Forum

Hallo,

Ich schreibe nächste Woche eine Klausur zur Elektrotechnik und habe ein paar Fragen zum Operationsverstärker als Tiefpass.
Unten habe ich eine Schaltung mit zugehöriger Rechnung beigefügt.
Mein Problem ist, ich habe die Rechnung verstanden und verstehe auch rein rechnerisch, warum es sich um einen Tiefpass handelt, denn für kleine Kreisfrequenz wird die Ausgangsspannung sehr groß und für große Kreisfrequenz sehr klein. Jedoch verstehe ich nicht die Technik dahinter:
- also wozu brauche ich R1 und R2? Und würde das ganze auch ohne R1 und R2 funktionieren?
- Warum nehme ich die Inverterschaultung des OPV und nicht die nicht-Invertierende bzw. würde es auch mit der nicht-Invertierenden funktionieren?
- Wie könnte man rein über die Technik erklären, warum die Bauteile so angeordnet sind wie sie sein müssen? Oder geht das nur über die Rechnungen? Weil rein rechnerisch ist das ja klar, schließlich muss ich ein Omega in den Zähler bekommen für die Tiefpass-Funktion
- Dann steht noch in meinem Skript: Der Vorteil dieser Schaltung gegenüber einem normalen RC-Tiefpass ist, dass diese Schaltung in Grenzen beliebig durch einen Lastwiderstand belastet werden kann, ohne dass sich die Grenzfrequenz ändert. Jedoch verstehe ich nicht, warum das so ist. Könnt ihr mir da helfen?
-Und wie berechne ich überhaupt die Grenzfrequenz? Wikipedia sagt, bei Grenzfrequenz gilt Uaus = 1/wurzel(2) * Uein . Muss ich dann also nur schauen, wann der Nenner des Bruchs zu wurzel(2) wird? und brauche ich den Bruch R1/R2 dabei nicht zu berücksichtigen?

Vielen Dank schonmal im Voraus für eure Antworten!

Irgendwie scheint das hochladen von meinem Bild nicht zu funktionieren? Könnt ihr mir da helfen? Ich gehe auf Durchsuchen, wähle aus, was ich hochladen will und gehe dann auf ok, eintragen, aber es kommt nichts...

» Irgendwie scheint das hochladen von meinem Bild nicht zu funktionieren?
» Könnt ihr mir da helfen? Ich gehe auf Durchsuchen, wähle aus, was ich
» hochladen will und gehe dann auf ok, eintragen, aber es kommt nichts...

So geht das.
http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=218307&page=0&category=all&order=time

Danke, jetzt müssts gehn

perfekt, danke.

Dann freu ich mich jetzt mal auf antworten auf meine eigentliche Frage
Also die Frage ist unter dem ersten Punkt, das bild unter dem 4.

» perfekt

Augenpfeffer.

» Hallo,
»
» Ich schreibe nächste Woche eine Klausur zur Elektrotechnik und habe ein
» paar Fragen zum Operationsverstärker als Tiefpass.
» Unten habe ich eine Schaltung mit zugehöriger Rechnung beigefügt.
» Mein Problem ist, ich habe die Rechnung verstanden und verstehe auch rein
» rechnerisch, warum es sich um einen Tiefpass handelt, denn für kleine
» Kreisfrequenz wird die Ausgangsspannung sehr groß und für große
» Kreisfrequenz sehr klein. Jedoch verstehe ich nicht die Technik dahinter:
» - also wozu brauche ich R1 und R2? Und würde das ganze auch ohne R1 und R2
» funktionieren?

Hallo,

als erstes: Ein OP-Regler muß immer gegengekoppelt sein, sonst funktioniert die Regelung nicht. Dafür ist R2. Regelungstechnik: Ein Verstärker (und das ist im Prinzip jede Schaltung mit einem OP (Klar, es gibt auch OP-Schaltungen ohne Gegenkopplung, sie können auch eine Mitkopplung haben, d.h. es geht dann ein Widerstand vom Ausgang an den nichtinvertierenden Eingang des OP)) muß für eine stabile Funktion immer gegengekoppelt werden.

» - Warum nehme ich die Inverterschaultung des OPV und nicht die
» nicht-Invertierende bzw. würde es auch mit der nicht-Invertierenden
» funktionieren?

Das geht auch, sieht dann ein bischen anders aus.

» - Wie könnte man rein über die Technik erklären, warum die Bauteile so
» angeordnet sind wie sie sein müssen? Oder geht das nur über die Rechnungen?
» Weil rein rechnerisch ist das ja klar, schließlich muss ich ein Omega in
» den Zähler bekommen für die Tiefpass-Funktion
» - Dann steht noch in meinem Skript: Der Vorteil dieser Schaltung gegenüber
» einem normalen RC-Tiefpass ist, dass diese Schaltung in Grenzen beliebig
» durch einen Lastwiderstand belastet werden kann, ohne dass sich die
» Grenzfrequenz ändert. Jedoch verstehe ich nicht, warum das so ist. Könnt
» ihr mir da helfen?

