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Moin zusammen.

Folgende Schaltung: Signaleinspeisung an dem invertierenden Eingang eines OPVs, nichtinvertierender Eingang ist geerdet. Die Ausgangsspannung wird direkt ohne Widerstand auf den invertierenden Eingang, an dem auch das Eingangssignal anliegt, zurückgekoppelt.

Frage: Warum wird der Operationsverstärker dadurch nicht einfach überbrückt bzw. wird das Eingangssiganl nicht einfach über die Rückkopplung zum Ausgang abfließen?

Meine Antwort: Der Ausgang des OPVs speist einen gleich großen Strom in den Rückkopplungszweig, der jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzt und so schafft er am invertierenden Eingang wieder 0V.

Gruß
Ingo

Hallo Hartwig,

» danke! das passt hier genau, da ja u.A. die Frage nach dem "Überschwignen"
» auftauchte. Und so mancher Bastler war verzweifelt, weil sein
» selbstgebauter IC-NF-Verstärker heulte oder sich gar als Sender betätigte,
» und das sogar, obwohl die Verstärkung extra niedrig gewählt wurde -
» Stichwort Unity Gain Paßt auch zum Thema Kompensation. Ich habe
» übrigens auch noch Exoten - den µA748 - ein µA741 auch ohne
» Frequenzkompensation. Manchmal ist (war) sowas ganz nützlich.

Man kann die Grenzfrequenz höher ansetzen , wenn man bereit ist, mit der minimalen Verstärkung nicht bis auf 1 runter zu gehen. Es gibt da auch ein Beispiel mit zwei Opamps mit unterschiedlicher internen Frequenzgang-Kompensation:

LF356: unitygain stable, f_max = 5 MHz (-3dB)
LF357: gain min = 5 , f_max = 20 MHz (-3dB)

Den TL080 setzte ich hier ein:

Quelle: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opaschm.htm

--
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

Hallo Thomas,
»
» Für den Hartwig: Ich schreibe solche schwierigere Inhalte auch immer mit
» dem Bewusstsein, dass das ELKO-(Forum) sehr GOOGLE-sensitiv ist und viele
» Leute solche Inhalte finden, die auch in der Lage sind, mit komplexeren
» Inhalten etwas anzufangen. Ich antworte oft nicht nur dem Fragesteller.
» Deshalb, wenn ich dran denke, versuche ich die einfachen von den
» komplexeren Inhalten etwas auseinader zu halten. das gling mir auch nicht
» immer.

danke! das passt hier genau, da ja u.A. die Frage nach dem "Überschwignen" auftauchte. Und so mancher Bastler war verzweifelt, weil sein selbstgebauter IC-NF-Verstärker heulte oder sich gar als Sender betätigte, und das sogar, obwohl die Verstärkung extra niedrig gewählt wurde - Stichwort Unity Gain Paßt auch zum Thema Kompensation. Ich habe übrigens auch noch Exoten - den µA748 - ein µA741 auch ohne Frequenzkompensation. Manchmal ist (war) sowas ganz nützlich.
Grüße
Hartwig
(nee, nix Biergarten jetzt!)

Hallo Ingo und andere Interessierte...

» » » Also folgt die Ausgangsspannung der Eingangsspannung erst, nachdem
» dieser
» » Regelungsvorgang abgeklungen ist?
» » » Sehe ich das richtig?
» »
» » Im Prinzip ja. Nur dieser Regelvorgang, das Einschwingen geschieht in
» » Echtzeit. Davon bekommt man als langsamer Mensch nichts mit.
»
» Vielen Dank. Puhhh, langsam sehe ich wieder Licht in der
» Schaltungstechnik.
»
» An dieser Stelle muss ich mich dann selbst korrigieren. Mit dem
» Regelvorgang meinte ich jedoch das Umherschwingen um die
» 0V-Differenzspannung. Dieser Regelvorgang geschieht jedoch nicht. Klar,
» wenn die 1,4 V an der Rückkopplung erreicht sind, wird nicht weiter
» verstärkt.
» Hatte die allgemine Regelung irgendwie im Hinterkopf. So was in der Art:
»
»
» Der Einschwingvorgang im OPV ist aber nur das Erreichen einer bestimmten
» Spannung, z. B. nachdem ein Sprung an den nichtinvertierenden Eingang des
» Spannungsfolgers gelegt wurde, richtig?

