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Board-AnsichtVerständnisproblem beim Regelungsprinzip (Schaltungstechnik)
verfasst von Hartwig
, 08.04.2017, 18:35 Uhr
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
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