Mit R1 entkoppelst Du den Ausgang Deines das Eingangssignal liefernde Bauelement vom Eingang des OPs hier in Deiner gezeigten Schaltung. R1 bestimmt mit R2 zusammen den Eingangswiderstand der OP-Schaltung. Mit R2 und C1in der Gegenkopplung ist die Frequenzbestimmte Komponente gegeben.

» -Und wie berechne ich überhaupt die Grenzfrequenz? Wikipedia sagt, bei
» Grenzfrequenz gilt Uaus = 1/wurzel(2) * Uein . Muss ich dann also nur
» schauen, wann der Nenner des Bruchs zu wurzel(2) wird? und brauche ich den
» Bruch R1/R2 dabei nicht zu berücksichtigen?

Halbleiter-Schaltungstechnik von Tietze/Schenk, da steht das drin, ist aber alles mithilfe der komplexen Rechnung, wo j²=-1 ist, sehr gewöhnungsbedürftig, nicht so mein Fall aber vielleicht fällt es Dir leichter als mir ... ich kann dazu nur sagen, dass man es einfach nur mitrechnen muß und z.B. zur Erklärung der Ortskurve sehr hilfreich sein kann, da so Sachen halt immer in der Praxis auftreten
»
» Vielen Dank schonmal im Voraus für eure Antworten!

--
greets from aix-la-chapelle

Matthes

Danke erstmal für die Antwort!

"ls erstes: Ein OP-Regler muß immer gegengekoppelt sein, sonst funktioniert
» die Regelung nicht. Dafür ist R2."

Aber beim Impedanzwandler habe ich doch auch keine Widerstände. Gegenkoppeln heißt doch nur, das Signal wieder in den invertierenden Ausgang zurückzulenken. Müsste doch auch ohne Widerstände funktionieren?

"R1
» bestimmt mit R2 zusammen den Eingangswiderstand der OP-Schaltung."

Ich habe gedacht, R1 wäre der Einganswiderstand der Schaltung? Einganswiderstand ist doch Uein/Iein. Aus der Maschenregel müsste sich doch dann, weil in den OPV näherungsweise kein Strom fließt, ergeben, dass es R1 ist. Oder seh ich da was falsch?

"Mit R1 entkoppelst Du den Ausgang Deines das Eingangssignal liefernde
» Bauelement vom Eingang des OPs hier in Deiner gezeigten Schaltung"

Ist wahrscheinlich eine blöde Frage, aber was bedeutet das, den Ausgang entkoppeln, bzw entkoppeln allgemein? verhindert R1, dass Strom in den Eingang meiner Schaltung zurückfließt? Ist das damit gemeint?

» » perfekt
»
» Augenpfeffer.

Ich kann nix dafür dass man nur 250 KB hochladen kann, das ursprüngliche Bild hat eine gute Qualität, du troll

» » » perfekt
» »
» » Augenpfeffer.
»
» Ich kann nix dafür dass man nur 250 KB hochladen kann, das ursprüngliche
» Bild hat eine gute Qualität, du troll

Der Troll bist du, 250KB reichen locker für ein vernünftiges Bild.

Hallo,
du liegst richtig.
Man benötigt R2, damit auch für Gleichstrom ein Widerstand zwischen Ausgang
und nicht invertierendem Eingang vorhanden ist. Sonst wäre die Spannungsverstärkung
für Gleichspannung nahezu unendlich groß, d.h. der Ausgang würde auf +Ub
oder -Ub festhängen.
Wenn R2 null Ohm hat, dann ist der invertierende Eingang direkt mit dem Ausgang
verbunden. Über R1 kann man dann kein Signal mehr einkoppeln wegen des
"virtuellen Kurzschlusses" zwischen den Eingängen des OP.

Die Impedanzwandlerschaltung ist nicht invertierend.

Für Tiefpassfilter in nicht invertierender Schaltung schau mal nach
"Sallen-Key Filter"

Grüße
Altgeselle

» Hallo,
» du liegst richtig.
» Man benötigt R2, damit auch für Gleichstrom ein Widerstand zwischen
» Ausgang
» und nicht invertierendem Eingang vorhanden ist. Sonst wäre die
» Spannungsverstärkung
» für Gleichspannung nahezu unendlich groß, d.h. der Ausgang würde auf +Ub
» oder -Ub festhängen.
» Wenn R2 null Ohm hat, dann ist der invertierende Eingang direkt mit dem
» Ausgang
» verbunden. Über R1 kann man dann kein Signal mehr einkoppeln wegen des
» "virtuellen Kurzschlusses" zwischen den Eingängen des OP.
»
» Die Impedanzwandlerschaltung ist nicht invertierend.
»
» Für Tiefpassfilter in nicht invertierender Schaltung schau mal nach
» "Sallen-Key Filter"
»
» Grüße
» Altgeselle