» Die Zeit dafür wird im Datenblatt mit "Settling Time" bezeichnet?

Ergänzend zum Begriff "Settling Time" die Information im Wiki:
. . . . . https://de.wikipedia.org/wiki/Einschwingzeit

Sowie Du es erklärst, gilt es es für die ideale Opampschaltung und für den realen Opamp, wenn man die Schaltung relativ niederohmig auslegt.

Praktisches Beispiel, das man jederzeit mit Opamp und Schaltung erfahren kann: Wenn man bei einer einfachen gegengekoppelten Verstärkerschaltung die Widerstände in diesem Netzwerk hochohmig realisiert, werden die parasitären Kapazitäten wirksam, weil deren kapazitiven Widerstände bei den hohen Frequenzen ein Anteil am Geschehen haben.

Das wäre z.B. die parasitäre Kapazität zwischen den beiden Leiterbahnen vom Opamp-Ausgang und zum nichtinvertierenden Eingang. Wenn da der Quellwiderstand zum nichtinvertierenden Eingang hochohmig ist, dann begünstigt diese parasitäre Kapazität eine Mitkopplung bei den höheren Frequenzen. Im schlimmsten Fall führt dies zur unerwünschten Oszillation. Das ist die überkritische Situation. Ist sie nur kritisch, dann merkt man dies beim Hochfahren der Frequenz des Eingangssignales, wenn am Ausgang die Amplitude ansteigt bis zu einer gewissen hohen Frequenz. Und danach bei noch höherer Frequenz diese Amplitude wieder sinkt. Ein Resonanzeffekt. Ich habe solche Effekte in der Praxis schon oft erlebt. Bei aktiven Filterschaltungen sind diese Effekte sogar üblich, wenn die Filtergüte diesen Effekt zulässt. Aber das ist ein anderes Thema....

Bis hier ist der Vorgang im Frequenzbereich erklärt. Betrachten wir ihn noch im Zeitbereich. Eine steilflankige Spannungsänderung (diese enhtält ein hochfrequentes Frequenzspektrum) erzeugt am Opampausgang einen richtigen Einschwingvorgang (wörtlich genommen!). Verkleinert man die parasitäre Kapazität oder/und reduziert man die Widerstandswerte des Gegenkopplungsnetzwerkes, reduziert dies die Amplitude des Einschwingvorganges entsprechend.

Für den Hartwig: Ich schreibe solche schwierigere Inhalte auch immer mit dem Bewusstsein, dass das ELKO-(Forum) sehr GOOGLE-sensitiv ist und viele Leute solche Inhalte finden, die auch in der Lage sind, mit komplexeren Inhalten etwas anzufangen. Ich antworte oft nicht nur dem Fragesteller. Deshalb, wenn ich dran denke, versuche ich die einfachen von den komplexeren Inhalten etwas auseinader zu halten. das gling mir auch nicht immer.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
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» Interessant finde ich:
» » Der OPV selbst tut dazu doch nichts, sondern er verstärkt nur
»
» Also tut er doch was!

Richtig. Wenn man es verstanden hat, kann man beliebig personifizieren . . .


Gruß
Ingo

» Ein bißchen verwirrend finde ich die Bezeichnung "der OPV regelt auf die
» Differenzspannung 0V". Der OPV selbst tut dazu doch nichts, sondern er
» verstärkt nur bis er am anderen Eingang (nichtinvertierender Eingang in
» unserem Beispiel) eine betragsgleiche Spannung anliegen hat. Dadurch gibt
» es keine Verstärkung mehr und die Regelung ist abgeschlossen.

