Schakeling met versterker (OpAmp)

Huiswerk en inzicht.

Hoe stel je een formule op die het gedrag beschrijft?

1. wat weet je van het verband tussen de uitgangsspanning en de ingangsspanning van de versterker?

2. wat weet je van de stroom in de weerstanden?

Daarmee kun je het oplossen. Tenminste wanneer de uitleg over de versterker, vooral de ingangsstroom, in de les voldoende is geweest.

Wordt vervolgd.

Wat weet je van een opamp?

Denk aan versterking, in- en uitgangsimpedantie.

Edit:
Brightnoise typt sneller.

[Bericht gewijzigd door rbeckers op zaterdag 29 januari 2022 13:41:05 (20%)]

Wiki geeft prima uitleg over die standaard schakelingen: https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier_applications

Het is opgelost! Alvast bedankt.

Op scholen wordt de werking van opamps vaak verkeerd gedaan.

Wat een opamp doet, is het verschil tussen de ingangen met een heleboel keer verken en dan naar de uitgang sturen.

Als de "+" ingang hoger is dan de "-" ingang, dan gaat de uitgangspanning omhoog.
Als de "+" ingang lager is dan de "-" ingang, dan gaat de uitgangspanning omlaag.

Afhankelijk van wat er omheen zit, kan het een versterker, een schmitt trigger, een integrator, differentiator of wat anders zijn.

Met die simpele regeltjes, en dan beredeneren wat het uitgangsignaal gaat worden op een bepaald moment ben je er al.

In een volgende stap kun je onvolkomenheden gaan invoeren zoals:
* slew-rate
* Offset spanning.
* bias en offset stromen.

Hmm that makes more sense inderdaad.

Bedankt voor de redenering!

Wat ik zelf vaak gebruik: Een opamp probeert de + en - ingang gelijk te houden. Daarnaast loopt er geen stroom de + en - ingangen in of uit. (Alleen bij de ideale opamp natuurlijk.)

Met die kennis en de wet van ohm kan je praktisch alles beredeneren.

Op 30 januari 2022 01:31:25 schreef Kortsluiting_Online:
Wat een opamp doet, is het verschil tussen de ingangen met een heleboel keer verken en dan naar de uitgang sturen.

Dat is correct.

Op 31 januari 2022 10:52:16 schreef hardbass:
Een opamp probeert de + en - ingang gelijk te houden.

Dat is fout.

Kijk eens naar dit voorbeeld. De opamp 'versterkt het verschil een heleboel keer', dat klopt (hoeveel?).
Maar gaat hij ook proberen de ingangen gelijk te houden? En als hij dat zou willen, hoe dan?

Er zijn veel opamp-schakelingen waarin 'proberen de ingangen gelijk te houden' een handige manier van denken is, maar de opamp doet dat niet vanzelf. Wat is daarvoor ook nog nodig?

Fet, uiteraard bedoelt Hardbass met zijn commentaar, toegepast in een schakeling met de nodige feedback, zoals het schema van TS..

in het voorbeeld van je versterkt de opamp met open loop gain, die is groot genoeg om de uitgang steeds te doen clippen, positief of negatief. (of je moet héél goed zijn met een vaste hand een tientoerenpot te bedienen, niet te ademen etc..)

Ook bij een negatieve feedback loop wordt de + en - ingang nooit echt 100% gelijk als er een ingangsignaal aanwezig is . de output gaat zo hoog (of laag) dat de - input binnen het lineaire gebied valt. dat is vaak minder dan 1mV verschil met de +. hoeveel het precies is valt net te berekenen met de open loop gain. (er van uitgaand dat er geen offsetverschillen zijn).

Met een voltmeter met veel cijfertjes kan je dat verschil tussen de - en + ook meten, maar bon, normale mensen beschouwen het idd als gelijk

Op 29 januari 2022 23:04:12 schreef pilotyoyo:
Het is opgelost! Alvast bedankt.

Hoezo, wat is je oplossing dan?

Hi,

Frederick E. Terman, hardbass bedoeld natuurlijk zoals kris van damme ook al aangeeft in tegengekoppelde situatie.
Is de tegenkoppeling AC, DC of beide...

