opampschakeling Uitdaging?

-1V/5000 = 0,0002A x 1000= -0,2V op de + ingang. (edit, verkeerd uitgetyped, nu is hij wel compleet

Dat moet dus ook op de - ingang staan. -0,4 - -0,2 = 0,2 over de 10k. dus 5x0,2 over de 50k, dat is 1V. Dan krijg je -0,2+1=0,8V

[Bericht gewijzigd door fred101 op donderdag 26 december 2024 11:56:26 (18%)

In mijn optiek...

Op de negatieve ingang: 50k/10k = 5.
5x -0,4V = 2V

Spanningsdeling op de positieve ingang:
U2' = U2:(4K+1K) x 1K = 0,2xU2 = 0,2x-1 = -0,2V

op de positieve ingang: 10/10 + 50/10, oftewel 1+(50/10) = 1+5=6.
6x-0,2V = -1,2V

-1,2 + 2 = 0,8V

Ik had dat antwoord wel goed, maar via een andere weg dan hoe de leraar het mij uitlegde.

Op donderdag 26 december 2024 11:45:23 schreef fred101:
-1V/5000 = -0,2V op de + ingang. Dat moet dus ook op de - ingang staan. -0,4 - -0,2 = 0,2 over de 10k. dus 5x0,2 over de 50k, dat is 1V. Dan krijg je -0,2+1=0,8V

Hoe kom jij op die -1V/5000? Wat overigens geen -0,2V is.
En jij geeft aan dat dat "dus" ook op die min ingang moet staan.
Dat die poorten gelijk moeten blijven, heb ik inderdaad ook geleerd, maar ik heb dat nergens meegenomen in mijn berekening en de leraar benoemde dat ook niet.

Je antwoord was overigens wel goed.

Uw redenatie is inderdaad fout. Niets om u voor te schamen, maar verlaat deze zo snel mogelijk.

Het is wel mogelijk bij de inverterende ingang te beginnen, maar dit vereist dan (zonder het uitgewerkt te hebben) een symbool om de op dat moment nog onbekende spanning op deze ingang in een formule uit te drukken, die dan later gelijkgesteld kan worden aan de spanning op de niet-inverterende.

Het is naar mijn idee veel handiger te beginnen bij wat bekend is, in dit geval de spanning op de niet inverterende ingang. Dat komt met ervaring.

Dat de spanning op de ingangen gelijk is haal ik uit achtergrondkennis dat dit een ideale opamp verschilversterker is. In heel veel opampschakelingen volgt dit soort informatie uit de context. Als het niet gegeven is en b.v. clipping voor de werking van de schakeling relevant is dan hebben de grenzen aan het lineaire gebied apart aandacht nodig.

Ik heb het gecorrigeerd, ik was wat vergeten over te nemen van mijn papier.
Er zijn drie vastgelegde spanningen. De spanningdeler op de V+ ingang, daardoor ook op de - ingang en de versterking van 5x gemaakt door de ratio tussen de twee weerstanden aan de - ingang.

Een opamp zal altijd proberen beide ingangen gelijk te maken. Dat lukt zolang die waarde haalbaar is. Zoniet dan wordt het een comparator. Daar moet je dus van uit gaan.

De spanning op de + ingang wordt ook wel Vref genoemd. Dat kan direct zijn of via een weerstand deler. Wat je dan overhoudt is een gewone verschil versterker. Dat is zo'n beetje de eenvoudigste basis opamp schakeling. Dat Vref geeft ook al aan dat dat een vast gegeven is.

heb ik inderdaad ook geleerd, maar ik heb dat nergens meegenomen in mijn berekening en de leraar benoemde dat ook niet.

Dat moet je dus wel meenemen.

[Bericht gewijzigd door fred101 op donderdag 26 december 2024 12:07:05 (10%)

Op donderdag 26 december 2024 11:53:00 schreef Fantomaz:
[...]

