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Invertierender Verstärker, Art der Gegenkopplung (Schaltungstechnik)

verfasst von schaerer(R)  E-Mail, Kanton Zürich (Schweiz), 01.04.2017, 18:33 Uhr
(editiert von schaerer am 01.04.2017 um 18:42)

Hallo Rolf,
»
» ich brüte gerade über dem invertierenden Verstärker.
» Ausgangspunkt ist diese Schaltung:
» http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210141.htm
»
» Ich frage mich, welche Gegenkopplung-Art der Zweig mit dem Widerstand R2
» bildet. Es müsste eine Spannungs-Strom-Gegenkopplung sein. Die
» Eingangsgröße des Rückkoppelzweiges ist die Ausgangsspannung des OPVs und
» der Ausgang des Rückkoppelzweiges bildet der Strom (Eingangsgröße des
» invertierenden OPV-Eingangs) durch R2.
»
» In den invertierenden Eingang des OPVs fließt jedoch kein Strom hinein (im
» Idealfall). Deswegen ist mir diese Gegenkopplung nicht ganz klar.

Stell Dir das z.B. so vor: Nehmen wir an der Opamp hat eine Leerlaufverstärkung von 100'000. Mit der existierenden Gegenkopplung hat die "innere" Verstärkung noch immer den selben hohen Wert, wenn die Gegenkopplung gerade noch nicht wirkt....
So, das wäre mal ein Anfang. :lookaround:

Jetzt stell Dir vor Ue ändert sich um 100 µV spontan und schnell. Bis der Opamp mit seiner Gegenkopplung reagiert, werden diese 100 µV mit 100'000 verstärkt. Dies erzeugt an Ua eine sprunghafte Änderund von 10V. Dabei liegen zwischen dem invertierenden und nichtinvertierenden Eingang U_NP exakt diese 100 µV. Aber nur ganz kurz bis sich der Opamp im eingeschwungenen stabilen Zustand befindet. Ist dies erreicht liegt an Ua eine Spannung, die um den Faktor R2/R1 grösser ist als Ue. Wenn also R2/R1 = 100, dann erzeugt die Spannungsänderung von 100 µV an Ue eine Spannungsänderung von 10 mV an Ua. In diesem stabilen Zustand wirkt die Gegenkopplung.

Jetzt noch: Wie gross ist U_NP, wenn Ua = 10 mV konstant bleibt? Hier gilt jetzt die Leerlaufverstärkung von 100'000. Ua von 10 mV muss man durch 100'000 dividieren. U_NP = 0.1 µV.

Unberücksichtigt ist dabei die DC-Offsetspannung. Lassen wir weg, weil sonst wird es zu komplex.

Wenn Du diesen Regelprozess, eine eigentlich sehr praktische Überlegung, verstanden hast. Kommt noch der nächste Schritt, um den Du richtig zu verstehen, Literatur bemühen musst:

Die so genannte sehr hohe Leerlaufverstärkung existiert nur bei DC-Spannung oder AC-Spannung mit sehr niedriger Frequenz an Ue. Kaum mehr als bis etwa 100 Hz. Bereits im kHz-Bereich geht diese Leerlaufverstärkung runter und erreicht im unteren MHz-Bereich bereits eine Verstärkung von nur noch 1. Es gibt aber auch besonders schnelle Opamps, wo diese Unity-Bandbreite (so bezeichnet man dies) locker bis 100 MHz sein kann. Diese abfallende Kurve entsteht durch die so genannte Frequenzgang-Kompensation, ohne die der Opamp, schon bei der allergeringsten Gegenkopplung (hohe Verstärkung) schwingen würde.

Man könnte keine stabile Verstärkung durch die Gegenkopplung erreichen, wenn diese Frequenzgang-Kompensation nicht existiert. Kann man einen Opamp runter bis auf Verstärkung 1 stabil betreiben, bezeichnet man einen solchen Opamp als "unitygain stable".

Diese Erklärung soll Dir helfen eine verstärkende Schaltung mit z.B. einem Opamp als schnellen Regelkreis zu verstehen. Auf das kommt es an.

Für das weitere Studium empfehle ich Dir u.a. diesen Elektronik-Minikurs:
. . . . . "Operationsverstärker I"
. . . . . . . . http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/opa1.htm

Mit u.a. meine ich, es gibt natürlich zu dieser Thematik noch viele andere Literatur im Internet als auch in Büchern.

--
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



Gesamter Thread:

Invertierender Verstärker, Art der Gegenkopplung - Rolf A., 01.04.2017, 16:51
Invertierender Verstärker, Art der Gegenkopplung - schaerer(R), 01.04.2017, 18:33