opampschakeling Uitdaging?

Ik heb willekeurig weerstandswaardes en of aangelegde spanningen aangepast om te zien of de waardes U1 ref en U2 ref ook gelijk aan elkaar geraken.
Dat gaat niet op.

Dat komt omdat je het fout doet

In het geval van het berekenen van de versterkingsfactor van de +ingang, wel te verstaan.

Er is geen versterkingsfactor van de + ingang. Dat is gewoon een weerstand deler. En dat geldt ook voor de - ingang.
Je kunt het modelleren met 3 voedingen en 4 weerstanden.

Ik zie dat ik de weerstanden en +/- ingangen qua positie gehusseld heb maar het idee blijft gelijk, twee weerstanddelers die in het midden de zelfde spanning hebben alsof ze aan elkaar zitten (wat ze niet doen, zie de link eerder waar ze met een torren equivalent van de opamp uitleggen).

Het is belangrijk om bij terugkoppeling oorzaak en gevolg scherp te houden.

De kale opamp doet kort door de bocht: U_uitgang = U_{niet-inverterende ingang} - U _{inverterende ingang} * 1000000

In den beginne zijn U1 en U2 0V, en de uitgang is 0V. Er is geen spanningsverschil tussen de ingangen, dus blijft de uitgangsspanning 0 - 0 * 1000000 = 0 V. Alles is in rust.

Dan bieden we op zeker moment tegelijk de beide opgegeven ingangsspanningen aan. Opamps zijn niet oneindig snel, dus is de uitgangsspanning op dat moment nog 0 V. We kunnen nu de spanningen op de beide ingangen op dat moment berekenen uit de twee spanningsdelers:

Op de inverterende: -0,4 V / 60 * 50 = 5/6 * -0,4 = -0,3333 V
Op de niet-inverterende: -1 V / 5 * 1 = 1/5 * -1 = -0,2 V

Dit stoppen we in de opamp formule en vinden:
-0,2 - - 0,3333 * 10000000 = -0,2 + 0,3333 * 1000000 = +333299999 V, oftewel vele kilovolts positief. Het is duidelijk, die uitgang moet omhoog om daar te komen. Hij begint daarom te steigen vanaf 0V.

Nu kunnen we voor b.v. iedere mV toename uitrekenen wat er zal gebeuren. De uitgang komt aan bij +0,001 V. Na enige rekenwerk blijkt de uitgang van de spanningsdeler naar de inverterende ingang dan ook iets te steigen.
Dat gaat door +0,6V ... + 0,7 V ... + 0,799 V op de uitgang en nog net iets verder blijkt de spanning op de inverterende ingang ook bijna tot -0,2 V gestegen te zijn.

De ingevulde opamp functie is op dat moment:
-0,2 - -0,20000008 * 1000000 = -0,2 + 0,200000008 * 1000000 = 0,0000008 * 10000000 = 0,8 V

Merk op dat de spanning op de ingangen dus niet letterlijk gelijk is, maar wel bijnabijnabijna omdat de versterking van de opamp zo vreselijk groot is. Bij de ideale opamp in dit soort opgaves is deze zelfs oneindig groot, en mogen we het verschil voor de eenvoud op 0 stellen.

Als de spanning door zou stijgen boven de +0,8 V zou uit berekende spanning deler spanningen en de opamp functie volgen dat hij moet dalen naar 0,8V.

U lijkt iets te doen met formules voor basisschakelingen. Die zijn vast prachtig, ik ben er niet zo in thuis. Ze lijken hier niet of niet eenvoudig van toepassing.
Probeer liever eerst de werking van de schakelingen te begrijpen.

Zelf gebruik ik de formules niet, ik gebruik de opamp theorie niet dagelijks en bouw de redenatie liever opnieuw op. Iedere situatie is toch weer net anders. ( En net als Fred ben ik niet zo een wiskundig wonder en reken ik bij spanningsdelers bij niet triviale gevallen de stroom uit. Lang leven E-reeksen :')

Disclaimer: Dit is een poging om de werking uit te leggen. Ik ben lui en heb de nullen etc. van de grote getallen niet geteld.