Hoe kom jij op die -1V/5000? Wat overigens geen -0,2V is.
En jij geeft aan dat dat "dus" ook op die min ingang moet staan.
Dat die poorten gelijk moeten blijven, heb ik inderdaad ook geleerd, maar ik heb dat nergens meegenomen in mijn berekening en de leraar benoemde dat ook niet.

Je antwoord was overigens wel goed.

Hij bedoelt U+ = U2 * 1000 / ( 1000 + 4000 )

Ja, ik doe een spanning deler altijd op een alternatieve manier omdat ik slecht in wiskunde ben.
Je hebt 1V die valt over 5k, daar loopt dan 0,0002A. Dan valt er dus over de 1k dus 0,0002x1000=0,2V. De spanning is -1 dus die 0,2V is ook negatief.

Hoe ik dat snel bekijk zonder formules maar met begrip:

U2 geeft via de 4k en 1k deler -1/5= -0.2V op de + ingang.

De opamp regelt het zo dat op de - ingang dan ook -0.2V staat. Dat is de werking van de opamp, de + en - ingangen worden gelijk (mits binnen bereik en een kleine fout door niet oneindige versterking).

Dan loopt er door de 10k weerstand (0.4V-0.2V)/10k= 20uA (wel zelf even de +-'s in de gaten houden).

Omdat er door de - ingang geen stroom loopt, loopt die door de 50k weerstand, dan valt daarover dus 20uA*50k= 1V

Omdat de linkse kant van de 50k op -0.2V staat, staat rechts dus -0.2 + 1V = 0.8 Volt.

(heb de andere replies niet gelezen, mogelijk schrijf ik hier dubbel)

Berekenen weiger ik ('left as an exercise for the reader student'), maar de procedure is vrij simpel:

1). bereken de spanning op de + ingang (dus de spanning op de knooppunt van de weerstanddeler aldaar). Men mag aannemen dat Rin van de opamp oneindig is. Het gaat hier om een simpele spanningsdeler waarvan de spanning op het knooppunt wordt gevraagd, ik neem aan dat het berekenen hiervan geen probleem voor u is.

2). de opamp zal de uitgang zodanig bijregelen totdat ook op de - ingang dezelfde spanning staat als op de + ingang.

Van de spanningsdeler op de -ingang kent u dus nu twee waardes: de externe ingangswaarde (-0.4V) en de waarde op het knooppunt (- ingang = + ingang). De onbekende derde (de spanning op de uitgang van de opamp) is onbekend en wordt gevraagd; da's nu triviaal om te berekenen, met de bekende gegevens.

Succes!

Klopt allemaal, echter...

Op donderdag 26 december 2024 12:00:51 schreef fred101:
Een opamp zal altijd proberen beide ingangen gelijk te maken.

Op donderdag 26 december 2024 13:43:59 schreef Hoeben:
De opamp regelt het zo dat op de - ingang dan ook -0.2V staat. Dat is de werking van de opamp, de + en - ingangen worden gelijk (mits binnen bereik en een kleine fout door niet oneindige versterking).

Op donderdag 26 december 2024 16:41:52 schreef nonius:
2). de opamp zal de uitgang zodanig bijregelen totdat ook op de - ingang dezelfde spanning staat als op de + ingang.

Iedere versterkerschakeling met tegenkoppeling (= negatieve terugkoppeling) zal 'proberen' zijn ingangssignaal te verminderen.
Voor de opamp is het ingangssignaal: de spanning (het potentiaalverschil) tussen de plus- en min-ingangen.
En doordat de opamp een grote versterking heeft, wordt dat verschil bijna nul, zodat we in onze sommetjes inderdaad vaak met 'nul' rekenen.

Ik lees uitleg zoals de hierbovenstaande voorbeelden vaak, en het vervelende eraan is, dat de indruk ermee wordt gewekt dat het 'gelijkmaken van de ingangsspanningen' iets is wat opamps doen.
Wel, dat is niet zo; het is de tegenkoppeling die dat doet.
En dat geldt dus niet alleen voor opamps, maar voor álle versterkers (die met tegenkoppeling gebruikt worden).

