe Verstärkung etc. Das genau ist auch in dem Posting vom Kendiman gut dargestellt.

Grüsse
Hartwig

» Hallo,
» mit "idealisiert" meminte ich - wie erwähnt - das Offset und Bias
» unberücksichtigt bleiben.
» Dein Problem ist, dass Du von einer Betrachtung der Spannung ausgehst und
» von einer Eingangsspannung ausgehts, die sich aber bei einem
» geschlossenenm System nicht einstellen kann. Die Schleifenverstärkung bzw.
» Lehrlaufverstärkung kann aus praktische Sicht als "unendlich" angenommen
» werden.
» Betrachte einmal wirklich die Ströme, gehe davon aus, dass am "virtuellen
» Nullpunkt" wirklich 0V anliegen und dass es keine Spannungsdifferenz
» zwischen den beiden Eingängen des OPs gibt. (Bei unendlicher Verstärkung
» reicht eine minimalste (unendlich kleine!) Eingangsspannung zur
» Vollaussteuerung bzw. Übersteuerung - also eine Spannung von (fast)0V.
» Wenn Du mit µV rechnest - ok, aber ein "Feld-Wald-und-Wiesen OPV" hat am
» Eingang bereits eine Fehlerspannung (Offset) in der Gegend um 1-5mV.
» Mit der Leerlaufverstärkung und Eingangsspannungen direkt am OP zu
» rechnen, bringt in diesem Fall nichts! Auch als Spannungsfolger wirkt der
» Ausgang unmittelbar auf den Eingang zurück!
»
» Zum ersten Verständnis der Grundschaltungen ist es durchaus sinnvoll, vom
» idealen OPV auszugehen, also unendlich hohe Verstärkung etc. Das genau ist
» auch in dem Posting vom Kendiman gut dargestellt.
»
» Grüsse
» Hartwig
Wie meinst du das mit dem geschlossenen System? Also das dort keine definierte Spannung herrscht? Also ich meine, man legt doch von außen eine definierte Eingangsspannung an. z.B. 5V oder was auch immer. Wenn ich jetzt den Idealen OPV betrachte als Spannungsfolger, weis ich nicht so ganz was mir die Betrachtung von den Strömen hilft, weil Eingangswiderstand = unendlich, Ausgangswiderstand = 0. Heißt wenn ich den Ausgang auf Ue- zurückkopple fließt kein Strom, da Eingangswiderstand = unendlich. Dasselbe beim Ue+ Eingang.

Du liegst nicht so falsch mit deiner Annahme.

Hab dir eine Simulation gemacht.



1µV ist hier allerdings vernachlässigbar.

Je idealer der OP-Amp umso kleiner die Differenzspannung zwischen pos. und neg. Eingang.

» Du liegst nicht so falsch mit deiner Annahme.
»
» Hab dir eine Simulation gemacht.
»
»
»
» 1µV ist hier allerdings vernachlässigbar.
»
» Je idealer der OP-Amp umso kleiner die Differenzspannung zwischen pos. und
» neg. Eingang.
Ja ich frag mich nur wohin das geht. Ich denk das auch einfach weil, es ist ja ein Differenzverstärker am Eingang, also wenn Ud 0 wäre, wäre der Ausgang ja auch null, dann würde das ganze ja überhaupt nicht funktionieren. Deswegen muss Ud größer Null sein. Nur wo diese 1 uV wie bei dir in der Simulation abfallen ist mir rätselhaft.

» » Du liegst nicht so falsch mit deiner Annahme.
» »
» » Hab dir eine Simulation gemacht.
» »
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» » 1µV ist hier allerdings vernachlässigbar.
» »
» » Je idealer der OP-Amp umso kleiner die Differenzspannung zwischen pos.
» und
» » neg. Eingang.
» Ja ich frag mich nur wohin das geht. Ich denk das auch einfach weil, es
» ist ja ein Differenzverstärker am Eingang, also wenn Ud 0 wäre, wäre der
» Ausgang ja auch null, dann würde das ganze ja überhaupt nicht
» funktionieren. Deswegen muss Ud größer Null sein. Nur wo diese 1 uV wie
» bei dir in der Simulation abfallen ist mir rätselhaft.
Naja okay, du nimmst nen 100k Widerstand, aber ich kenne den Impedanzwandler eigentlich nur ohne Widerstand, hier schaltet den irgendwie jeder anders, als ich ihn kennen gelernt habe. Bei der Version die ich kenne, wird der Ausgang auf den Invertierenden Eingang zurückgeführt - und nicht etwa mit Masse verbunden - und Der normale Eingang so ans Eingangssignal geschaltet. Bei dir fallen wahrscheinlich 1uV am Widerstand ab. Oder irre ich mich?

Da ist jetzt Impedanzwandler mit Invertierenden Verstärker durcheinandergeraten.

Nur der Inv. Verstärker hat einen Virtuellen GND wie im Titel genannt. Darum hab ich Den simuliert.