Perfekt, richtig. Ist doch aber nur eine von mir gewählte Beschreibung gewesen. War zielführend, somit nicht falsch, oder?

Es ist nicht immer leicht jemandem etwas populär zu erklären, wenn man den Menschen und seinen Bildungsstand nicht kennt. Aber ich denke, du hast den Spannungsfolger jetzt verstanden.

Interessant finde ich:
» Der OPV selbst tut dazu doch nichts, sondern er verstärkt nur

Also tut er doch was!

Hallo Ingo,

» » Wenn wir jetzt einen Sprung an den nichtinvertierenden Eingang eines
» » Spannungsfolgers legen, ist im ersten Moment die Ausgangsspannung noch
» » null, sodass die Eingangsspannung mit der vollen Leerlaufverstärkung des
» » OPVs verstärkt wird. Das bedeutet als nächstes, dass die Ue*A
» » (Eingangsspannung mal Leerlaufverstärkung) an den invertierenden Eingang
» » gelangt und die Eingangsspannung gewaltig unter null treibt.
»
» Nein, Denkfehler. Es wird nicht unter Null getrieben, sondern nur soweit
» zurück, wie die Spannung am nichtinvertierenden Eingang. Eben bis die
» Differenz an den Eingängen Null ist. Aber nicht unter 0V.
»
» Um es etwas abzukürzen schreibe ich der Einfachheit halber einfach E+ für
» nichtinvertierenden Eingang und E- für invertierenden Eingang, okay?
»
» Denkmodell: Eingangsspannung an E+ ist Null. Somit ist der Ausgang auch
» Null.
» Jetzt legst du die bekannten 1,4V an. Ein Sprung von Null auf 1,4V.
» Der OPV verstärkt von Null auf ... er weiß ja noch nicht wie weit
» Aber er kommt irgendwann bei 1,4V an. Diese werden vom Ausgang auf E-
» geführt.
» Sind die 1,4V auch an E- erreicht, ist die Differenz Null und die
» Ausgangsspannung steigt nicht weiter an. ABER, sie wird nicht unter 1,4V
» fallen.
»
» » Also folgt die Ausgangsspannung der Eingangsspannung erst, nachdem dieser
» Regelungsvorgang abgeklungen ist?
» » Sehe ich das richtig?
»
» Im Prinzip ja. Nur dieser Regelvorgang, das Einschwingen geschieht in
» Echtzeit. Davon bekommt man als langsamer Mensch nichts mit.

Das könnte man ändern, wenn man die Kapazität der Frequenzgang-Kompensation drastisch erhöht, - denke ich.

Ich habe noch TI-Opmaps, die es nicht mehr gibt. Das ist der TL080. Das ist der Querrulant des allseits bekannten TL081 (oder TL071), der keine interne Frequenzgang-Kompensation hat. Man muss die erwünschte Kapazität selbst extern dazu löten. Wenn ich mal Zeit zum Wegschmeissen habe, experimentiere ich mit diesem Thema hier.

--
Gruss
Thomas

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Ein bißchen verwirrend finde ich die Bezeichnung "der OPV regelt auf die Differenzspannung 0V". Der OPV selbst tut dazu doch nichts, sondern er verstärkt nur bis er am anderen Eingang (nichtinvertierender Eingang in unserem Beispiel) eine betragsgleiche Spannung anliegen hat. Dadurch gibt es keine Verstärkung mehr und die Regelung ist abgeschlossen.

Wieso muss ein OPV unendliche Leerlaufverstärkung besitzen, damit er die 0V der Differenzspannung exakt einstellen kann? Die Augangsspannung steigt doch bei jeder Verstärkung bis zum Kompensationswert (1,4V in unserem Beispiel).