Wat dit topic mooi aangeeft, is dat je eigenlijk niet goed kan versimpelen bij het uitleggen hoe een opamp schakeling in een reëel situatie werkt.
Bij mij was het binnen een seconde dat ik wist hoeveel de schakeling versterkt en bij het lezen van de tekst was het duidelijk wat de uitgangspanning is met zijn polariteit.

Dat herkennen gaat in mijn hoofd in stapjes zoals deze, hee.., het is een inverterende opamp schakeling, ik zie de twee weerstand waarden en ik weet de versterking.
De tekst geeft aan wat de ingang spanning is dan weet ik ook de uitgangspanning en zijn polariteit.
Dan lees ik nog een keer goed of er ook van een Ri van de spanningsbron wordt gesproken.
Dan kijk ik wat er over de voedingspanning wordt gezegd en of de uitgang niet clipt bij de aangegeven voedingspanning(enkel of symetrisch).
Zijn er opmerkingen over bias stromen, hinten naar ontkoppeling, weerstand aan de uitgang tegen generatie verschijnselen enz, enz.

Wat ga je nu precies iemand die aan het begin staat van b.v. opamp schakelingen uitleggen?

Veel schoolvragen gaan natuurlijk als eerste om de uitkomst voor de vrager, maar het begrijpen is natuurlijk belangrijker voor de verdere ontwikkeling.

Groet,
Bram

Op 31 januari 2022 13:25:43 schreef kojazz:
[...]

Hoezo, wat is je oplossing dan?

Ik kom uit op:

Vout is -352.5V

Amplitude is 27.42 dB

Klinkt niet plausibel. Bovendien wordt de amplitude in mV gevraagd.

Je rekent met de voedingsspanning, die heeft daar niks mee te maken.
Wiki is daar toch duidelijk in?

Hi pilotyoyo,

Ik ga je nu helpen het op te lossen, en verlangt een klein beetje inzet van jou.
Goed lezen!

Kijk naar het plaatje hieronder.

.

De schakeling opbouw van de opamp is inverterend, dat houd in dat als je ingang signaal positief is, de uitgang een negatieve waarde zal krijgen, maar ook andersom is dat zo!
Dit heb ik in het schema ondermeer aangegeven met de Sinus golfjes bij de ingang en bij de uitgang, let op die Sinus golfjes deze staan uit fase zoals dat heet.

Bij de ingang heb ik aangegeven dat de aangeboden spanning 2mV is en de + van dit 2mV signaal is verbonden met de linkerzijde van R1 welke 2K.
In het blauw bovenaan mijn schema staat de formule voor het berekenen van de versterking van een inverterende opamp schakeling wat dit ook is.

Voor het berekenen heb je dus alleen de versterking nodig en de waarde van het ingangs signaal.
Reken dan uit wat R2/R1 is(47/2), dan weet je de versterking en in het Engels gebruiken ze daarvoor het woord "gain"

Als je de uitkomst hebt, dan mag je die uitkomst vermenigvuldigen met de waarde van je inganspanning en de waarde die je dan krijgt staat op de uitgang van de opamp.
Daarbij moet je niet vergeten, dat de spanning op de uitgang van polariteit is veranderd, dit omdat deze schakeling inverterend is.

Dus als uit de berekening 183,6 zou komen (willekeurige waarde) en het ingangsignal was zoals in jouw schema positief,
dan is de uitgangspanning -183,6V <= ook dit is weer een willekeurige waarde!
Als het ingang signaal b.v -2mV zou zijn, dan is het uitgangsignaal natuurlijk positief! dit omdat het een inverterende opamp schakeling is.

Dit is hetzelfde maar dan in het kort als je het bovenstaande goed begrijpt.

R2/R1 * +Ui = -U Uit.

Voor de volledigheid
Er is nog een manier om de uitgangswaarde te berekenen, maar deze hierboven is voor een starter de belangrijkste.

Ik hoop dat het helpt,

Groet,
Bram

Het idee dat een opamp "zijn ingangen gelijk probeert te houden" is fout en misleidend. Je leert er ook weinig van. Het helpt niet om inzicht te verkrijgen in wat er gebeurt. Het gaat ook helemaal fout als je probeert zelf een schakeling rondom de opamp te bouwen. Vooral als je b.v. een extra transistor aan de uitgang hebt die het uitgangs signaal inverteert, dan loop je gewoon helemaal vast met het idee dat de ingangen gelijk zouden zijn.