Danke für die Antwort

Das mit R2 ist ein interessanter Punkt. Klar, wenn ich R2 durch einen Kurzschluss ersetze, fließt kein Strom mehr über den Kondensator und dann habe ich auch keinen Tiefpass-Effekt.
Aber was würde passieren, wenn ich R2 durch einen Leerlauf ersetzte, also R2 unendlich groß ist? Dann würde ich doch einen Integrierer erhalten. Hätte der dann auch Tiefpass-Charakter? Und dort stört mich doch die unendlich große Spannungsverstärkung für Gleichstrom auch nicht, oder? Warum stört sie mich dann hier?

» » Hallo,
» » du liegst richtig.
» » Man benötigt R2, damit auch für Gleichstrom ein Widerstand zwischen
» » Ausgang
» » und nicht invertierendem Eingang vorhanden ist. Sonst wäre die
» » Spannungsverstärkung
» » für Gleichspannung nahezu unendlich groß, d.h. der Ausgang würde auf +Ub
» » oder -Ub festhängen.
» » Wenn R2 null Ohm hat, dann ist der invertierende Eingang direkt mit dem
» » Ausgang
» » verbunden. Über R1 kann man dann kein Signal mehr einkoppeln wegen des
» » "virtuellen Kurzschlusses" zwischen den Eingängen des OP.
» »
» » Die Impedanzwandlerschaltung ist nicht invertierend.
» »
» » Für Tiefpassfilter in nicht invertierender Schaltung schau mal nach
» » "Sallen-Key Filter"
» »
» » Grüße
» » Altgeselle
»
» Danke für die Antwort
»
» Das mit R2 ist ein interessanter Punkt. Klar, wenn ich R2 durch einen
» Kurzschluss ersetze, fließt kein Strom mehr über den Kondensator und dann
» habe ich auch keinen Tiefpass-Effekt.
» Aber was würde passieren, wenn ich R2 durch einen Leerlauf ersetzte, also
» R2 unendlich groß ist? Dann würde ich doch einen Integrierer erhalten.
» Hätte der dann auch Tiefpass-Charakter?
Richtig. Schau dir mal das Bode-Diagramm eines Integrierers an.
» Und dort stört mich doch die
» unendlich große Spannungsverstärkung für Gleichstrom auch nicht, oder?
» Warum stört sie mich dann hier?
Das ist der Unterschied zwischen einem theoretisch idealen Integrierer
und einer OP-Schaltung in der Praxis.
Selbst der beste OP mit MOSFET-Eingangsstufe hat einen kleinen Eingangsstrom.
Der muss durch den Kondensator fließen und läd ihn auf. Dadurch steigt oder
sinkt die Ausgangsspannung des OP langsam, bis die Versorgungsspannungsgrenze
erreicht ist. Dann hängt der Ausgang fest.

Hallo,
um auf Deine Eingangsfrage zurückzukommen: mit R1 und R2 und ohne den Kondensator hast Du einen invertierenden Verstärker mit der Verstärkung
v = - R2/R1. das gilt beim idealen Verstärker unabhängig von der Frequenz.
Nun liegt parallel zu R2 ein Kondensator. Für Gleichspannung hat ein Kondensator einen unendlich hohen Widerstand. Dadurch verändert der Kondensator nichts an der Verstärkung für Gleichspannung. Für eine bestimmte Frequenz stellt der Kondensator aber einen Widerstand dar, der mit zunehmender Frequenz abnimmt. Aus R2 ergibt sich durch die Parallelschaltung mit dem Kondensator die Impedanz Z2. Da Z2 mit zunehmender Frequenz kleiner wird, wird entsprechend der obigen Formel die Verstärkung mit zunehmender Frequenz kleiner, was eben einem Tiefpaß entspricht. dieser Tiefpaß ist durch eine Maximalverstärkung charakterisiert, die für f=0 gilt.
Grüße
Hartwig

» Danke, jetzt müssts gehn
»
»
Naja, das Hochladen hat geklappt. Jetzt fehlt einfach noch ein Bild wo man das Geschriebene auch lesen kann. Also ich bin zuversichtlich, dass es mit dem nächsten Versuch noch klappen wird. Viel Erfolg!

--
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

» » » » perfekt
» » »
» » » Augenpfeffer.
» »
» » Ich kann nix dafür dass man nur 250 KB hochladen kann, das ursprüngliche
» » Bild hat eine gute Qualität, du troll
»
» Der Troll bist du, 250KB reichen locker für ein vernünftiges Bild.

Vernünftig heisst z.B. die Schrift lesbar, aber dafür benötigt der Troll-austeilende Obertroll wohl mindestens noch einen weiteren Anlauf. Möge dem Obertroll das Vorhaben gelingen.

--
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