Verder kloppen alle uitleggen natuurlijk wel. Ik moest dit alleen weer eens kwijt.

Wel, dat is niet zo; het is de tegenkoppeling die dat doet.

Dat is niet helemaal correct want de spanning/stroom die dat uiteindelijk via de tegenkoppeling doet, komt uit de uitgang van de opamp. Deze stuurt zijn uitgang net zolang omhoog of omlaag tot de ingangen gelijk zijn via de tegenkoppeling.

Een opamp zonder de tegenkoppeling zal zijn uitgang omhoog of omlaag sturen maar de uitgangen worden niet gelijk dus de uitgang "loopt vast" . Dus ja dat doet de tegenkoppeling, MAAR, de tegenkoppeling zonder de opamp doet helemaal niks. Ze hebben elkaar nodig en doen het samen.

Maar ik snap de opmerking, zonder tegenkoppeling lukt het niet.

Ik moest dit alleen weer eens kwijt

Waarvoor mijn oprechte dank. Mijn beperkte kennis heb ik her-en-der bij elkaar gesprokkeld, en soms worden er inderdaad wel eens wat bochten afgesneden.... Het 'gelijkmaken van de ingangen' is een uitleg die ik ooit in Elektuur of zelfs Elex heb gelezen, en een uitleg die me altijd bijgebleven is omdat hij (voor mij) het begrijpen van opamps zoveel simpeler maakte.

(Het correct verwoorden van een probleem geeft vaak al de helft van de oplossing.)

als U2=-1 staat op + ingang opamp -0,2 V. Uuit stelt zich zo in dat dat op - ingang ook het geval zal zijn . Over 10k staat dus 0,2 volt, die stroom gaat 50k in zodat over 50k 1 volt staat, hoger dan de -0,2, zodat de uitgang 0,8 volt is.

Op donderdag 26 december 2024 17:03:56 schreef fred101:
[...]
Dat is niet helemaal correct want [...]

Fred, je hebt natuurlijk gelijk, en ik heb alvorens te posten over dat soort antwoorden nagedacht, om te zien of ik er in mijn post alvast op zou vooruitlopen.
Ik heb dat uiteindelijk niet gedaan, omdat je dan uiteindelijk álles erbij moet gaan slepen. Want de opamp heeft het ook weer van de voeding, et cetera.
Ik ben er dus voor het gemak vanuit gegaan dat, waar we het hebben over een versterker, deze versterker dus inderdaad ook echt versterkt; enzovoorts.

--

Op donderdag 26 december 2024 17:27:37 schreef Dr Blan:
Uuit stelt zich zo in dat dat op - ingang ook het geval zal zijn .

Uuit stelt zich door de tegenkoppeling en de grote versterking van de opamp zo in dat dat op - ingang ook het geval zal zijn .

Ja je kan idd elke redenering wel ergens lekschieten omdat het zelden juridisch is dichtgetimmerd En verloren spijkers worden vaak wel ergens gebruikt om weer vastgenageld te worden. In de schrijverswereld is 'Show, don't tell' een bekende slogan. Maar goed, dat terzijde.

Hoi Mensen,
Allereerst bedankt voor de reacties.
Leerzaam als altijd.

Ik blijf me verbazen over dat gelijktrekken van die spanningen aan de beide ingangen.
Dat is natuurlijk wel eens aangehaald in de lesstof maar dit komt in de opgaven niet altijd terug.
Tenminste niet bij deze opgave.

Ik bereken de versterking van de spanning op de + ingang.
Ik bereken de versterking van de spanning op de - ingang.
Die waardes vermenigvuldig ik met de aangeboden spanningen en de resultaten streep ik tegen elkaar weg.

Overigens kwam ik nog even die mail aan mijn leraar tegen waarin de verwarring stond.
Ik had moeite het met het begrijpen van de opgave en ik liet mij de uitkomst voorkauwen, nadat ik verkeerd had gegokt .
Dat had te maken met die spanningsdeling op de plus ingang versus de versterkingsfactor.
Er was wat verwarring over hoe ik het uitlegde en de reactie van de leraar daarop.