Als je bij het zien van een nieuwe schakeling altijd begint met een analyse van wat het ding nu eigenlijk echt doet, dan raak je niet gelijk in de war als een opamp eens op een andere manier is aangesloten.

En het is zo simpel:

Als "+" het hoogste is, gaat de uitgang omhoog.
Als "-" het hoogste is, gaat de uitgang omlaag.

En dat klopt ALTIJD, (binnen de grenzen van de voedingspanning)

Hoe ik een schakeling zoals gepost door blackdog analyseer.

1. "+" hangt aan GND, dus die is 0.
2. "-" is hoger, dus de uitgang gaat omlaag.
3. Uitgang blijft omlaag gaan zolang "-" hoger is dan "+".
4. Dat is uiteindelijk als op bijde ingangen 0V staat (dat standaard regeltje).
5. Over R1 staat 2mV -> Je kan de stroom door R1 uitrekenen.
6. Al die stroom gaat door R2, want de ingang van een opamp is hoog ohmig.
7. Stroom door R2 is bekend, dus je kunt de spanning uitrekenen.

Hee, gossie, het is een inverterende versterker, die versterkt met de verhouding tussen die weerstanden.
Nu weet je niet alleen dat het werkt, je weet ook waarom het zo werkt.
Je hebt een stukje inzicht ontwikkeld in de omgang met opamps.

Van formuletjes en foute regeltjes in je hoofd stampen leer je niet veel.

[Bericht gewijzigd door Kortsluiting_Online op maandag 7 februari 2022 11:28:52 (11%)]

Ik denk dat je beter kan zeggen wat het ding eigenlijk doet:

Uuit = 100000 (U+ - U-) .

Reken vervolgens een *10 niet-inverterende versterker door.

Uin = U+ = 1V.

Je komt nu op Uuit = 9.999, U- = 0.999900001 of zoiets. Dan rond je dat af en kom je tot de conclusie dat de ingangen vrijwel gelijke spanning hebben en dat je dit kan gebruiken om sneller de Uuit te benaderen.

edit: bij nader inzien, ik mis een paar negentjes denk ik. Ik heb het uit m'n hoofd gedaan.

Op 7 februari 2022 11:12:16 schreef Kortsluiting_Online:
Het idee dat een opamp "zijn ingangen gelijk probeert te houden" is fout en misleidend.

Het is niet altijd fout, en zeker niet misleidend.
In het geval van een versterkerschakeling kun je er wel van uitgaan dat de ingangen vrijwel gelijk zijn. Zodra het niet zo is, clipt de uitgang.
Als je de opamp als comparator gebruikt, dan is dat juist de bedoeling.
Het hangt dus maar helemaal van de toepassing af of je uitgaat van de regel dat de ingangen gelijk zijn of niet.

Op 7 februari 2022 11:12:16 schreef Kortsluiting_Online:
Het idee dat een opamp "zijn ingangen gelijk probeert te houden" is fout en misleidend. Je leert er ook weinig van. Het helpt niet om inzicht te verkrijgen in wat er gebeurt.

En het is zo simpel:

Als "+" het hoogste is, gaat de uitgang omhoog.
Als "-" het hoogste is, gaat de uitgang omlaag.

En dat klopt ALTIJD, (binnen de grenzen van de voedingspanning)

1. "+" hangt aan GND, dus die is 0.
2. "-" is hoger, dus de uitgang gaat omlaag.
3. Uitgang blijft omlaag gaan zolang "-" hoger is dan "+".
4. Dat is uiteindelijk als op bijde ingangen 0V staat (dat standaard regeltje).

hoezo fout? je redenering leidt tot die conclusie. de twee ingangen staan op gelijke spanning. en daar zit je fout, dat moet helemaal geen 0 volt zijn

Hi,

Met al jullie ingewikkelde interpretaties wordt het er voor de topic starter er niet makkelijker op om de basis schakeling te gaan begrijpen...

Ik ben meestal de eerste die bij opamp allerlei eigenschappen onder de aandacht brengt, maar bij mijn uitleg hierboven heb ik dat allemaal achterwege gelaten, dit om het zo begrijpelijk mogelijk te maken voor de TS, dit samen met een duidelijk eenvoudig schema.