Gruß
Ingo

Jo, so ist es.

Ok, danke.
Nach der Anregung durch einen Sprung, steigt die Ausgangsspannung des Spannungsfolgers dann mit der Slewrate bis auf 1,4V?

Gruß
Ingo

» » Also folgt die Ausgangsspannung der Eingangsspannung erst, nachdem dieser
» Regelungsvorgang abgeklungen ist?
» » Sehe ich das richtig?
»
» Im Prinzip ja. Nur dieser Regelvorgang, das Einschwingen geschieht in
» Echtzeit. Davon bekommt man als langsamer Mensch nichts mit.

Vielen Dank. Puhhh, langsam sehe ich wieder Licht in der Schaltungstechnik.

An dieser Stelle muss ich mich dann selbst korrigieren. Mit dem Regelvorgang meinte ich jedoch das Umherschwingen um die 0V-Differenzspannung. Dieser Regelvorgang geschieht jedoch nicht. Klar, wenn die 1,4 V an der Rückkopplung erreicht sind, wird nicht weiter verstärkt.
Hatte die allgemine Regelung irgendwie im Hinterkopf. So was in der Art:

Der Einschwingvorgang im OPV ist aber nur das Erreichen einer bestimmten Spannung, z. B. nachdem ein Sprung an den nichtinvertierenden Eingang des Spannungsfolgers gelegt wurde, richtig?
Die Zeit dafür wird im Datenblatt mit "Settling Time" bezeichnet?

Gruß
Ingo

Trenn dich von dem MINUS bei der Spannung. Es ist alles positive Spannung.

Stell dir eine Waage vor mit 2 Wasserbehältern und ein Aufpasser steht daneben. Er soll die Waage im Gleichgewicht halten. Nun kommt jemand und kippt 1,4l Wasser in die eine Waagschale/Behälter. Nun muss er reagieren und logischer Weise in den anderen Behälter solange Wasser EINFÜLLEN (also auch ein Plus), bis die Waage wieder im Gleichgewicht ist.
Er füllt auch etwas ein, nimmt nichts raus, also nur ein PLUSgeschäft.

» Prinzip erkannt, nur eines ist falsch. Deine Rechnung von 1,4V und -1,4V
» stimmt nicht. Es wird keine MINUS 1,4V vom OPV ausgegeben. Diese Spannung
» ist auch positiv.

Danke. Noch einmal in meinen Worten korrigiert. An den invertierten Eingang werden durch die Rückkopplung +1,4V (Anstieg der Ausgangsspannung bis auf 1,4V) gegeben, aber intern behandelt der OPV diese +1,4V wie eine invertierte Spannung, also -1,4V. Ich meinte damit nur, dass der OPV intern die Differenz bildet.


» Es wird kein hinausschießen geben, da die Regelung in Echtzeit geschieht.
» Okay µs oder ms sind das schon.

Also wenn am invertierten Eingang die 1,4V erreicht sind bzw. durch die Rückkopplung anliegen, endet die Verstärkung unverzüglich?
Spielen Signallaufzeiten nur bei hohen Frequenzen eine Rolle, also die Strecke über den Rückkopplungszweig spielt für das sich (mit Lichtgeschwindigkeit) ausbreitende elektrische Feld in diesem Leiter keine Rolle?

Gruß
Ingo

Könnten wir einen Faden weiter spinnen, nicht mehrere?

» Ich glaube, es hat klick gemacht.
» Ich fasse noch einmal in eigenen Worten zusammen.
»
» Wenn ich einen Sprung von 1,4V an den nichtinvertierenden Eingang des
» Spannungsfolgers lege, dann will er diese Spannung im ersten Moment mit der
» vollen Leerlaufverstärkung verstärken. Diese Verstärkung geht aber nicht
» sprunghaft, sondern die Ausgangsspannung steigt (mit der Slewrate?) an.
» Gelichzeitig wird die Ausgangsspannung eins zu eins auf den invertierenden
» Eingang zurückgekoppelt. Wenn nun die Ausgangsspannung auf 1,4V angestiegen
» ist, liegen diese 1,4 V durch die Rückkopplung auch am invertierenden
» Eingang. 1,4V + -1,4V macht dann 0V. Ziel erreicht.