Even terug naar die opgave...
Stel ik pak willekeurige andere weerstanden, zodat de versterking anders wordt. Dan zal die spanningsdeling, cq de spanning op respectievelijk de + of - ingang ook veranderen.
Dan zouden die ingangen niet meer gelijk aan elkaar zijn. Zou de Opamp dit willen tegenwerken teneinde toch gelijk te geraken, wat gebeurt er dan met die diverse spanningen over de andere weerstanden, vraag ik mij af.

Hetzelfde met die aangelegde spanningen.
Stel dat ik ipv -1 -0,5V aanbied?
Wat gebeurt er dán met de waardes?

In beide gevallen veranderd er vanalles.
Is deze opgave "toevallig" gemaakt met "ideale" waardes?
(ik realiseer me dat ik mij wat wil laten voorkauwen door jullie, wat ik ook zelf kan beredeneren. Toch hoor ik het ook graag van jullie)

Ik bereken de versterking van de spanning op de + ingang.

Ik bereken de versterking van de spanning op de - ingang.

Met de spanning op de +ingang weet u nu ook de spanning op de -ingang. En daarmee wordt het probleem vereenvoudigd tot het berekenen van de spanning op een simpele spanningsdeler met weerstanden:

-0.4V >----|10kohm|---- V- = V+----|50kohm|---- Vout

Bereken Vout....

Op donderdag 26 december 2024 21:18:36 schreef Fantomaz:
...
Ik bereken de versterking van de spanning op de + ingang.
Ik bereken de versterking van de spanning op de - ingang.
...

Hoe hoog of laag zijn die versterkingen dan en hoe bereken je ze?

Ik snap niet wat je bedoeld. De ingangen versterken niet, er loopt (in theorie) ook geen stroom in.
De uitgang kan stroom leveren.
De weerstanden aan de + ingang zijn een gewone standaard spanningdeler. De + ingang neemt geen stroom op. Je moet de + (en - ingang) als een soort van multimeter ingangen zien. De opamp meet daar als het ware de spanning. Dat is een vaste spanning die de opamp niet kan beïnvloeden.

Om de - ingang gelijk te krijgen aan de + ingang (+ en - hebben niets met polariteit te maken, beter is inverterende en niet inverterende ingangen. ) is de enige optie in deze schakeling om de uitgang van de opamp stroom te laten leveren via 2 weerstanden naar de bron waar de - ingang via een weerstand aan vast zit. Dat is dus ook een spanningsdeler maar nu niet tov gnd maar tov een lagere voedingspanning. Dus die kun je ook gewoon berekenen.

Je kunt rekenenen met stroom of met ratios, net wat je liever hebt, zie de diverse voorbeelden van anderen hiervoor.

Zo werkt een opamp: https://toshiba.semicon-storage.com/us/semiconductor/knowledge/e-learn…

Op donderdag 26 december 2024 21:45:45 schreef LuckyStrike:
Hoe hoog of laag zijn die versterkingen dan en hoe bereken je ze?

Staat hieronder...

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.
Het valt me op dat men hier een heel andere insteek heeft dan ik in mijn opleiding leer.
Omdat het een avondstudie betreft, pik ik ook veel youtube content op, ter aanvulling en dit is in lijn met wat ik leer.

Het enige verschil is dat ik leer: R1/R1 + R2/R1,
wat zich vertaalt naar: (R1+R2)/R1.
Persoonlijk vind ik dat verwarrend en doe ik het op de manier die ik op Youtube zag: 1+R2/R1
In het geval van het berekenen van de versterkingsfactor van de +ingang, wel te verstaan.

Anyway...
Veranderende aangelegde waardes cq weerstanden geven een heel ander beeld.

(Voor de mensen die er over kunnen vallen: Ik heb een negatieve weerstandswaarde genomen in de berekening. Ik wist niet zo snel hoe ik een waarde moest omzetten van positief naar negatief in Excell)

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