Der Impedanzwandler hat vermutlich eine Verstärkung von minimalst <1

Werd auch das simulieren. OK?




Die grüne Kurve ist die Differenzspannung zwischen Aus und Eingang. Also Verstärkungsfaktor 0,999999

Hallo Seb,

» Ja ich frag mich nur wohin das geht. Ich denk das auch einfach weil, es
» ist ja ein Differenzverstärker am Eingang, also wenn Ud 0 wäre, wäre der
» Ausgang ja auch null, dann würde das ganze ja überhaupt nicht
» funktionieren.

Absolut richtig. Nur ist es so, dass im theoretischem Modell idealisierend 0 V genannt werden darf. Das macht auch die Formulierung zur Funktion der Gegenkopplung sehr viel einfacher.

Real ist die Situation so, dass die Differenzspannung im µV-Bereich liegt, wie Dir die Simulation zeigt. Diese µV ist im Vergleich V so klein, dass man eben auch für viele praktische Anwendungen sagen darf, es handelt sich um 0 V.

Diese fast Nullvolt-Spannung kommt durch die extrem hohe Opamp-interne Leerlaufverstärkung zustande die meist bei mehreren 100'000 liegt.

WICHTIGER HINWEIS:

Ich könnte an dieser Stelle noch lange weiterfahren, aber ich will das einfach nicht, denn es wäre dann in gewissem Sinne doppelte Arbeit, weil genau diese Sache habe ich u.a. in meinen Opamp-Minikursen praxisnah thematisert. Daher noch einmal meine Bitte, nimm Dir doch gelegentlich genug Zeit diese Inhalte zu lesen und dann frage, wenn Du dort ein Textteil in Verbindung einem dort dargestellten Schema nicht verstehst. Dann kann ich Dir dieses Textteil zusätzlich erklären. Vielleicht aus Zeitgründen nicht immer gleich sofort. Okay?

» Deswegen muss Ud größer Null sein. Nur wo diese 1 uV wie
» bei dir in der Simulation abfallen ist mir rätselhaft.

Zwischen dem invertierenden Eingang und GND, weil GND identisch ist mit dem nichtinvertierenden Eingang. Es geht also eindeutig um die differenzielle Eingangsspannung.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Zwichen dem invertierenden Eingang und GND, weil GND identisch ist mit
» dem nichtinvertierenden Eingang. Es geht also eindeutig um die
» differenzielle Eingangsspannung.
Aber wenn GND identisch mit dem nicht-invertierenden Eingang ist würde man ja zwischen Ue+ und GND 0 Volt Messen, aber zwischen GND und Ue+ hängt doch die Spannungsquelle...??

» Zwichen dem invertierenden Eingang und GND, weil GND identisch ist mit
» » dem nichtinvertierenden Eingang. Es geht also eindeutig um die
» » differenzielle Eingangsspannung.
» Aber wenn GND identisch mit dem nicht-invertierenden Eingang ist würde man
» ja zwischen Ue+ und GND 0 Volt Messen, aber zwischen GND und Ue+ hängt doch
» die Spannungsquelle...??
Hier dazu folgendes Bild:

» Zwichen dem invertierenden Eingang und GND, weil GND identisch ist mit
» » dem nichtinvertierenden Eingang. Es geht also eindeutig um die
» » differenzielle Eingangsspannung.
» Aber wenn GND identisch mit dem nicht-invertierenden Eingang ist würde man
» ja zwischen Ue+ und GND 0 Volt Messen, aber zwischen GND und Ue+ hängt doch
» die Spannungsquelle...??

Vielleicht verstehst Du diese Formulierung: "...weil GND quasi-identisch ist mit dem nichtinvertierenden Eingang".

Versuche aus all dem was andere ELKO-Forum-Teilnehmer und ich Dir erklärt haben, zu verstehen, dass dieser virtuelle GND (virtuelle Spannung) durch einen Regelprozess zustande kommt und deshalb quasi-identisch ist.

Es gibt etwas ganz ähnlich Quasi-identisches zwischen zwei Frequenzen. Bei einer PLL-Schaltung. Du wirst das dann einmal kennenlernen, wenn Du dich damit befassen wirst. Auch das ist ein regelungstechnischer Vorgang.

Ansonsten meine Empfehlungen in meinem letzten Posting. Die Opamp-Minikurse lassen grüssen...

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Im letzten Bild von mir hab ich versucht mein Problem deutlich zu machen... wenn 5uV am Eingang anliegen und der OpAmp eine Verstärkung von 100.000 hat, müssten 5V am Ausgang liegen, also müsste doch sozusagen zwischen Ausgang und dem nicht-invertierenden diese 5uV abfallen, bzw. quasi im Inneren des OpAmps also quasi so das Ausgang und Eingang einen Spannungsteiler mit dem verhältnis 1:100.000 bilden. Sonst hätte der OPAmp doch keine Verstärkung von 100.000 mehr sondern auf einmal auf mysteriöse Weise nur einen Verstärkungsfaktor von 99.999