Prinzip erkannt, nur eines ist falsch. Deine Rechnung von 1,4V und -1,4V stimmt nicht. Es wird keine MINUS 1,4V vom OPV ausgegeben. Diese Spannung ist auch positiv.

» Es ahndelt sich dabei doch aber um einen Einschwingvorgang, weil die
» Ausgangsspannung doch über die 1,4 V etwas hinausschießen wird, oder? Das
» heißt, danach muss wieder etwas zurückgeregelt werden.
»
» Wie lange dauert Einregelungsvorgang?

Es wird kein hinausschießen geben, da die Regelung in Echtzeit geschieht. Okay µs oder ms sind das schon.

» Wenn wir jetzt einen Sprung an den nichtinvertierenden Eingang eines
» Spannungsfolgers legen, ist im ersten Moment die Ausgangsspannung noch
» null, sodass die Eingangsspannung mit der vollen Leerlaufverstärkung des
» OPVs verstärkt wird. Das bedeutet als nächstes, dass die Ue*A
» (Eingangsspannung mal Leerlaufverstärkung) an den invertierenden Eingang
» gelangt und die Eingangsspannung gewaltig unter null treibt.

Nein, Denkfehler. Es wird nicht unter Null getrieben, sondern nur soweit zurück, wie die Spannung am nichtinvertierenden Eingang. Eben bis die Differenz an den Eingängen Null ist. Aber nicht unter 0V.

Um es etwas abzukürzen schreibe ich der Einfachheit halber einfach E+ für nichtinvertierenden Eingang und E- für invertierenden Eingang, okay?

Denkmodell: Eingangsspannung an E+ ist Null. Somit ist der Ausgang auch Null.
Jetzt legst du die bekannten 1,4V an. Ein Sprung von Null auf 1,4V.
Der OPV verstärkt von Null auf ... er weiß ja noch nicht wie weit
Aber er kommt irgendwann bei 1,4V an. Diese werden vom Ausgang auf E- geführt.
Sind die 1,4V auch an E- erreicht, ist die Differenz Null und die Ausgangsspannung steigt nicht weiter an. ABER, sie wird nicht unter 1,4V fallen.

» Also folgt die Ausgangsspannung der Eingangsspannung erst, nachdem dieser Regelungsvorgang abgeklungen ist?
» Sehe ich das richtig?

Im Prinzip ja. Nur dieser Regelvorgang, das Einschwingen geschieht in Echtzeit. Davon bekommt man als langsamer Mensch nichts mit.

Ich glaube, es hat klick gemacht.
Ich fasse noch einmal in eigenen Worten zusammen.

Wenn ich einen Sprung von 1,4V an den nichtinvertierenden Eingang des Spannungsfolgers lege, dann will er diese Spannung im ersten Moment mit der vollen Leerlaufverstärkung verstärken. Diese Verstärkung geht aber nicht sprunghaft, sondern die Ausgangsspannung steigt (mit der Slewrate?) an. Gelichzeitig wird die Ausgangsspannung eins zu eins auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt. Wenn nun die Ausgangsspannung auf 1,4V angestiegen ist, liegen diese 1,4 V durch die Rückkopplung auch am invertierenden Eingang. 1,4V + -1,4V macht dann 0V. Ziel erreicht.

Es ahndelt sich dabei doch aber um einen Einschwingvorgang, weil die Ausgangsspannung doch über die 1,4 V etwas hinausschießen wird, oder? Das heißt, danach muss wieder etwas zurückgeregelt werden.

Wie lange dauert Einregelungsvorgang?

Gruß
Ingo