Als de TS aan de hand van mijn schema en uitleg dit snel kan inschatten/uitrekenen en ik zou de waarde van de ingang spanning veranderen en
de weerstand waarden en hij kan dan uit het hoofd de uitgangspanning en zijn polariteit aangeven,
dan kan je weer verder gaan in het leerproces van deze inverterende opamp schakeling.

Belangrijk is zoals jullie ook al aangeven dat een opamp die een tegenkoppel schakeling heeft (bijna alle), het potentiaal dat op de plus ingang staat tegenover een referentie punt, dit ook op de -ingang probeert te bewerkstelligen.

Dit natuurlijk binnen de aangelegde voedingspanning en opamp eigenschappen!

Groet,
Bram

Op 7 februari 2022 11:55:10 schreef KlaasZ:
[...]Het is niet altijd fout, en zeker niet misleidend.

Dat is dus het probleem. Als je een vers-opgeleide persoon de wereld instuurt met de wetenschap: "een opamp z'n inputs zijn altijd gelijke spanning" dan komt ie de eerste de beste als comparator geschakelde opamp tegen en dan gaat ie roepen: Deze opamp is kapot, want zijn ingangen zijn niet gelijk!

Jij BEGRIJPT wanneer de regel wel en niet toegepast kan worden. Door te zeggen: Reken dit voorbeeldje eens door, en maak dan de constatering dat de ingangsspanningen vrijwel gelijk zijn laat je zien DAT het een handig hulpmiddel kan zijn om even uit te gaan van gelijke ingangsspannningen. Maar anderzijds onder welke condities dit van toepassing is.

Soms staat een opamp wel degelijk in de juiste schakeling, maar kan het gewoon voorkomen dat de ingangen niet gelijk zijn. Bijvoorbeeld als clipping is toegestaan. Stel ik maak een variometer. (geeft aan hoe hard je stijgt of daalt op basis van de luchtdruk). Ik begin met een analoge druk sensor, versterk de afgeleide van de output. Voor een paraglider is het niet echt interessant om > 20m/s of minder dan -20m/s aan te geven. Dan is "offscale omhoog" of "offscale omlaag" een prima aanduiding (en de piloot heeft wat anders aan dan op z'n instrument kijken). Dus als ik de middenspanning op 2.5V zet, en 1V/(10m/s ) als gevoeligheid mik: Prima. En als de uitgangsspanning > 4.5V wordt, dan gaat de boel ergens clippen. Precies waar je "offscale" moet aangeven. Idem aan de andere kant.

Inderdaad. Rew begrijpt het.

Een opamp is geen intelligent ding dat rare dingen doet net zolang tot z'n ingangen gelijk zijn. Het is altijd een gevolg van wat er omheen zit.

Op 7 februari 2022 13:07:02 schreef blackdog:
Hi,

Met al jullie ingewikkelde interpretaties ..

Hoezo ingewikkeld?

Er wordt elke keer hetzelfde gezegd, maar op een andere manier.
De uitleg van rew is ook goed:

Op 7 februari 2022 11:27:31 schreef rew:

Uuit = 100000 (U+ - U-) .

Hoeveel nullen je er in stopt of hoeveel negens er uit komen zijn niet belangrijk hier, want dat wordt grotendeels bepaald door de toleranties van de weerstanden, en door de niet-ideale ander eigenschappen van een opamp.

Hoezo ingewikkeld?

Nee hoor het is helemaal niet ingewikkeld.
Neem bijvoorbeeld het schema wat Blackdog heeft gepost, daarin deel je R2 gewoon door R1 en dat is de versterkingsfactor van de opamp.
47/2= 23,5 daarvoor heb ik niet eens een zakcalculator nodig.
Maar let op dit is een richtwaarde, de feitelijke versterking is (R2/R1)+1, dit zou dan dus 24,5 maal zijn.
De ingang van de versterker is aangesloten op de inverterende ingang, dus iedere positieve doorgang van de amplitude komt er aan de uitgang uit, als een negatieve amplitude.
En veel meer is het niet.

Op 10 februari 2022 21:31:15 schreef Martin V:
Maar let op dit is een richtwaarde, de feitelijke versterking is (R2/R1)+1, dit zou dan dus 24,5 maal zijn.

Deze zin is fout, in ieder geval voor het schema wat blackdog geplaatst heeft!