Aart, Fred,

Heel erg bedankt voor het nader uitleggen van de werking van de opamp.
Het verklaart dat een positieve stroom naar de - ingang "verdwijnt", evenzogoed als de negatieve stroom die vanuit de uitgang wordt teruggeleid naar diezelfde ingang, zónder dat er daadwerkelijk een stroom die negatieve poort "in gaat". (behoudens bias-stroompjes)

Het is fascinerend uitgelegd maar het is niet de manier hoe het wordt gebracht tijdens mijn studiedagen, evenzomin hoe het wordt uitgelegd in de youtube filmpjes.
Dit zullen allemaal simplificaties zijn die ik voor waar aanneem omdat het leidt tot de juiste uitkomst.

Echter...
Dekt dit (de youtube/studie bron) de lading altijd? (misschien moet ik dit niet aan jullie vragen)
Ik heb ik mijn lerende leven regelmatig aannames voor de kiezen gekregen waarbij ik de achterliggende gedachte maar even overboord zette om in ieder geval verder te kunnen.
Via een omweg kwam ik vanzelf weer terug bij het eerder geleerde waar ik vervolgens meer de achterliggende basis cq nadere onderbouwing van mijn aannames kreeg.

Op vrijdag 27 december 2024 20:57:57 schreef Fantomaz:
...het is niet de manier hoe het wordt gebracht tijdens mijn studiedagen...

Op welke manier wordt het op de studiedagen dan gebracht?
Heb je studie materiaal ter inzage?

Hi Fantomaz,

Yep, je zal regelmaitg met aannames moeten gaan werken in de elektronica, maar dat kan niet altijd, jammer he...

Wat je hier wordt verteld dat de spanning tussne de opamp ingangen in principe "0" volt is kan je bijna altijd anahouden.
Dit voor opamp systemen waarbij de ingangen en de uitgangen zich in hun lineaire gebied bevinden.

Dus geen clipping aan de uitgang of te grote belasting dat de uitgang sectie te veel stroom moet leveren.
Nog een probleem is bij AC toepassingen, vaak de Slew Rate van de ingang sectie van de toegepaste opamp.

Een gemiddel opamp heeft een openloop versterking bij 1Hz van minimaal 80db, moderne opamps halen meer dan 160dB!
Overal zijn uitzonderingen, b.v. HF opamps die gemaakt zijn voor een gain van 10 a 30x, daarvan moet je dan de datasheet goed uitspitten, omdat ook de bias stromen daar vaak hoog zijn,
dit komt door de Slew Rate die nodig is, dan loopt er veel stroom door de eerste verschil versterker, dus meestal ook veel bias stroom.

De basis is dus geen spannings val tussen de twee opamp ingangen of er moet iets specials aan de hand zijn.
Ja en dat vraagt om een hoop ervaring, volgens mij heb ik dit al eens eerder op dit forum gezegt prop een opamp op een BreadBoard neen een dubbele voeding, zeg een TL071 en een symetrische LAB voeding van 10 tot 18 V.
Je mag ook 2x een 9v batterij gebruiken als dat je beter uitkomt, en twee potmeter zodat je een varieerende spanning aan de opamp ingangen kan aan bieden.
Minimaal twee multimeter en een scoop op de uitgang is handig.

Daarmee kan je dan leren hoe een opamp zich gedraagt, je komt er dan vanzelf achter bij het testen dat de uitgang niet helemaal naar de + of de - voeding kan, dit ook nog eens ahhankelijk van de belasting.
Dit geld ook bij de ingangen als de versterking is ingesteld op 1x.
Bias stromen bij een TL071 heb je geen last van, dat valt buiten deze test opstelling, denk daarbij aan een paar Pico ampere.

Er is echt geen betere manier om twee potmeters te nemen het liefst 10 slagen en daarmee je opamp inzicht te vergroten.
Als goede tien slagen potmeters je te duur zijn, wil ik je wel twee nieuwe doneren.

Groet,
Bram